第三讲道路平面设计

2014/2/27第三讲平面线形设计§3.1概述§3.2直线§3.3圆曲线（重点）§3.4缓和曲线（重点）§3.5行车视距（重点）§3.6平面线形组合设计小结2014/2/27退出主菜单下一页上一页•道路线形：道路路幅中心线的立体形状。一、道路线形概念分解为:•平面线形•纵断面线形•横断面线形§3.1概述2014/2/27退出主菜单下一页上一页平面线形概念：•道路路幅中心线在水平面上的投影形状称平面线形。2014/2/27路线设计：•指确定路线空间位置和各部分几何尺寸的工作，分解为平面设计、纵断面设计和横断面设计。设计顺序：•公路:一般是在顾及到纵、横断面的前提下，先定平面，再设计纵断面和横断面•城市道路:先进行横断面设计，再设计平面和纵断面。退出主菜单下一页上一页2014/2/27退出主菜单下一页上一页二、平面线形三要素2014/2/27§3.2直线退出主菜单下一页上一页主要讲授一、直线的特点二、直线的设计标准三、直线的运用2014/2/27退出主菜单下一页上一页一、直线的特点优点：•受力简单，操作容易•路线短捷、缩短里程和行车方向明确。•线形简单，容易测设。2014/2/27退出主菜单下一页上一页一、直线的特点缺点：•直线很难和地形和周围的环境协调。•过长的直线线形呆板、安全性差。L大于1500m，潜在事故危险程度增加L大于2000m，危险性快速增加L大于3000m，形成典型的事故多发区退出主菜单下一页上一页二、直线的设计标准《标准》规定：“直线的最长和最小长度应该有所限制，一条直线与曲线的长度的比例应该合理”直线长度的指标：1、最大直线长度2、同向曲线之间直线的最小长度3、反向曲线之间直线的最小长度2014/2/27退出主菜单下一页上一页二、直线的设计标准1、长直线的限制国外：•苏联为8km美国规定为4.83km•日本和德国按照20V（m）确定最大直线•我国：参考日本和德国经验，一般不超过20V（m）。设计车速(km/h)120100806050最大直线长度(m)24002000160012001000退出主菜单下一页上一页相邻曲线之间应该有一定的直线长度2、直线的最小长度（1）同向曲线之间直线的最小长度•同向曲线：指两个转向相同的相邻曲线间连以直线所形成的平面线形。•直线过短，整个线形组合缺乏连续性，形成“断背曲线。”退出主菜单下一页上一页（1）同向曲线之间直线的最小长度相邻曲线之间应该有一定的直线长度2、直线的最小的长度•《标准》规定，同向曲线间直线长度以不小于行车速度的6倍为宜。•设计速度小于40km/h的低速道路，可适当放宽。退出主菜单下一页上一页（2）反向曲线之间直线的最小长度•反向曲线：两个转向相反的相邻曲线间连直线所形成的平面线形。•直线最小长度:考虑加宽和超高缓和段要求，直线长度不小于行车速度的2倍为宜2、直线的最小的长度2014/2/27退出主菜单下一页上一页曲线之间直线的最小长度设计车速(km/h)120100806040同向曲线6V720600480360240直线最小长度(m)反向曲线2V240200160120802014/2/27退出主菜单下一页上一页三、直线的运用直线的适用条件：•路线不受限制的平原区或山间的开阔谷地•市镇或近郊或规划方正的农耕地区等以直线为主的地区•长大的桥梁、隧道等路段•平面交叉点附近，为争取较好的行车和视距条件•双车道公路提供超车的路段。2014/2/27退出主菜单下一页上一页§3.3圆曲线主要讲授：一、圆曲线的特点二、圆曲线设计标准三、圆曲线设计退出主菜单下一页上一页一、圆曲线的特点优点：•在线路转折处，均用圆曲线联接，确保车辆平顺转弯。•能够较好的适应的地形和周围环境协调。•较大半径的圆曲线线形比较美观、顺畅、行车舒适。缺点：•汽车在圆曲线上行驶受到离心力的作用•汽车在圆曲线上行驶比直线路段占用路面宽度大退出主菜单下一页上一页返回BAbO•曲线视距条件差汽车在弯道上的受力示意图主菜单下一页上一页1、圆曲线半径的推导退出支持力N车辆重力G离心力Cβ二、圆曲线设计标准离心力为：将C、G力沿路面方向分解得：主菜单下一页上一页退出NGCββgRGvRmvC22）。圆曲线的半径（计算行车速度（汽车的质量；m);/RsmvmsincosGCX建立C、R关系当β很小时，cosβ≈1,sinβ≈ih(道路横向超高横坡度)主菜单下一页上一页退出)(1272hiVRhGiRvgGGiCX2hiRVGX1272两边除以G可推出：（v：m/s化成km/h）u-横向力系数，表示单位车重的横向力，0.11—0.16；V、μ、ih决定R的取值2014/2/27u值的讨论:(1)危及行车安全•汽车能在弯道上行驶的基本前提是轮胎不在路面上滑移,要求:uf•u=0.15—0.16干燥和潮湿路面均可以稳定行驶•u=0.07路面结冰也能安全行驶。(2)增加驾驶操作困难•在横向力作用下，轮胎中间平面与轮迹前进方向形成一个偏移角。•偏移角大于5度时，一般司机不易保持驾驶方向上的稳定。主菜单下一页上一页退出2014/2/27u值的讨论:(3)增加轮胎和燃料消耗•u=0.10—0.15轮胎和燃料消耗增加较小（4）乘客感觉不舒服•u0.10不感到有曲线，很稳定。•u=0.15稍感有曲线，尚平稳。•u=0.20感到曲线存在，稍感不平稳•u=0.35转弯时感到曲线的存在，已感到不稳定•u0.40非常不稳定，有倾覆的危险综上所述：u一般取0.11—0.16是比较合理的范围。主菜单下一页上一页退出2014/2/27超高横坡ih的讨论：•设置超高是为抵消离心力•在车辆静止状态，必须保证：ihmax≤f•f——一年中气候恶劣季节路面的横向摩阻力系数;主菜单下一页上一页退出)(1272hiVR退出主菜单下一页上一页2014/2/27超高横坡ih的讨论：《公路工程技术标准》规定：•高速公路、一级公路的超高坡度不大于10%，其他各级公路不大于8%。•在冰冻和积雪的地区，超高横坡不宜大于6%。主菜单下一页上一页退出)(1272hiVR2014/2/272、圆曲线最小半径的选用主要包括：（1）极限最小半径（2）一般最小半径（3）不设超高最小半径。主菜单下一页上一页退出)(1272hiVR2014/2/272、圆曲线最小半径的选用（1）极限最小半径•定义:指在最大超高值和容许的横向力系数下能以设计速度安全行驶的最小半径。•横向力系数u：0.10—0.16•超高横坡ih公路取：主菜单下一页上一页退出公路等级高速公路一级二三四一般地区（%）108积雪冰冻地区（%）62014/2/27（1）极限最小半径主菜单下一页上一页退出计算行车速度（km/h）1201008060403020u0.100.110.120.130.140.150.16ih（%）8miVRh414)08.011.0(127100)(12722极限例如选用：当地形困难或条件受限制时采用R≥R极限，一般不轻易采用。2014/2/27退出主菜单下一页上一页2、圆曲线最小半径的选用（2）不设超高最小半径定义：指道路曲线半径较大，离心力较小，汽车沿双向路拱外侧行驶的路面摩擦力，足以保证汽车行驶安全稳定时所采用的半径。2014/2/27退出主菜单下一页上一页2、圆曲线最小半径的选用（2）不设超高最小半径•我国《公路工程技术标准》按照：•μ=0.035ih=-0.015miVRh3937)015.0035.0(127100)(12722不例如•选用：条件允许时采用R≥R不2014/2/27退出主菜单下一页上一页2、圆曲线最小半径的选用（3）一般最小半径定义：一般最小半径介于上两者之间，是设超高是采用的推荐值。•能够保证行车舒适，在地形比较复杂的情况下不会过多的增加工作量。•μ一般在0.05-0.06•适用：条件一般时采用miVRh716)06.005.0(127100)(12722一般例如2014/2/27主菜单下一页上一页课堂思考题•圆曲线半径的选取是否有上限值？•圆曲线的半径最大以不超过10000m为宜。返回2014/2/27例题1．假定某弯道的最大横向力系数为0.09，计算下列参数。（1）当半径R=500m，横向超高ih=5%时，允许的最大速度为多少？（2）当V=80km/h，横向超高ih=-2%时，平曲线半径至少应为多大？)(1272hiVR一般退出主菜单下一页上一页三、圆曲线设计主要讲授：（一）单曲线设计（二）虚交点圆曲线设计（三）复曲线设计退出主菜单下一页上一页2014/2/27退出主菜单下一页上一页)2(anRtT180RL（1）切线长（2）曲线长（一）单曲线设计单曲线：在交点处只设置一个圆曲线的曲线。1、要素计算2014/2/27退出主菜单下一页上一页RR)2sec(E3、外距4、超距LTD21、要素计算2014/2/27退出主菜单下一页上一页•ZY桩号=JD桩号-T•YZ桩号=ZY桩号+L•QZ桩号=YZ桩号-L/2•验算：JD桩号=QZ桩号+（2T-L）/22、主点里程计算已知某城市道路设计速度为60km/h，路线交点JD的桩号为K1+499.398，偏角为18°23′9〃。1、确定圆曲线半径？2、计算圆曲线要素？3、编制主点的里程桩号？例题主菜单下一页上一页退出解：根据圆曲线半径选定的基本原则，选定圆曲线半径R=500m。计算行车速度（km/h)806050不设超高最小半径（m）1000600400一般最小半径（m）400300200极限最小半径（m）2501501001、确定圆曲线半径主菜单下一页上一页退出根据《城市道路设计规范》：退出主菜单下一页上一页m288.113)2(RtgTm630.224180RLm108.9R)2sec(RE3、外距1、切线长2、曲线长2、计算圆曲线要素JDK1+499.398退出主菜单下一页上一页ZYK1+386.110+）L224.630JDK1+499.398验算：+）（2T-L）/20.974•QZK1+498.425YZK1+610.740—）T113.288-）L/2112.3153、编制主点的里程桩号课堂思考题•YZ点的桩号是否可以按照以下公式计算：•YZ点的桩号=JD桩号+T主菜单下一页上一页退出三、圆曲线设计（二）虚交点圆曲线设计•对于转角过大，交点过远或交点落空，无法安置仪器时，可采用虚交点法。•实测辅助导线AB长度和转角退出下一页上一页主菜单21三、圆曲线设计（二）虚交点圆曲线设计•实测辅助导线AB长度和转角sinsinsinsinsinsinsinsin2211cbcbcacaaTTbTT21或退出下一页上一页主菜单21在三角形ABC中，由正弦定理得：三、圆曲线设计（三）复曲线设计复曲线是由两个或两个以上半径不同的同向圆曲线连接而成的线形。•给定其中一个圆曲线半径，称为主曲线。•未给定圆曲线半径，称为副曲线。•AB为基线，已知。思考题：对于复曲线如何计算曲线要素？退出下一页上一页主菜单（三）复曲线退出下一页上一页主菜单21TTAB12TABT2tan222TR2014/2/27退出主菜单下一页上一页§3.4缓和曲线主要讲授：一、缓和曲线的作用和形式二、缓和曲线设计标准三、缓和曲线的要素计算四、主点里程桩号计算主菜单下一页上一页退出一、缓和曲线的作用和形式汽车由直线到圆曲线：•半径：∞—R•转向角：0—α•曲率：0—1/R•离心加速度：0-v2/R一、缓和曲线的作用和形式主菜单下一页上一页退出缓和曲线作用：•满足汽车行驶轨迹的需要，曲率连续变化，便于车辆遵循。•缓和离心力的产生，旅客感觉舒适•缓和超高和加宽•线形缓和，增加线形美感主菜单下一页上一页1、缓和曲线的作用退出设置位置：•设置在直线和圆曲线之间•半径相差较大的两个转向相同的圆曲线间•《标准》规定：除四级公路外，其余等级公路均设