iA道路勘測設第二章

1、建筑工程學院道路勘測設計道路勘測設計主講：趙春花 講師建筑工程學院 汽車行駛軌跡特性與道路平面線形要素 。 直線的特點和運用、最大長度和最小長度。 圓曲線的特點、半徑大小及其長度 。 緩和曲線的性質、形式及最小長度和參數(shù) 。 平面線形設計原則和線形要素組合類型 。 道路平面設計的主要技術文件。第二章第二章 道路平面設計道路平面設計建筑工程學院第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述一、路線的相關概念 道路：一條三維空間的實體，是由路基、路面、橋梁、涵洞、隧道等組成的空間帶狀構造物。 路線：道路中線的空間位置。 線形：道路中心線的立體形狀。 路線平面：路線在水平面上的投影。 路線縱斷面：沿中線豎直剖切再行展開的

2、斷面（展開是指展開平面、縱坡不變）。 路線橫斷面：中線上任一點的法向切面。 路線設計：確定路線空間位置和各部分的幾何尺寸。建筑工程學院 建筑工程學院二、汽車行駛軌跡與道路平面線形（一）汽車行駛軌跡 行駛中的汽車其重心的軌跡在幾何性質上有以下特征： 軌跡是連續(xù)的、圓滑的，任一點不出現(xiàn)錯頭和破折。 曲率是連續(xù)的，任一點不出現(xiàn)兩個曲率值。 曲率變化是連續(xù)的，任一點不出現(xiàn)兩個曲率變化率值。company l建筑工程學院 直線圓直線: 不滿足第二、三條性質，但滿足第一條要求，滿足了車輛的直行和轉向要求，可作為低等級山區(qū)道路采用。 建筑工程學院為滿足第二條要求，在直線與圓曲線間引入了一條曲率逐漸變化的“緩

3、和曲線”，使整條線形符合汽車行駛軌跡特性的第一條和二條，保持了線形的曲率連續(xù)。它不滿足第三條要求，不是最理想的，但與汽車行駛軌跡接近，國內外普遍采用。直緩圓緩直:建筑工程學院 平面線形三要素：直線、圓曲線和緩和曲線。 道路平面線形設計，是根據(jù)汽車行駛的力學性質和行駛軌跡要求，合理地確定各線形要素的幾何參數(shù)，保持線形的連續(xù)性和均衡性，避免采用長直線，并注意使線形與地形、地物、環(huán)境和景觀等協(xié)調。對于車速較高的道路，線形設計還應考慮汽車行駛美學及駕駛員視覺和心理上的要求。（二）平面線形要素（二）平面線形要素建筑工程學院第二節(jié) 直線一、直線的特點 優(yōu)點兩點之間距離最短。具有短捷、直達的印象。行駛受力簡

4、單，方向明確，駕駛操作簡易。測設簡單方便（用簡單的就可以精確量 距、放樣等）。在直線上設構造物更具經濟性。 建筑工程學院 缺點直線單一無變化，與地形及線形自身難以協(xié) 調。過長的直線在交通量不大且景觀缺乏變化時， 易使駕駛人員感到單調、疲倦。 在直線縱坡路段，易錯誤估計車間距離、行車 速度及上坡坡度。易對長直線估計得過短或產生急躁情緒，超速 行駛。建筑工程學院 哪一個最優(yōu)？建筑工程學院美美國國俄俄勒勒岡岡州州典典型型沙沙漠漠公公路路建筑工程學院香榭麗舍與凱旋門建筑工程學院德德 國國 柏柏 林林建筑工程學院 采用直線線形時必須注意線形與地形的關系，在運用直線線形并決定其長度時，必須慎重考慮，一般不

5、宜采用長直線。u路線完全不受地形、地物限制的平坦地區(qū)或山間的寬闊河谷 地帶； u城鎮(zhèn)及其近郊道路，或以直線為主體進行規(guī)劃的地區(qū)； u長大橋梁、隧道等構造物路段； u路線交叉點前后的路段； u雙車道公路提供超車的路段。二、直線的運用二、直線的運用建筑工程學院 三三.直線的表達式直線的表達式1.直線方向的表示: 1）用直線間的夾角或轉角表示 2）用方位角表示 3）用象限角表示轉角直線jdn-1至jdn的延長線與jdn至jdn+1之間的夾角。象限角直線與正南或正北方向所夾的銳角。方位角直線方向與正北方向的夾角。建筑工程學院 三三.直線的表達式直線的表達式2.直線的數(shù)學表達式直線的數(shù)學表達式:兩點式：

6、1111nnnnnnyyxxyyxx兩點間的直線長度：22111()()nnnnnsxxyyn兩點間的直線長度：11arctanarctannnnnyyyxxx建筑工程學院四、直線的最大長度和最小長度1直線的最大長度 我國標準和規(guī)范對直線的最大長度沒有具體的規(guī)定，但原則規(guī)定直線的最大長度應有所限制，盡量避免長直線。 最大長度主要應根據(jù)駕駛員的視覺反應及心理上的承受能力來確定。 一般認為：直線的最大長度在城鎮(zhèn)附近或其他景色有變化的地點大于20v是可以接受的；在景色單調的地點最好控制在20v以內；而在特殊的地理條件下應特殊處理。建筑工程學院四、直線的最大長度和最小長度設計車速 v(km/h) 12

7、0 100 80 60 40 30 20 直線最大長度(20v)(m) 2400 2000 1600 1200 800 600 400 一般值（6v） 720 600 480 360 240 180 120 同向曲線 間 特殊值(2.5v) 100 75 50 直 線 最小 長 度 (m) 反向曲線間（2v） 240 200 130 120 80 60 40 建筑工程學院當直線長度大于當直線長度大于1km1km時，可采用下列技術措施予以彌補：時，可采用下列技術措施予以彌補：縱坡不應過大，一般應小于縱坡不應過大，一般應小于3%3%。同大半徑凹型豎曲線結合為宜。同大半徑凹型豎曲線結合為宜。兩側地形

8、過于空曠時，宜采取栽植不同樹種或設置兩側地形過于空曠時，宜采取栽植不同樹種或設置 一定建筑物等措施。一定建筑物等措施。長直線或長下坡盡頭的平曲線，應對路面超高、停長直線或長下坡盡頭的平曲線，應對路面超高、停 車視距等進行檢驗，必要時須采用設置標志、增加車視距等進行檢驗，必要時須采用設置標志、增加 路面抗滑能力等安全措施。路面抗滑能力等安全措施。建筑工程學院 相鄰兩曲線之間應有一定長度的直線，這個直線是指相鄰兩曲線之間應有一定長度的直線，這個直線是指前一曲線的前一曲線的終點（終點（hzhz或或yzyz）到后一曲線的到后一曲線的起點（起點（zhzh或或zyzy）之間的長度。之間的長度。 （1 1）

9、同向曲線間的直線最小長度）同向曲線間的直線最小長度 同向曲線同向曲線：是指兩個轉向相同的相鄰曲線之間連以直：是指兩個轉向相同的相鄰曲線之間連以直線而形成的平面線形。線而形成的平面線形。 斷背曲線斷背曲線：同向曲線間連以短的直線。：同向曲線間連以短的直線。2直線的最小長度直線的最小長度建筑工程學院2直線的最小長度直線的最小長度建筑工程學院斷背曲線的錯覺斷背曲線的錯覺 當直線較短時，在視覺上容易形成直線與兩端曲線構當直線較短時，在視覺上容易形成直線與兩端曲線構成反彎的錯覺；成反彎的錯覺； 當直線過短甚至把兩個曲線看成是一個曲線。當直線過短甚至把兩個曲線看成是一個曲線。危害危害： 破壞了線形的連續(xù)性

10、，造成駕駛操作失誤，應盡量避免。破壞了線形的連續(xù)性，造成駕駛操作失誤，應盡量避免。解決辦法解決辦法： 因為是視覺上的判斷錯覺，最好的辦法是在兩同向曲線因為是視覺上的判斷錯覺，最好的辦法是在兩同向曲線間插入長的直線段，讓駕駛員在前一個曲線上看不到下一間插入長的直線段，讓駕駛員在前一個曲線上看不到下一個曲線。個曲線。 建筑工程學院規(guī)范規(guī)范規(guī)定：規(guī)定： 當當設計速度設計速度60km/h60km/h時，同向曲線間的直線最小長度時，同向曲線間的直線最小長度（以（以m m計）以不小于設計速度（以計）以不小于設計速度（以km/hkm/h計）的計）的6 6倍為宜；當?shù)乇稙橐?；當?shù)匦螚l件及其它特殊情況限制時，最

11、小直線長度不得小于設計形條件及其它特殊情況限制時，最小直線長度不得小于設計速度速度( (以以km/hkm/h計計) )的的3 3倍。倍。 對于對于設計速度設計速度40km/h40km/h時，參考執(zhí)行即可。時，參考執(zhí)行即可。 在受到條件限制時，宜將同向曲線改為大半徑曲線或將在受到條件限制時，宜將同向曲線改為大半徑曲線或將兩曲線作成復曲線、卵形曲線或兩曲線作成復曲線、卵形曲線或c c形曲線。形曲線。 建筑工程學院（2）反向曲線間直線的最小長度 反向曲線反向曲線：兩個轉向相反的相鄰曲線之間連以直線所形：兩個轉向相反的相鄰曲線之間連以直線所形成的平面線形。成的平面線形。 對反向曲線間直線最小長度的規(guī)定

12、，主要考慮考慮到對反向曲線間直線最小長度的規(guī)定，主要考慮考慮到其超高和加寬緩和的需要，以及駕駛人員操作的方便。其超高和加寬緩和的需要，以及駕駛人員操作的方便。 建筑工程學院規(guī)范規(guī)范規(guī)定規(guī)定： 當設計速度當設計速度60km/h60km/h時，反向曲線間直線最小長度（以時，反向曲線間直線最小長度（以m m計）以不小于設計速度（以計）以不小于設計速度（以km/hkm/h計）的計）的2 2倍為宜。倍為宜。 當設計速度當設計速度40km/h40km/h時，可參照上述規(guī)定執(zhí)行。時，可參照上述規(guī)定執(zhí)行。 當直線兩端設置有緩和曲線時，也可以直接相連，構成當直線兩端設置有緩和曲線時，也可以直接相連，構成s s型

13、曲線。型曲線。 2vl建筑工程學院 第三節(jié) 圓曲線 一、圓曲線的特點及表達式 特點 各級公路和城市道路不論轉角大小均應設置圓曲線。 圓曲線作為公路平面線形具有以下主要特點：u曲率1/r=常數(shù)，測設和計算簡單；u比直線更能適應地形的變化；u在圓曲線上行駛要受到離心力的作用；u要比在直線上行駛多占用道路寬度；u在小半徑的圓曲線內側行駛時，視距條件較差。 建筑工程學院 一、圓曲線的特點及表達式 表達式1、直線坐標方程2、參數(shù)表示的直角坐標方程建筑工程學院 二汽車行駛時的橫向穩(wěn)定性 1.汽車在彎道上行駛所受的離心力yx建筑工程學院 二汽車行駛時的橫向穩(wěn)定性 1.汽車在彎道上行駛所受的離心力假定：假定：

14、汽車在圓曲線上作勻速圓運汽車在圓曲線上作勻速圓運動。動。離心力：離心力：汽車在彎道上，由于慣性汽車在彎道上，由于慣性產生離心力。產生離心力。作用點：作用點：汽車重心汽車重心 方向：方向：水平水平背離圓心背離圓心大?。捍笮。?grgvf2離心力的影響：離心力的影響：對汽車在對汽車在平曲線上行駛的穩(wěn)定性影平曲線上行駛的穩(wěn)定性影響很大，可能產生橫向滑響很大，可能產生橫向滑移或橫向傾覆。移或橫向傾覆。超高：超高：為了減少離心力的作用，保證汽車在平曲線上穩(wěn)定行駛，必須使平曲為了減少離心力的作用，保證汽車在平曲線上穩(wěn)定行駛，必須使平曲 線上的路面做成外側高、內側低呈單向橫披的形式，稱為橫向超高。線上的路面

15、做成外側高、內側低呈單向橫披的形式，稱為橫向超高。建筑工程學院2.曲線上汽車的受力分析 將離心力f和車重分解為平行于路面的橫向力和垂直于路面的豎向力，即： 橫向力： xfcosgsin 豎向力： yfsingcos 很小，可以認為sintgih ，cos1 ， ih稱為橫向超高坡度h2h2higrvggigrgvgifx建筑工程學院2.曲線上汽車的受力分析 引入橫向力系數(shù)引入橫向力系數(shù)，作為衡量穩(wěn)定性程度的，作為衡量穩(wěn)定性程度的指標，其意義為指標，其意義為單位車重的橫向力單位車重的橫向力，即，即higrvgx2 用用v v（km/hkm/h）表達上述公式，則：）表達上述公式，則：hirv127

16、2建筑工程學院3.橫向傾覆條件分析 橫向傾覆橫向傾覆：汽車在橫向力的作用下，可能產生繞外側車輪觸：汽車在橫向力的作用下，可能產生繞外側車輪觸地點向外傾覆的危險。地點向外傾覆的危險。 xhgby建筑工程學院 橫向滑移橫向滑移：汽車在橫向力的作用下，可能產生沿橫向力方汽車在橫向力的作用下，可能產生沿橫向力方向的側向滑移。向的側向滑移。 穩(wěn)定條件：穩(wěn)定條件：橫向力大于或等于輪胎與路面之間的橫向附著橫向力大于或等于輪胎與路面之間的橫向附著力。即：力。即： 利用此式可計算出汽車在平曲線上行駛時，不產生橫利用此式可計算出汽車在平曲線上行駛時，不產生橫向滑移的最小平曲線半徑向滑移的最小平曲線半徑r r或最大

17、允許行駛速度或最大允許行駛速度v v。3.橫向滑移條件分析hhgyxhgx h橫向附著系數(shù)橫向附著系數(shù) hhivr1272建筑工程學院4.橫向傾覆條件分析 穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件：傾覆力矩小于或等于穩(wěn)定力矩。傾覆力矩小于或等于穩(wěn)定力矩。 即即 :2)(2bgfibyxhhgf fh hi i比比g g小得多，可略去不計，則小得多，可略去不計，則 ghbgx2hirv1272hgihbvr21272建筑工程學院 汽車在平曲線上行駛時的橫向穩(wěn)定性主要取決于橫向力系汽車在平曲線上行駛時的橫向穩(wěn)定性主要取決于橫向力系數(shù)值的大小。數(shù)值的大小。 現(xiàn)代汽車在設計制造時重心較低，一般現(xiàn)代汽車在設計制造時重心較低，一

18、般 汽車在平曲線上行駛時，在發(fā)生橫向傾覆之前先產生橫汽車在平曲線上行駛時，在發(fā)生橫向傾覆之前先產生橫向滑移現(xiàn)象。在道路設計中應保證汽車不產生橫向滑移，同向滑移現(xiàn)象。在道路設計中應保證汽車不產生橫向滑移，同時也就保證了橫向傾覆的穩(wěn)定性。時也就保證了橫向傾覆的穩(wěn)定性。 5.橫向穩(wěn)定性的保證 ghb212ghb5 . 0hhghb2建筑工程學院三、圓曲線半徑及圓曲線長度（一）公式與因素（一）公式與因素)(1272hivr 在指定車速在指定車速v下，極限最小半徑決定于容許的最大橫向力下，極限最小半徑決定于容許的最大橫向力系數(shù)和該曲線的最大超高。系數(shù)和該曲線的最大超高。 關于橫向力系數(shù)關于橫向力系數(shù) （

19、1）危及行車安全）危及行車安全 為保證汽車用普通輪胎在最不利路面狀況下能不產生橫為保證汽車用普通輪胎在最不利路面狀況下能不產生橫向滑移，向滑移， 應小于應小于0.2。 （2）增加駕駛操縱的困難）增加駕駛操縱的困難 要求要求0.3。建筑工程學院 （3 3）增加燃料消耗和輪胎磨損）增加燃料消耗和輪胎磨損 的存在使車輛的燃油消耗和輪胎磨損增加。橫向力系的存在使車輛的燃油消耗和輪胎磨損增加。橫向力系數(shù)數(shù) 為為0.20.2時，其燃料消耗時，其燃料消耗 與輪胎磨損與輪胎磨損 分別比分別比0 0時時多多2020和近和近3 3倍。倍。 （4 4）行旅不舒適）行旅不舒適 當當超過一定數(shù)值時，駕駛者在曲線行駛中駕

20、駛緊張，乘超過一定數(shù)值時，駕駛者在曲線行駛中駕駛緊張，乘客感到不舒適?？透械讲皇孢m。 0.10.10.150.15間，舒適性可以接受。間，舒適性可以接受。 綜上所述對行車的安全、經濟與舒適方面的要求，最大綜上所述對行車的安全、經濟與舒適方面的要求，最大橫向力系數(shù)采用：橫向力系數(shù)采用：設計速度設計速度1201008060403020橫向力系數(shù)橫向力系數(shù)0.10.120.130.150.150.160.17建筑工程學院 標準標準根據(jù)不同橫向摩阻系數(shù)值，對于不同等級的公路規(guī)根據(jù)不同橫向摩阻系數(shù)值，對于不同等級的公路規(guī)定了定了極限最小半徑、一般最小半徑和不設超高的最小半徑三個極限最小半徑、一般最小半徑

21、和不設超高的最小半徑三個最小半徑最小半徑。 1 1極限最小半徑極限最小半徑 定義：定義：指各級公路在采用允許最大超高和允許的橫向摩阻系指各級公路在采用允許最大超高和允許的橫向摩阻系數(shù)情況下，能保證汽車安全行駛的最小半徑數(shù)情況下，能保證汽車安全行駛的最小半徑。 強調說明：強調說明：極限最小半徑是路線設計中的極限值，是在特殊極限最小半徑是路線設計中的極限值，是在特殊困難條件下不得已才使用的，一般不輕易采用。困難條件下不得已才使用的，一般不輕易采用。 %8hi17. 01 . 0h （二）最小半徑的計算（二）最小半徑的計算建筑工程學院 定義：定義：在通常情況下，能保證汽車安全行駛的在通常情況下，能保

22、證汽車安全行駛的最小半徑。最小半徑。 標準標準中計算一般最小半徑時中計算一般最小半徑時: : 適用：適用：一般最小半徑是在通常情況下推薦采用一般最小半徑是在通常情況下推薦采用的最小半徑。的最小半徑。 一方面考慮了汽車在這種曲線上以設計速度或一方面考慮了汽車在這種曲線上以設計速度或以接近設計速度行駛時，旅客有充分的舒適感；以接近設計速度行駛時，旅客有充分的舒適感； 另一方面考慮到在地形比較復雜的情況下不會另一方面考慮到在地形比較復雜的情況下不會過多增加工程量。過多增加工程量。 06. 005. 0h %8%6hi2一般最小半徑一般最小半徑建筑工程學院 2一般最小半徑一般最小半徑設計速度(km/h

23、) 1201008060403020圓曲線最小半徑(m)一般值10007004002001006530極限值650400250125603015圓曲線最小半徑設計速度(km/h)1201008060403020不設超高的圓曲線最小半徑（m）路拱2%5500 400025001500600350150路拱2%7500 525033501900800450200不設超高的圓曲線最小半徑建筑工程學院 3 3不設超高的最小半徑不設超高的最小半徑 定義：定義：指平曲線半徑較大，離心力較小時，汽指平曲線半徑較大，離心力較小時，汽車沿雙向路拱（不設超高）外側行駛的路面摩阻力車沿雙向路拱（不設超高）外側行駛的

24、路面摩阻力足以保證汽車行駛安全穩(wěn)定所采用的最小半徑。路足以保證汽車行駛安全穩(wěn)定所采用的最小半徑。路面不設超高。面不設超高。 %2hi%2hi，=0.0350.040=0.0400.050建筑工程學院 （三）圓曲線半徑的運用（三）圓曲線半徑的運用 1.在適應地形的情況下應選用較大的曲線半徑。 2.在確定圓曲線半徑時，應注意：u一般情況下宜采用最小平曲線半徑的48倍，或超高為 2%4%的圓曲線半徑。u地形條件受限制時，應采用大于或接近于圓曲線最小半 徑的“一般值”。u地形條件特殊困難而不得已時，方可采用圓曲線最小半 徑的“最小值”。u應同前后線形要素相協(xié)調，使之構成連續(xù)、均衡的曲線 線形。u應同縱

25、面線形相配合，必須避免小半徑曲線與陡坡相重合。u選用曲線半徑時，最大半徑值一般不應超過10000m為宜。建筑工程學院第四節(jié) 緩和曲線 緩和曲線是道路平面線形三要素之一。 緩和曲線：設置在直線和圓曲線之間或半徑相差較大的兩個轉向相同的圓曲線之間的一種曲率連續(xù)變化的曲線。 規(guī)范規(guī)定：除四級公路外的其它各級公路都應設置緩和曲線，另外，當圓曲線半徑大于“不設超高的最小半徑”時可省略緩和曲線。建筑工程學院 1.曲率連續(xù)變化，便于車輛遵循。曲率連續(xù)變化，便于車輛遵循。 2.離心加速度逐漸變化，旅客感覺舒適。離心加速度逐漸變化，旅客感覺舒適。 3.超高橫坡度及加寬逐漸變化，行車更加平穩(wěn)。超高橫坡度及加寬逐漸

26、變化，行車更加平穩(wěn)。 4.與圓曲線配合，增加線形美觀。與圓曲線配合，增加線形美觀。一、緩和曲線的作用一、緩和曲線的作用建筑工程學院（一）緩和曲線的基本要求（一）緩和曲線的基本要求u可行性好：它的線形應符合行駛軌跡，它的幾何特征應可行性好：它的線形應符合行駛軌跡，它的幾何特征應滿足汽車軌跡的三條幾何特征。滿足汽車軌跡的三條幾何特征。u緩和性好：是指緩和曲線要有一定長度，如太短，駕駛緩和性好：是指緩和曲線要有一定長度，如太短，駕駛員操作緊張，旅客不舒適，線形不協(xié)調。員操作緊張，旅客不舒適，線形不協(xié)調。u計算方便，公式簡單計算方便，公式簡單;便于在設計、施工中使用。便于在設計、施工中使用。二、緩和曲

27、線的基本要求、性質及采用形式二、緩和曲線的基本要求、性質及采用形式建筑工程學院 假定：假定： 1.汽車為一剛體，轉彎時汽車不變形，忽略彈性輪胎汽車為一剛體，轉彎時汽車不變形，忽略彈性輪胎的變形。的變形。 2.左、右輪差別不計，只研究重心的軌跡。左、右輪差別不計，只研究重心的軌跡。 3.轉彎時汽車等速行駛，駕駛員勻速轉動方向盤。轉彎時汽車等速行駛，駕駛員勻速轉動方向盤。（二）緩和曲線的性質（二）緩和曲線的性質建筑工程學院)(radk)(radt)(radtk)m(tgdr)m(tkddr)m(vtl rkdtrkdvlckvdrcl 軌跡方程討論:建筑工程學院u回旋線回旋線u三次拋物線三次拋物線

28、u 雙紐線雙紐線u n次拋物線次拋物線u 正弦形曲線正弦形曲線 我國我國標準標準推薦的緩和曲線是回旋線推薦的緩和曲線是回旋線 （三）緩和曲線的采用形式（三）緩和曲線的采用形式建筑工程學院 三、回旋線作為緩和曲線三、回旋線作為緩和曲線 （一）回旋線的基本方式（一）回旋線的基本方式 1.定義：定義：回旋線是曲率隨著曲線長度成比例變化的曲線回旋線是曲率隨著曲線長度成比例變化的曲線 2.基本公式：基本公式： a回旋線參數(shù)，表示回旋線曲率變化的緩急程度?；匦€參數(shù)，表示回旋線曲率變化的緩急程度。a為長為長度量綱度量綱 3.特點特點:滿足行駛軌跡三條特征的程度滿足行駛軌跡三條特征的程度2alr建筑工程學院（二）回旋線的性質1.曲率按線形函數(shù)增大曲率按線形函數(shù)增大 a越大，曲率越大，曲率k越小，回旋線變化慢；越小，回旋線變化慢； a越小，曲率越小，曲率k越大，回旋線變化快越大，回旋線變化快. 2.所有回旋線都幾何相似所有回旋線都幾何相似 回旋線的形狀是相似的，單位回旋線的性質可以代表所有回旋線?；匦€的形狀是相似的，單位回旋線的性質可以代表所有回旋線。 21alrk建筑工程學院2aldlrdld222alsin2=sin=cos2=cos=adldyadldx463424523422403366345640rlrlrl