第二章公路平面設計課件

1、第二章 公路平面設計前 言 平面設計主要考察汽車的行駛軌跡，平面線形要與汽車行駛軌跡相符，才能保證行車安全。 汽車行駛軌跡在幾何性質(zhì)上有軌跡連續(xù)且圓滑，不出現(xiàn)斷頭和轉折；曲率連續(xù)，在任一點上不出現(xiàn)兩個曲率值；曲率變化是連續(xù)的，在同一點上不出現(xiàn)兩個變化值等特征。 路線是指公路中線的空間位置。公路的平面是空間路線在水平面上的投影；縱斷面是沿道路中線豎直剖切再拓展開的斷面，而橫斷面則是道路中線上的任意一點的法向方向豎直剖切的斷面。 路線設計是確定路線空間的位置和各部分幾何尺寸的工作。制約路線設計的因素主要有社會經(jīng)濟、自然地理、技術條件等。 路線設計的主要任務是滿足汽車行駛、工程費用最省和平縱橫指標均

2、衡、合理、恰當?shù)确矫娴囊蟆?路線設計的基本程序是先進行平面線形設計（高程測量、橫斷面測量），再進行縱斷面設計，最后進行橫斷面設計（使土石方數(shù)量最?。?。 平面線形要素是指汽車行駛的軌跡與汽車車身縱軸之間的角度關系，分三種情況：角度為零 行駛軌跡與車身縱軸之間的角度為零，則是汽車的行駛軌跡曲率為零，而行駛軌跡曲率為零的線形是直線。角度為常數(shù) 行駛軌跡與車身縱軸之間的角度為常數(shù)，即是汽車的行駛軌跡曲率為常數(shù)，而行駛軌跡的曲率為常數(shù)的線形是圓曲線。角度為變數(shù) 行駛軌跡與車身縱軸之間的角度為變數(shù)，即是汽車的行駛軌跡曲率為變數(shù)，而行駛軌跡的曲率為變數(shù)的線形是緩和曲線。 平面線形由直線、圓曲線、緩和曲線三

3、要素構成。三要素組合使用情況通常是：低等級公路以直線和圓曲線組合為主；高等級公路以圓曲線和緩和曲線的組合為主。各要素在使用中應配置合理得當，并滿足汽車安全行駛的要求。第一節(jié) 圓曲線半徑 圓曲線是路線平面設計中的主要組成部分，常用的單曲線、復曲線、雙（多）交點曲線、虛交點曲線、回頭曲線等均包含了圓曲線，圓曲線具有易與地形相協(xié)調(diào)、可循性好、線形美觀、容易測設等優(yōu)點，使用十分普遍。圓曲線的優(yōu)點：符合地形、布線靈活線形優(yōu)美圓曲線的缺點：路線較直線長行車受力復雜視距受阻駕駛勞動強度大測設、施工等工作量大、計算復雜一、汽車轉彎時力的平衡 汽車在平曲線上行駛時會產(chǎn)生離心力，其作用點在汽車的重心，方向水平背離

4、圓心。 受力分析： 橫向力X失穩(wěn) 豎向力Y穩(wěn)定（一）離心力的計算 離心力 由于路面橫向傾角一般很小，則sintg=ih，cos1，其中ih稱為橫向超高坡度。 將離心力F與汽車重力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。 橫向力系數(shù):（二）橫向力系數(shù)1、橫向滑移條件分析 橫向滑移： 極限平衡條件：橫向滑移穩(wěn)定條件：（三）汽車轉彎時橫向穩(wěn)定性分析橫向傾覆：汽車在平曲線上行駛時，由于橫向力的作用，使汽車繞外側車輪觸地點產(chǎn)生向外橫向傾覆。2、橫向傾覆條件分析傾覆力矩：Xhg橫向傾覆平衡條件分析： 穩(wěn)定力矩： 傾覆力矩：Xhg 穩(wěn)定力矩： 穩(wěn)定、平衡條件： 汽車在平曲線上行駛時，不產(chǎn)生橫向傾

5、覆的最小平曲線半徑R min：3、橫向穩(wěn)定性的保證現(xiàn)代汽車在設計制造時重心較低，一般b2hg，而 hZ0（軌跡線與障礙線間的距離）要清除。當橫凈距ZZ0時無需清除障礙。 五、平面視距保證（一）視距包絡圖 視距包絡圖的作圖步驟： （1）按比例畫出彎道平面圖，在圖上示出路面兩邊緣線（包括路面加寬在內(nèi)）、路基邊緣線（包括路基加寬在內(nèi)）、路中心線和行車軌跡線。行車軌跡線是距加寬前路面邊緣1.5m處的軌跡線，有緩和曲線時也應示出。 （2）量取設計視距長度定出1點。由平曲線的起點與終點向直線方向沿軌跡線量取。 （3）從1點向平曲線方向沿軌跡線把設計視距長度，分成若干等分。一般以視距長度進行等分。（4）用直

6、線分別連接相應各點，即保持弧長為視距長度。（5）用曲線板內(nèi)切于各交叉點，畫出內(nèi)切曲線，即為視距包絡線。（6）視距包絡線兩端與障礙線相交，在視距包絡線與障礙線之間的部分，就是應該清除障礙物的范圍，軌跡線至包絡線間的距離就是橫凈距。（二）視距臺開挖 用視距包絡圖法，求出其橫凈距后，就可以按比例在各樁號的橫斷面圖上畫出視距包絡線與障礙線之間應清除障礙物的距離，供施工放樣所用。 1平面線形應直捷、連續(xù)、順適，并與地形、地物相適應，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)； 2行駛力學上的要求是最基本的，視覺和心理上的要求對高速路應盡量滿足； 3保持平面線形的均衡與連貫；線形要素應保持連續(xù)性，不應出現(xiàn)技術指標的突變，并注意：1

7、）長直線盡頭不能接小半徑曲線，特別是下坡方向的盡頭； 2）高、低指標間的使用應有過渡段。 4應避免連續(xù)急彎的線形一、平面線形設計的一般原則第八節(jié) 平面線形的設計要點 直線具有視線較好、行駛方向明確、距離最短、選線容易等優(yōu)點；但當直線過長時，又具有線形單調(diào)、司機易疲勞、速度過高、曲率為無窮大的缺點。 1適宜采用直線路段 （1）不受地形、地物限制的平坦地區(qū)或山間的開闊谷地。 （2）市鎮(zhèn)及其近郊，或規(guī)劃方正的農(nóng)耕區(qū)等以直線條為主的地區(qū)。 （3）長大橋梁、隧道等構造物路段。 （4）路線交叉點及其前后。 （5）雙車道公路提供超車的路段。二、直線的運用 2當采用長直線時應注意的問題 任何情況下都要避免追求

8、長直線的錯誤傾向。若確實需要采用長直線，則應采用相應的措施予以彌補。如： （1）長直線上縱坡不宜過大。 （2）長直線與大半徑凹形豎曲線組合為宜。 （3）道路兩側地形過于空曠時，宜采用植樹，設置構造物等措施來改善單調(diào)性。 （4）長直線或長下坡盡頭的平曲線，滿足半徑、超高、視距、標志、抗滑的要求。 3最小直線長度的限制 相鄰曲線之間（如緩和曲線終點與直線的交點HZ至直線與緩和曲線起點的交點ZH或圓曲線終點與直線的交點YZ至直線與圓曲線起點的交點ZY）應有一定的直線長度。 對于同向曲線間的直線最小長度，規(guī)范中規(guī)定在通常情況下應以6V控制，若無法滿足其要求，則應將同向曲線改成復曲線。 對于反向曲線間的

9、直線最小長度，規(guī)范中規(guī)定應以2V控制，否則以設置緩和曲線相連。4直線長度的限制 通過調(diào)查100km/h的車速時駕駛員與乘客的心理反應和感受，得出以下規(guī)律： （1）在城市附近，由于建筑物多，無單調(diào)感覺，駕駛員與乘客無不良反應，故可采用20V以上的長直線。 （2）在鄉(xiāng)間平原，由于景色單調(diào)，情緒受影響，希望盡快駛完直線，故應將直線控制在20V以內(nèi)。 （3）在戈壁、大草原，由于地形特殊，設置彎道已不能改善單調(diào)狀況，故采用直線更好。（一）基本型 按直線回旋線1圓曲線回旋線2直線的順序組合，如圖所示。 回旋線參數(shù)與回旋線參數(shù)可相等，也可不相等，各線形要素的比例宜按1：1：1設置。三、回旋線的運用圖2-19

10、 基本型（二）S型 兩反向曲線用回旋線連接的組合，如圖所示。 回旋線參數(shù)A1與回旋線參數(shù)A2宜相等；不相等時，A1/A22.0。 回旋線間不宜設短直線，需大于2V，不得已時可采用P50式2-70計算其短直線。 半徑比R2/R1=11/3，R2為小圓半徑，R1為大圓半徑。 圖2-20 S型（三）卵型 用一個回旋線連接兩個同向圓曲線的組合，如圖2-21所示。 回旋線參數(shù)A應滿足規(guī)范要求，且滿足： 兩圓曲線半徑之比的界限： 兩圓曲線的間距D的界限：圖2-21 卵型（四）凸型 兩同向回旋線徑相銜接的組合如圖2-22所示，僅在特殊情況下采用。 設置凸型曲線的幾何條件為：=1+2 回旋線參數(shù)和圓曲線一般最

11、小半徑均需符合容許值的要求。圖2-22凸型（五）復合型 兩個以上同向回旋線間在曲率相等處相互連接的形式如圖所示。 回旋線參數(shù)之比宜為：A1：A2=1：1.5 圖2-23 復合型（六）C型 同向曲線的兩回旋線在曲率為零處徑相銜接的組合。沒有直線長度，對行車和線形都帶來一些不利的影響，如圖所示，僅在特殊情況下采用。圖2-24 C型8個 見書P5-52四、平面線形設計要求 直線、曲線及轉角表能全面反映路線的平面位置和路線平面線形的各項指標，它是道路設計的主要成果之一。只有在完成“直線、曲線及轉角表”后，才能據(jù)此計算“逐樁坐標表”和繪制“路線平面設計圖”，同時在作路線的縱斷面設計、橫斷面設計和其他構造

12、物設計時都要使用本表的數(shù)據(jù)。一、直線、曲線及轉角表第九節(jié) 平面設計成果 1坐標系統(tǒng)的采用 根據(jù)測區(qū)內(nèi)原坐標系統(tǒng)，一般可作下列幾種選擇： （1）采用統(tǒng)一的高斯正投影3帶平面直角坐標系統(tǒng)； （2）采用高斯正投影3帶或任意帶平面直角坐標系統(tǒng)，投影面可采用1985年國家高程基準、測區(qū)抵償高程面或測區(qū)平均高程面； （3）三級和三級以下公路、獨立橋梁、隧道及其他構造物等小測區(qū)，可不經(jīng)投影，采用平面直角坐標系統(tǒng)在平面上直接進行計算； （4）在已有平面控制網(wǎng)的地區(qū)，應盡量沿用原有的坐標系統(tǒng)，如精度不合要求，也應充分利用其點位，選用其中一點的坐標及含此點的方位角，作為平面控制的起算依據(jù)。二、逐樁坐標表 2中樁坐標的計算 “逐樁坐標”即各中樁的坐標，其計算和測量的方法是按“從整體到局部”的原則進行的。其步驟如下： （1）計算導線點坐標 （2）計