道路勘测设计(平面线形设计1)ppt课件.ppt 40页

第三章道路平面线形设计(6课时)本章主要内容：3.1概述3.2直线3.3圆曲线3.4缓和曲线3.5曲线的超高与加宽3.6行车视距3.7平面线形的组合和衔接3.8路线平面图的绘制 3.1概述1、路线道路是一条三维空间的带状实体。它是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组成的线形构造物。路线：是指道路中线的空间位置。路线平面图：路线在水平面上的投影。路线纵断面图：沿道路中线的竖向剖面图，再行展开即是路线的纵断面。路线横断面图：道路中线上任意一点的法向切面是道路在该点横断面。中线 1）路线平面线形基本要素行驶中汽车的导向轮旋转面与车身纵轴之间的关系：1．角度为零：2．角度为常数：3．角度为变数：对应的汽车行驶轨迹线1.曲率为0——直线2.曲率为常数——圆曲线3.曲率为变数——缓和曲线现代道路平面线形正是由上述三种基本线形构成的，称为平面线形三要素。2、平面线形设计的基本要求 (1)这个轨迹是连续的和圆滑的，即在任何一点上不出现错头和破折；2）汽车行驶轨迹(2)曲率连续。其曲率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率的值。(3)曲率变化连续。其曲率的变化率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。 直线－圆－直线:不满足第二、三条性质，但满足第一条要求，满足了车辆的直行和转向要求，可作为低等级山区道路采用。 直－缓－圆－缓－直:为满足第二条要求，在直线与圆曲线间引入了一条曲率逐渐变化的“缓和曲线”，使整条线形符合汽车行驶轨迹特性的第一条和二条，保持了线形的曲率连续。它不满足第三条要求，不是最理想的，但与汽车行驶轨迹接近，国内外普遍采用。 路线平面线形基本要素三要素是基本组成，各要素所占比例及使用频率并无规定，各要素使用合理、配置得当，均可满足汽车行驶要求。至于它们的参数则要根据地形情况和人的视觉、心理、道路技术等级等条件来确定。平面线形三要素：直线、圆曲线和缓和曲线。道路平面线形设计，是根据汽车行驶的力学性质和行驶轨迹要求，合理地确定各线形要素的几何参数，保持线形的连续性和均衡性，避免采用长直线，并注意使线形与地形、地物、环境和景观等协调。对于车速较高的道路，线形设计还应考虑汽车行驶美学及驾驶员视觉和心理上的要求。 3.2直线一、直线的特点直线距离短，直捷，通视条件好。汽车在直线上行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易。便于测设。直线线形大多难于与地形地物相协调，若长度运用不当，不仅破坏了线形的连续性，也不便达到线形设计自身的协调。过长的直线易使驾驶人感到单调、疲倦，难以目测车间距离。 二、直线的运用(1).宜采用直线线形的路段：（1）不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地；（2）市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等以直线条为主的地区；（3）长的桥梁、隧道等构造物路段；（4）路线交叉点及其前后；（5）双车道公路提供超车的路段。 （1）在直线上纵坡不宜过大，因长直线再加下陡坡更易导致高速度。（2）长直线与大半径凹竖曲线组合为宜，这样可以使生硬呆板的直线得到一些缓和。2.当采用长的直线线形时，应注意的问题： 哪一个最优？ 2.当采用长的直线线形时，应注意的问题：（3）道路两侧过于空旷时，宜采取植不同树种或设置一定建筑物、雕塑、广告牌等措施，以改善单调的景观。（4）长直线或长下坡的尽头的平曲线，除曲线半径、超高、视距等必须符合规定外，还必须采取设置标志、增加路面抗滑能力等安全措施。 美国俄勒冈州典型沙漠公路 香榭丽舍与凯旋门 德国柏林最大直线长度：世界各个国家没有统一的规定。总的原则：公路线形应与地形相适应，与景观相协调，直线的最大长度应有所限制，当采用长的直线线形时，为弥补景观单调的缺陷，应结合具体情况采取相应的技术措施。 《标准》规定：直线的最大与最小长度应有所限制。一条公路的直线与曲线的长度设计应合理。合理利用地形和避免采用长直线。3.最大直线长度问题： 同向曲线间最小长度：同向曲线(adjacentcurveinonedirec-tion)----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。A.当Ｖ≥60km/h时，直线≥６Ｖ（以km/h计）为宜B.当Ｖ≤40km/h时，可参照上述规定执行4、直线的最小长度 若在同向曲线间插入短直线容易产生把直线和两端的曲线看成为反向曲线的错觉,当直线过短时甚至可能把两个曲线看成一个曲线，容易造成司机的判断错误。这种线形破坏了线形的连续性，且容易造成驾驶操作的失误，通常称为断背曲线。设计中应尽量避免。 4、直线的最小长度反向曲线间最小长度：反向曲线(reversecurve)----指两个转向相反的相邻曲线间连以直线所形成的平面线形。在转向相反的两个圆曲线之间，如果没有设置缓和曲线，考虑到设置超高、加宽缓和段以及驾驶人员转向操作的需要，宜设置一定长度的直线。A.当Ｖ≥60km/h时，直线≥２Ｖ（以km/h计）为宜B.当Ｖ≤40km/h时，可参照上述规定执行C.特别困难四级15m 一、圆曲线的几何元素各级公路和城市道路不论转角大小均应设置平曲线，而圆曲线是平曲线中的主要组成部分。路线平面线形中常用的单曲线、复曲线、双交点或多交点曲线、虚交点曲线、回头曲线等中一般均包含了圆曲线。圆曲线具有易与地形相适应、可循性好、线形美观、易于测设等优点，使用十分普遍。3.3圆曲线 圆曲线几何元素为： 计算基点为交点里程桩号，记为JD，ZY=JD-TYZ=ZY+LQZ=ZY+L/2JD=QZ+J/2曲线主点里程桩号计算： XY（一）计算公式与因素根据汽车行驶在曲线上力的平衡式计算曲线半径：二、圆曲线半径 （一）计算公式与因素根据汽车行驶在曲线上力的平衡式计算曲线半径：式中：V——设计速度，（km/h）；μ——横向力系数；ih——超高横坡度；i1——路面横坡度。当设超高时：不设超高时： （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，这就要求横向力系数μ低于轮胎与路面之间所能提供的横向摩阻系数f:μ≤ff与车速、路面种类及状态、轮胎状态等有关，一般在干燥路面上约为0.4～0.8，在潮湿的黑色路面上汽车高速行驶时，降低到0.25～0.40。路面结冰和积雪时，降到0.2以下，在光滑的冰面上可降到0.06（不加防滑链）。1．横向力系数μ对行车的影响及其值的确定： （2）增加燃料消耗和轮胎磨损μ使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加。横向力系数μ燃料消耗（%）轮胎磨损（%）01001000.051051600.101102200.151153000.20120390(3)增加驾驶操纵的困难弯道上行驶的汽车，在横向力作用下，弹性的轮胎会发生横向变形，使轮胎的中间平面与轮迹前进方向形成一个横向偏移脚，如果超过5度，一般司机就不易保持驾驶方向的稳定。 （3）行旅不舒适μ值的增大，乘车舒适感恶化。当μ〈0.10时，不感到有曲线存在，很平稳；当μ=0.15时，稍感到有曲线存在，尚平稳；当μ=0.20时，己感到有曲线存在，稍感不稳定；当μ=0.35时，感到有曲线存在，不稳定；当μ=0.40时，非常不稳定，有倾车的危险感。μ的舒适界限，由0.11到0.16随行车速度而变化，设计中对高、低速路可取不同的数值。美国AASHTO认为V≤70km/h时μ=0.16，V=80km/h时，μ=0.12是舒适感的界限。 由于道路上车辆速度不一致，特别是混合交通的道路上，不仅要照顾快车，还要考虑慢车的安全。对于慢车，乃至因故暂停在弯道上的车辆，其离心力接近于0或等于0.如超高率过大，超出轮胎与路面间的横向摩阻系数，车辆有沿着路面最大合成坡度下滑的危险，必须：(一年中气候恶劣季节路面的横向摩阻系数)。《标准》规定：高速公路、一级公路的超高横坡度不应大于10%，其它各级公路不应大于8%。在积雪冰冻地区，最大超高横坡度不宜大于6%。制定最大超高坡度ih（max）要根据道路所在地区的气候条件，还要给驾驶员和乘客以心理上的安全感。对重山区，城市附近，交叉口以及有相当数量非机动车行驶的道路，最大超高还要比一般道路小些。2．关于最大超高（P113）： ih《标准》中规定的最小平曲线半径是汽车在曲线部分能安全而又顺适的行驶的条件而确定的。最小平曲线半径的实质是汽车行驶在公路曲线部分时，所产生的离心力等横向力不超过轮胎与路面的摩阻力所允许的界限，并使乘车人感觉良好舒适的曲线半径值。（二）最小半径的计算 指各级公路在采用允许最大超高和允许的横向摩阻系数情况下，能保证汽车安全行驶的最小半径。1．极限最小半径强调说明：极限最小半径是路线设计中的极限值，是在特殊困难条件下不得已才使用的，一般不轻易采用。 一般最小半径是指各级公路按设计速度行驶的车辆能保证安全、舒适行车的最小允许半径。2．一般最小半径 圆曲线半径大于一定数值时，可以不设置超高。指道路曲线半径较大，离心力较小时，汽车沿双向路拱外侧行驶的路面摩擦力足以保证汽车行车安全稳定所采用的最小半径。从行驶的舒适性考虑，必须把横向力系数控制到最小值。3．不设超高的最小半径 4.最小半径指标的应用选用圆曲线半径值时，应与当地地形、地物、经济等条件相适应。城市道路建成区，如设超高，则两侧建筑物标高不易配合而且影响街景美观，因此，城市道路可适当降低标准。（P126） 4.最小半径指标的应用（1）公路线形设计时应根据沿线地形等情况，尽量选用较大半径。在不得已情况下方可使用极限最小半径；（2）当地形条件许可时，应尽量采用大于一般最小半径的值；（3）有条件时，最好采用不设超高的最小半径。（4）选用曲线半径时，应注意前后线形的协调，不应突然采用小半径曲线；（5）长直线或线形较好路段，不能采用极限最小半径。（6）从地形条件好的区段进入地形条件较差区段时，线形技术指标应逐渐过渡，防止突变。 （三）圆曲线最大半径选用圆曲线半径时，在与地形等条件相适应的前提下应尽量采用大半径。但半径大到一定程度时，其几何性质和行车条件与直线无太大区别，容易给驾驶人员造成判断上的错误反而带来不良后果，同时也无谓增加计算和测量上的麻烦。《规范》规定圆曲线的最大长度在不宜超过10000m。 （四）关于城市道路与公路不同，《城市道路设计规范》提供了设超高最小半径，设超高推荐半径，不设超高最小半径以及不设缓和曲线最小半径。当受地形条件限制时，可采用设超高推荐半径值；当地形条件特别困难时，可采用设超高最小半径值。 （五）平曲线最小长度汽车在曲线上行驶，如果曲线很短，则司机操作频繁，在高速行车的情况下是不安全的。具有一定的曲线长度是很必要的。平曲线的最小长度按下面三个方面考虑：转向操作所需的最短行程时间（6s）满足离心加速度变化率所要求的曲线长度依视觉的要求确定(p118-120)道路平面线形设计尽可能避免小偏角的情况！