道路勘探設(shè)計(jì)第3講平面設(shè)計(jì)1講解

1、第三章平面設(shè)計(jì)第一節(jié)概述 一、路線 道路是一條三維空間的實(shí)體。 它是由路基、路面、橋梁、涵洞、隧道和沿線設(shè) 施所組成的線形構(gòu)造物。.路線：是指道路中線的空間位置。-路線平面圖：路線在水平面上的投影。，路線縱斷而圖：沿道路中線的豎向剖面圖，再行 展開(kāi)即是路線的縱斷面。路線橫斷面圖：道路中線上任意一點(diǎn)的法向切面 是道路在該點(diǎn)橫斷面。路緩；是指道路中線的空間位置。路線平面圖：路線在水平面上的投影。路線縱斷面圖：沿道路中線的豎向剖面圖，再行 展開(kāi)即是路線的縱斷面。路線橫斷面圖道路中線上任意一點(diǎn)的法向切面 是道路在該點(diǎn)橫斷面。路線設(shè)計(jì)：指確定路線空間位置和各部分幾何尺 寸的工作。路線平面設(shè)計(jì) 在路線平面

2、圖上研究道路的基本 走向及線形的過(guò)程。K，小 04 1 而現(xiàn)醐皿 mrw，© 圈嗎里，glgE35W一 一 . 差一 ,二路線縱斷面設(shè)計(jì) 在路線縱斷面圖上研究道路縱坡 及坡長(zhǎng)的過(guò)程。HN1S>&28. 63fi*叁*路線橫贏設(shè)"在路線橫斷面圖上研究路基斷 面形狀的過(guò)程。路線橫斷血設(shè) 在路線橫斷面圖上研究路基斷 面形狀的過(guò)程。圖5-32城市道路橫斷面設(shè)計(jì)圖（單位:m）二、汽車(chē)行駛軌跡與道路平面線形(一)汽車(chē)行駛軌跡行駛中汽車(chē)的軌跡的幾何特征：(1)軌跡連續(xù)。這個(gè)軌跡是連續(xù)的和圓滑的，即 在任何一點(diǎn)上不出現(xiàn)錯(cuò)頭和破折；(2)曲率連續(xù)。其曲率是連續(xù)的，即軌跡上任一

3、點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率的值。(3)曲率變化連續(xù)。其曲率的變化率是連續(xù)的, 即軌跡上任一點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率變化率的值。 (Z1)平面線形要素行駛中汽車(chē)的導(dǎo)向輪與車(chē)身縱軸之間的關(guān)系：汽車(chē)行駛軌跡線1 .角度為零：曲率為0直線2 .角度為常數(shù)：曲率為常數(shù)一圓曲線3 .角度為變數(shù)：曲率為變數(shù)一緩和曲線現(xiàn)代道路平面線形正是由上述三種基本線形構(gòu)成 的，稱(chēng)為平面線形三要素。第二節(jié)直線一、直線的特點(diǎn)直線距離短，直捷，通視條件好。汽車(chē)在直線上行駛受力簡(jiǎn)單，方向明確，駕駛操作 簡(jiǎn)易。 便于測(cè)設(shè)。直線線形大多難于與地形相協(xié)調(diào)，若長(zhǎng)度運(yùn)用不當(dāng)， 不僅破壞了線形的連續(xù)性，也不便達(dá)到線形設(shè)計(jì)自身 的協(xié)調(diào)。過(guò)長(zhǎng)的直線易使駕駛?cè)烁械?/p>

4、單調(diào)、疲倦，難以目測(cè)車(chē) 間距離。二、直線的最大長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：直線的最大與最小長(zhǎng)度應(yīng)有所限制。 一條公路的直線與曲線的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)應(yīng)合理。 德國(guó)規(guī)定直線的最大長(zhǎng)度（以米計(jì)）為20V （計(jì)算行 車(chē)速度，knVh）（適于高速公路V2100km/h）。 公路線形首先考慮的不是在平面線形上盡量多采用 直線，或者是必須由連續(xù)的曲線所構(gòu)成，而是必須 采用與自然地形相協(xié)調(diào)的線形。 合理利用地形和避免采用長(zhǎng)直線。三、直線的最小長(zhǎng)度 1.同向曲線間的直線最小長(zhǎng)度 同向曲線是指兩個(gè)轉(zhuǎn)向相同的相鄰曲線之間連以直 線而形成的平面線形。 規(guī)范：當(dāng)設(shè)計(jì)速度與Okm/h時(shí)，同向曲線間的直 線最小長(zhǎng)度（以m計(jì)）以不小于設(shè)計(jì)速度的6

5、倍為宜 （6V） o 對(duì)于低速道路（VWlOkm/h）則有所放寬，參考執(zhí)行 即可。 .反向曲線間的直線最小長(zhǎng)度反向曲線是指兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的相鄰曲線之間連以直 線所形成的平面線形。X規(guī)范規(guī)定：當(dāng)設(shè)計(jì)速度360kin/h時(shí)，反向曲線 間最小直線長(zhǎng)度（以m計(jì)）以不小于設(shè)計(jì)速度（以 km/h計(jì)）的2倍為宜。當(dāng)直線兩端設(shè)置有緩和曲線時(shí)，也可以直接相連， 構(gòu)成S形曲線。三、直線的運(yùn)用1 .宜采用直線線形的路段：（1）不受地形、地物限制的平坦地區(qū)或山間的開(kāi)闊 谷地；（2）城鎮(zhèn)及其近郊道路，或以直線為主體進(jìn)行規(guī)劃 的地區(qū)；（3）長(zhǎng)大橋梁、隧道等構(gòu)造物路段；（4）路線交叉點(diǎn)及其附近；（5）雙車(chē)道公路提供超車(chē)的路段

6、。2.當(dāng)采用長(zhǎng)的直線線形時(shí)，應(yīng)注意的問(wèn)題：（1）在直線上縱坡不宜過(guò)大，因長(zhǎng)直線再加下陡 坡更易導(dǎo)致高速度。（2）長(zhǎng)直線與大半徑凹豎曲線組合為宜，這樣可 以使生硬呆板的直線得到一些緩和。（3）道路兩側(cè)過(guò)于空曠時(shí)，宜采取植不同樹(shù)種或 設(shè)置一定建筑物、雕塑、廣告牌等措施，以改善單 調(diào)的景觀。（4）長(zhǎng)直線或長(zhǎng)下坡的盡頭的平曲線，除曲線半 徑、超高、視距等必須符合規(guī)定外，還必須采取設(shè) 置標(biāo)志、增加路面抗滑能力等安全措施。圖3-5 長(zhǎng)直線與凹形豎曲線組合a）長(zhǎng)直線與直坡組合；b）長(zhǎng)直線與凹型豎曲線組合第三節(jié)汽車(chē)行駛的橫向穩(wěn)定性與圓曲線半徑汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性是指汽車(chē)在行駛過(guò)程中，在外 部因素作用下，汽車(chē)尚能保

7、持正常行駛狀態(tài)和方向, 不致失去控制而產(chǎn)生滑移、傾覆等現(xiàn)象的能力。穩(wěn)定性：縱向橫向 表現(xiàn)：滑移 傾覆一、汽車(chē)行駛的橫向穩(wěn)定性離心力汽車(chē)在圓曲線上行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力，其作用 點(diǎn)在汽車(chē)的重心，方向水平背離圓心。受力分析：橫向力X失穩(wěn)豎向力Y穩(wěn)定1.汽車(chē)在圓曲線上行駛時(shí)力的平衡將離心力F與汽車(chē)重力G分解為平行于路面的橫 向力X和垂直于路面的豎向力Y,將離心力F與汽車(chē)重力G分解為平行于路面的橫 向力X和垂直于路面的豎向力Y,X = Feos a Gsin aY = Fsin a + Geos a由于路面橫向傾角a 一般很小，則 sina tga =ih, cosa 1,其中:稱(chēng)為橫向超高Gv2坡度,X

8、 = F - Gi 卜Gi 卜=G(ih )gRgR采用橫向力系數(shù)來(lái)衡量穩(wěn)定性程度，其意義為單位車(chē) 重的橫向力，即V2 .27 R lh橫向傾覆：汽車(chē)在圓曲線上行駛時(shí)，由于橫向力的 作用，使汽車(chē)?yán)@外側(cè)車(chē)輪觸地點(diǎn)產(chǎn)生向外橫向傾覆。汽車(chē)內(nèi)側(cè)車(chē)輪支反力風(fēng)為0。傾覆力矩等于或大于穩(wěn)定力矩。橫向傾覆平衡條件分析:傾覆力矩：Xh 穩(wěn)定力矩：橫向傾覆平衡條件分析:傾覆力矩：Xh穩(wěn)定力矩:bbbY = (Fi 卜 + G) « G 222X b(Ll = < G 2hn穩(wěn)定、平衡條件:b汽車(chē)在圓曲線上行駛時(shí), 曲線半徑R min：不產(chǎn)生橫向傾覆的最小圓v2R min >D127(+ih)

9、2h。V2N =127 RXh < G -823 .橫向滑移條件分析橫向滑移：汽車(chē)在圓曲線上行駛時(shí)，因橫向力的存 在，可能使汽車(chē)沿橫向力的方向產(chǎn)生橫向滑移。橫向力大于輪胎和路面之間的橫向附著力。極限平衡條件:X 二 丫八。GSh橫向滑移穩(wěn)定條件:V2或 R >127(外 +ij4 .橫向穩(wěn)定性的保證汽車(chē)在圓曲線上行駛時(shí)的橫向穩(wěn)定性主要取決于 橫向力系數(shù)H值的大小?，F(xiàn)代汽車(chē)在設(shè)計(jì)制造時(shí)重心較低,一般b2hg, 而(ph<0- 5,即汽車(chē)在圓曲線上行駛時(shí)，在發(fā)生橫向傾覆之前先產(chǎn) 生橫向滑移現(xiàn)象。在道路設(shè)計(jì)中只要保證不產(chǎn)生橫向滑移現(xiàn)象發(fā)生， 即可保證橫向穩(wěn)定性。保證橫向穩(wěn)定性的條件

10、：匕烏或R > 127（見(jiàn) +iQ二、圓曲線半徑.(-)圓曲線的特點(diǎn)各級(jí)公路和城市道路不論轉(zhuǎn)角大小均應(yīng)設(shè)置平曲線，而圓曲 線是平曲線中的重要組成部分。主要特點(diǎn)：(1)曲線上任意點(diǎn)曲率半徑R為常數(shù)，曲率為常數(shù)，故測(cè) 設(shè)和計(jì)算簡(jiǎn)單；一(2)曲線上任意一點(diǎn)都在不斷改變方向，比直線更能適應(yīng) 地形的變化，尤其是由不同半徑的多個(gè)圓曲線組合而成的復(fù) 曲線，對(duì)地形、地物和環(huán)境有更強(qiáng)適應(yīng)能力；(3)汽車(chē)在圓曲線上行駛要受到離心力的作用，而且往往 要比在直線上行駛多占用道路寬度；(4)汽車(chē)在小半徑圓曲線內(nèi)側(cè)行駛時(shí)，視距條件較差，視 線受到路塹邊坡或其他障礙物影響大易發(fā)生行車(chē)事故。圓曲線幾何元素為:a/2a/

11、圖3-7圓曲線幾何元素曲線主點(diǎn)里程樁號(hào)計(jì)算：計(jì)算基點(diǎn)為交點(diǎn)里程樁號(hào)，記為JD, ZY=JD-T YZ=ZY+L QZ=ZY+L/2 JD=QZ+J/2二、圓曲線半徑（二）計(jì)算公式與影響因素根據(jù)汽車(chē)行駛在曲線上力的平衡式計(jì)算曲線半徑:圖2-11曲線上汽車(chē)的受力分析-（二）計(jì)算公式與影響因素根據(jù)汽車(chē)行駛在曲線上力的平衡式計(jì)算曲線半徑:127(" + ")當(dāng)設(shè)超高時(shí)：式中：V計(jì)算行車(chē)速度，（km/h）；g橫向力系數(shù)；ih超高橫坡度；在指定車(chē)速V下，最小Rmin決定于容許的最大橫 向力系數(shù)Umax和曲線最大函嵩，h （max） °1 .橫向力系數(shù)P對(duì)行車(chē)的影響及其值的確定

12、-(1)危及行車(chē)安全汽車(chē)能在彎道上行駛的基本前提是輪胎不在路面 上滑移，這就要求橫向力系數(shù)H低于輪胎與路面之 間所能提供的橫向摩阻系數(shù)cp小 <<PhCPh與車(chē)速、路面種類(lèi)及狀態(tài)、輪胎狀態(tài)等有關(guān)， 一般在干燥路面上約為040.8,在潮濕的黑色路 面上汽車(chē)高速行駛時(shí)，降低到0.25-0.40。路面結(jié) 冰和積雪時(shí)，降到02以下，在光滑的冰面上可降 到006 (不加防滑鏈)。 (2)增加駕駛操縱的困難曲線上行駛的汽車(chē)，在橫向力作用下，彈性的輪 胎會(huì)產(chǎn)生橫向變形，使輪胎的中間平面與輪跡前-(3)增加燃料消耗和輪胎磨損M使車(chē)輛的燃油消耗和輪胎磨損增加。橫向力系數(shù)H00. 050. 100.

13、150. 20燃料消耗()輪胎磨損()100105110115120100160220300390(4)旅行不舒適M值的增大，乘車(chē)舒適感惡化。當(dāng)p <0. 10時(shí), 當(dāng)p = 0.15時(shí), 當(dāng) p = 0. 20 時(shí), 當(dāng)JJ = 0. 35時(shí),不感到有曲線存在,稍感到有曲線存在,很平穩(wěn);尚平穩(wěn);己感到有曲線存在，稍感不穩(wěn)定; 感到有曲線存在，不穩(wěn)定；當(dāng)p 2 0.40時(shí)，非常不穩(wěn)定，有傾車(chē)的危險(xiǎn)感。Ji的舒適界限，由010到016隨行車(chē)速度而變化，設(shè) 計(jì)中對(duì)高、低速路可取不同的數(shù)值。美國(guó)AASHT0認(rèn)為V< 70km/h時(shí)jj =0. 16, V=80 km/h時(shí),M = 0.

14、12是舒適感的界限。2.關(guān)于最大超高標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：高速公路、一級(jí)公路的超高橫坡度不應(yīng)大于10%,其它各級(jí)公路不應(yīng)大于8%。在積雪冰凍地區(qū)，最大超高橫坡度不宜大于6%。城市道路：工飛當(dāng)設(shè)計(jì)速度為80km/h時(shí)，最大超高取6%；當(dāng)設(shè)計(jì)速度為60km/h、50km/h時(shí)，最大超高取 4%；當(dāng)設(shè)計(jì)速度為40km/h、30km/h> 20km/h時(shí)，最大 超高取2%。（三）最小半徑的計(jì)算汽車(chē)在曲線段上行駛時(shí)保持穩(wěn)定的必要條件是汽 車(chē)所受橫向力被車(chē)輪輪胎與路面之間的摩阻力抵消, 若橫向力大于摩阻力，則汽車(chē)出現(xiàn)橫向滑移。因此, 在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)控制橫向力系數(shù)p不能超過(guò)摩阻系數(shù)甲卜。因此，標(biāo)準(zhǔn)采用摩阻系數(shù)作為計(jì)算

15、平曲線最小半 徑的指標(biāo)，即： 127（中。+功）標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)不同的q)h值，對(duì)于不同等級(jí)公路規(guī)定了 極限最小半徑、一般最小半徑和不設(shè)超高最小半徑, 見(jiàn)下表。、1 .極限最小半徑、是各級(jí)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(chē)安全行駛的最小半徑。即在規(guī)定的設(shè)計(jì)速度下，按以=8%、ph=0. 1-0. 16計(jì)算得到。極限最小半徑是路線設(shè)計(jì)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。圓曲線最小半徑的橫向力系數(shù)及超高值設(shè)計(jì)速度(km / h)1201008060403020橫向力系數(shù)0.100.120.130.150.150.160.17超高值()8888888圓

16、曲線最小半徑 “極限值”(m)6504002501256030152 . 一般最小半徑'一般最小半徑是指各級(jí)公路在采用允許的超高和橫 向摩阻系數(shù)時(shí)，能保證汽車(chē)以設(shè)計(jì)速度安全、舒適 行車(chē)的最小半徑。是在通常情況下推薦采用的最小半徑。圓曲線最小半徑“一般值”的橫向力系數(shù)和超高值設(shè)計(jì)速度(km/h)1201008060403020橫向力系數(shù)0.050.050.060.060.060.050.05超高值(%)0.060.060.070.080.070.060.06圓曲線最小半徑 “一般值”(m)100070 040020010065303 .不設(shè)超高的最小半徑圓曲線半徑大于一定數(shù)值時(shí)，可以不設(shè)

17、置超高，而 允許設(shè)置等于直線路段路拱的反超高O從行駛的舒適性考慮，必須把橫向力系數(shù)控制到最 小值。不設(shè)超高圓曲線最小半徑(m)設(shè)計(jì)速度(km/h)1201008060403020i踞阱忘2.0%H =0.0350,0405500400025001500600350150i躋期2.0%U =0.0400,05075505250335019008504502004.最小半徑指標(biāo)的應(yīng)用圓曲線最小半徑設(shè)計(jì)速度(km/h)1201008060403020一般值(in)10007004002001006530極限值(in)650400250125603015不設(shè)超高最路拱W2.0%5500400025001500600350150小半徑(m)路拱42.0%75005250335019008004502004.最小半徑指標(biāo)的應(yīng)用(1)公路線形設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)沿線地形等情況，盡量選 用較大半徑。在不得已情況下方可使用極限最小半徑；-(2)當(dāng)?shù)匦螚l件許可時(shí)，應(yīng)盡量采用大于一般最小半 徑的值；(3)有條件時(shí)，最好采用不設(shè)超高的最小半徑。(4)選用曲線半徑時(shí)，應(yīng)注意前后線形的協(xié)調(diào)，不應(yīng) 突然采用小半徑曲線；(5)長(zhǎng)直線或線