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          超全道路工程平面線型設(shè)計(jì)

          新聞時(shí)間:2019-10-16 文章來源: 文章作者:ztcjjt
          一、道路平面線型概述
          超全道路工程平面線型設(shè)計(jì),不會的時(shí)候拿出來看就可以了!_2

           

          一、路  線

          道路:路基、路面、橋梁、涵洞、隧道和沿線設(shè)施構(gòu)成的三維實(shí)體。

          路線:是指道路中線的空間位置。

          平面圖:路線在水平面上的投影。

          縱斷面圖:沿道路中線的豎向剖面圖,再行展開。

          橫斷面圖:道路中線上任意一點(diǎn)的法向切面。

           

          超全道路工程平面線型設(shè)計(jì),不會的時(shí)候拿出來看就可以了!_3

           

          路線設(shè)計(jì):確定路線空間位置和各部分幾何尺寸。

          分解成三步:

          路線平面設(shè)計(jì):研究道路的基本走向及線形的過程。

          路線縱斷面設(shè)計(jì):研究道路縱坡及坡長的過程。

          路線橫斷面設(shè)計(jì):研究路基斷面形狀與組成的過程。 

          二、汽車行駛軌跡與道路平面線形

          (一)汽車行駛軌跡

          行駛中汽車的軌跡的幾何特征:

          (1)軌跡連續(xù):連續(xù)和圓滑的,不出現(xiàn)錯(cuò)頭和折轉(zhuǎn);

           

          (2)曲率連續(xù):即軌跡上任一點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率的值。

           

           

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          (3)曲率變化連續(xù):即軌跡上任一點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率變化率的值。

           

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          (二)平面線形要素

          行駛中汽車的導(dǎo)向輪與車身縱軸的關(guān)系:

           

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          現(xiàn)代道路平面線形正是由上述三種基本線形構(gòu)成的,稱為平面線形三要素。

           

           

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          二、直線
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          一、直線的特點(diǎn)

          1.優(yōu)點(diǎn):

           ①距離短,直捷,通視條件好。

           ②汽車行駛受力簡單,方向明確,駕駛操作簡易。

           ③便于測設(shè)。

          2.缺點(diǎn)

           ①線形難于與地形相協(xié)調(diào)

           ②過長的直線易使駕駛?cè)烁械絾握{(diào)、疲倦,難以目測車間距離。

           ③易超速

          二. 最大直線長度問題:

          《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定:直線的最大與最小長度應(yīng)有所限制。

          德國:20V(m)。

          美國:3mile(4.38km)

          我國:暫無強(qiáng)制規(guī)定

                   景觀有變化 ≧20V; <3KM

                   景觀單調(diào)   ≦ 20V

          公路線形設(shè)計(jì)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。

          采用長的直線應(yīng)注意的問題:

          公路線形應(yīng)與地形相適應(yīng),與景觀相協(xié)調(diào),直線的最大長度應(yīng)有所限制,當(dāng)采用長的直線線形時(shí),為彌補(bǔ)景觀單調(diào)的缺陷,應(yīng)結(jié)合具體情況采取相應(yīng)的技術(shù)措施。

          (1)直線上縱坡不宜過大,易導(dǎo)致高速度。

          (2)長直線盡頭的平曲線,設(shè)置標(biāo)志、增加路面抗滑性能

          (3)直線應(yīng)與大半徑凹豎曲線組合,視覺緩和。

          (4)植樹或設(shè)置一定建筑物、雕塑等改善景觀。

           

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          三、直線的最小長度

          直線的長度:前一個(gè)曲線終點(diǎn)到下一個(gè)曲線起點(diǎn)之間的距離。

          YZ(ZH)-ZH(ZY) 之間的距離 

           

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          1.同向曲線間的直線最小長度

          同向曲線: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曲線

          《規(guī)范》:當(dāng)V≥60km時(shí),Lmin≧6V;

                          當(dāng)V≤40km時(shí),  參考執(zhí)行

          直線短,易產(chǎn)生是反向曲線的錯(cuò)覺,再短,易將兩個(gè)曲線看成是一個(gè)曲線-斷背曲線–操作失誤-事故

           

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          2.反向曲線間的直線最小長度

          反向曲線:指兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的相鄰曲線之間連以直線而形成的平面曲線

          《規(guī)范》規(guī)定: V≥60km時(shí):不小于2V。--考慮超高加寬的需要。

          設(shè)置緩和曲線時(shí),可構(gòu)成S形曲線;V≤40km時(shí):參考執(zhí)行

           

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          三、汽車行駛的橫向穩(wěn)定性與圓曲線半徑
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          1.汽車在平曲線上行駛時(shí)力的平衡

          受力分析:

          橫向力X——失穩(wěn)

          豎向力Y——穩(wěn)定

          離心力   作用點(diǎn):汽車重心,

                      方    向:水平背離圓心。

           

           

          離心力F與汽車重力G分解: 

          X--平行于路面的橫向力

          Y--垂直于路面的豎向力, 

           

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          由于路面橫向傾角α一般很小,則sinα≈tgα=ih,cosα≈1,其中ih稱為橫向超高坡度,

           

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          采用橫向力系數(shù)來衡量穩(wěn)定性程度,其意義為單位車重的橫向力,即

          (注:u越大,行車越不穩(wěn)定)

           

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          2.橫向傾覆條件分析

          橫向傾覆:汽車在平曲線上行駛時(shí),由于橫向力的作用,使汽車?yán)@外側(cè)車輪觸地點(diǎn)產(chǎn)生向外橫向傾覆。

          臨界條件: 傾覆力矩=穩(wěn)定力矩。

           

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          橫向傾覆平衡條件分析:

          傾覆力矩:    X·hg

          穩(wěn)定力矩:

           

           

           

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          3.橫向滑移條件分析

          橫向滑移:

          平曲線上,因橫向力的存在,汽車可能產(chǎn)生橫向滑移。

           產(chǎn)生條件:橫向力大于輪胎與路面的橫向附著力。

          極限平衡條件:

           

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          橫向滑移穩(wěn)定條件:

           

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          4.橫向穩(wěn)定性的保證

          橫向穩(wěn)定性主要取決于:μ的大小。

          汽車重心較低,一般b≈2hg,而 h<0.5,即

           

          汽車在平曲線上行駛時(shí),先滑移,后傾覆。

          保證不產(chǎn)生橫向滑移,即可保證橫向穩(wěn)定性。 

          保證橫向穩(wěn)定性的條件:

           

          側(cè)翻示例:

           

           

           

           

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          四、圓曲線
          超全道路工程平面線型設(shè)計(jì),不會的時(shí)候拿出來看就可以了!_25

           

          道路不論轉(zhuǎn)角大小均應(yīng)設(shè)平曲線來實(shí)現(xiàn)路線方向的改變           

          一、圓曲線的特點(diǎn)

          ①圓曲線半徑R=常數(shù),曲率1/R=常數(shù),易測設(shè)計(jì)算。

          ②對地形、地物、環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)。

          ③多占用車道寬。

          ④視距條件差(R小時(shí))-路塹遮擋

          二、圓曲線半徑

          (一)計(jì)算公式與因素

          根據(jù)汽車行駛在曲線上力的平衡式計(jì)算曲線半徑:

           

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          當(dāng)設(shè)超高時(shí) :

           

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          式中:V——計(jì)算行車速度,(km/h);

                     μ——橫向力系數(shù);

                      ih——超高橫坡度;

                      i1——路面橫坡度。

          不設(shè)超高時(shí) :

           

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          1.橫向力系數(shù)μ對行車的影響及其值的確定:

          (1)危及行車安全

          汽車輪胎不在路面上滑移,要求:

           

          與車速、路面種類及狀態(tài)、輪胎狀態(tài)等有關(guān);

          干燥路面: 0.40~0.80,

          潮濕路面: 0.25~0.40。

          結(jié)冰和積雪:<0.2,

          冰面:0.06(不加防滑鏈)。

          (2)增加駕駛操縱的困難

          在橫向力作用下,輪胎會產(chǎn)生橫向變形,使輪胎的中間平面與輪跡前進(jìn)方向形成一個(gè)橫向偏移角;影響操控性。

           

          (3)增加燃料消耗和輪胎磨損

           μ使車輛的燃油消耗和輪胎磨損增加。

           

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          (4)旅行不舒適

          μ值的增大,乘車舒適感惡化。

            當(dāng)μ〈0.10時(shí),不感到有曲線存在,很平穩(wěn);

            當(dāng)μ= 0.15時(shí),稍感到有曲線存在,尚平穩(wěn);

            當(dāng)μ= 0.20時(shí),己感到有曲線存在,稍感不穩(wěn)定;

            當(dāng)μ= O.35時(shí),感到有曲線存在, 不穩(wěn)定;

            當(dāng)μ= 0.40時(shí),有傾車的危險(xiǎn)感, 非常不穩(wěn)定,

          美國AASHTO認(rèn)為:V≤70km/h時(shí)μ=0.16,

                                       V=80km/h時(shí)μ= 0.12。

          μ的舒適界限,由0.10到0.16隨行車速度而變化,設(shè)計(jì)中對高、低速路可取不同的數(shù)值。 

          2.關(guān)于最大超高:

          離心力可設(shè)“超高”來“緩解”,但也不能超高太大,可能有停駛車輛,因此

           

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          式中:  ihmax——允許的超高值

                               ——一年四季中路面最小的橫向摩阻系數(shù)

          《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定:

          高速公路、一級公路:不應(yīng)大于10%,

          其它各級公路:          不應(yīng)大于8%。

          在積雪冰凍地區(qū):       不宜大于6%。

          (二)最小半徑的計(jì)算

          最小半徑的實(shí)質(zhì):

          ①橫向力u≦摩阻力φh,

          ②乘車人感覺良好。

           

          根據(jù)不同取值半徑分為:

          1.極限最小

          2.一般最小

          3.不設(shè)超高最小

          1.極限最小半徑

          是各級公路采用最大超高imax和允許的最大橫向摩阻系數(shù)下保證安全行車的最小允許半徑。

          ihmax=8%, φh=0.1-0.17

           

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          2.一般最小半徑

          是各級公路采用允許超高ih和橫向摩阻φh下保證安全行車的最小允許半徑。

          ih=6-8%, φh=0.05-0.06

           

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          3.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)置超高,而允許設(shè)置等于直線路段路拱的反超高。

          ih=-0.015, φh=0.035-0.040;

          ih=-0.025, φh=0.040-0.050

           

          4.最小半徑指標(biāo)的應(yīng)用

          最小半徑指標(biāo)

           

          4.最小半徑指標(biāo)的應(yīng)用

          (1)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)長直線或線形較好路段,不能采用極限最小半徑。

          (6)從地形條件好的區(qū)段進(jìn)入地形條件較差區(qū)段時(shí),線形技術(shù)指標(biāo)應(yīng)逐漸過渡,防止突變。

          (三)圓曲線最大半徑

          選用圓曲線半徑時(shí),在與地形等條件相適應(yīng)的前提下應(yīng)盡量采用大半徑。

          但半徑大到一定程度時(shí):

          1.判斷上的錯(cuò)誤反而帶來不良后果,

          2.增加無謂計(jì)算和測量上的麻煩。

          《規(guī)范》規(guī)定圓曲線的最大半在不宜超過10000 m。

          (四)圓曲線最小長度

          Lmin>3v(m/s)---三秒行車

           

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          五、緩和曲線
          超全道路工程平面線型設(shè)計(jì),不會的時(shí)候拿出來看就可以了!_35

           

          一、緩和曲線的作用與性質(zhì)

              (一)緩和曲線的作用

          1.曲率連續(xù)變化,便于車輛行駛

          2.離心加速度逐漸變化,旅客感覺舒適

          3.超高橫坡度逐漸變化,行車更加平穩(wěn)

          4.與圓曲線配合得當(dāng),增加線形美觀 

           

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          (二)緩和曲線的性質(zhì)

           

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          二、回旋線作為緩和曲線

           

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          回旋曲線、三次拋物線和雙紐線線形比較:

          回旋曲線、三次拋物線和雙紐線在極角較?。?°~6°)時(shí),幾乎沒有差別。

          隨著極角的增加,三次拋物線的長度比雙紐線的長度增加的較快,而雙紐線的長度又比回旋線的長度增加得快些。

          回旋線的半徑減小得最快,而三次拋物線則減小的最慢。從保證汽車平順過渡的角度看,三種曲線都可以作為緩和曲線。

          此外,也有使用n次(n≥3)拋物線、正弦形曲線、多圓弧曲線作為緩和曲線的。但世界各國使用回旋曲線居多,我國《標(biāo)準(zhǔn)》推薦的緩和曲線也是回旋線。 

           

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          滿足乘車舒適感的緩和曲線最小長度 :

           

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          我國公路計(jì)算規(guī)范一般建議as≤0.6 

           

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          2.超高漸變率適中

          由于緩和曲線上設(shè)有超高緩和段,如果緩和段太短,則會因路面急劇地由雙坡變?yōu)閱纹露纬梢环N扭曲的面,對行車和路容均不利。

          《規(guī)范》規(guī)定了適中的超高漸變率,由此可導(dǎo)出計(jì)算緩和段最小長度的公式: 

           

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          式中:B——旋轉(zhuǎn)軸至行車道(設(shè)路緣帶時(shí)為路緣帶)外側(cè)邊緣的寬度;

                   Δi——超高坡度與路拱坡度代數(shù)差(%);

                    p ——超高漸變率,即旋轉(zhuǎn)軸線與行車道外側(cè)邊緣線之間的相對坡度。 

          3.行駛時(shí)間不過短

          緩和曲線不管其參數(shù)如何,都不可使車輛在緩和曲線上的行駛時(shí)間過短而使司機(jī)駕駛操縱過于匆忙。一般認(rèn)為汽車在緩和曲線上的行駛時(shí)間至少應(yīng)有3s

           

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          《標(biāo)準(zhǔn)》按行駛時(shí)間不小于3s的要求制定了各級公路緩和曲線最小長度。

          (二)回旋曲線參數(shù)的確定

          在一般情況下,特別是當(dāng)圓曲線半徑較大時(shí),車速較高時(shí),應(yīng)該使用更長的緩和曲線。

          回旋線參數(shù)表達(dá)式: A2 = R·Ls

          從視覺條件要求確定A:

          考察司機(jī)的視覺,當(dāng)回旋曲線很短,其回旋線切線角(或稱緩和曲線角)β在3°左右時(shí),曲線極不明顯,在視覺上容易被忽略。

          回旋線過長β大于29°時(shí),圓曲線與回旋線不能很好協(xié)調(diào)。

          適宜的緩和曲線角是β=3°~29°。 

          由β0=3°~29°推導(dǎo)出合適的A值: 

           

          將β0=3°和β0=29°分別代入上式,則A的取值范圍為:

           

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          (三)緩和曲線的省略

          在直線和圓曲線間設(shè)置緩和曲線后,圓曲線產(chǎn)生了內(nèi)移,其位移值為p,

           

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          在Ls一定的情況下,p與圓曲線半徑成反比,當(dāng)R大到一定程度時(shí),p值將會很小。這時(shí)緩和曲線的設(shè)置與否,線形上已經(jīng)沒有多大差異。

          一般認(rèn)為當(dāng)p≤0.10時(shí),即可忽略緩和曲線。如按3s行程計(jì)算緩和曲線長度時(shí),若取p=0.10,則不設(shè)緩和曲線的臨界半徑為:

           

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          (三)緩和曲線的省略

           

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          由上表可知,設(shè)緩和曲線的臨界半徑比不設(shè)超高的最小半徑小??紤]到緩和曲線還有完成超高和加寬的作用,應(yīng)按超高控制。

          《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定:當(dāng)公路的平曲線半徑小于不設(shè)超高的最小半徑時(shí),應(yīng)設(shè)緩和曲線。四級公路可不設(shè)緩和曲線。

          《規(guī)范》規(guī)定可不設(shè)緩和曲線的情況:

          (1)在直線和圓曲線間,當(dāng)圓曲線半徑大于或等于《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的“不設(shè)超高的最小半徑”時(shí);

          (2)半徑不同的同向圓曲線間,當(dāng)小圓半徑大于或等于“不設(shè)超高的最小半徑”時(shí);

          (3)小圓半徑大于表7.4.2中所列半徑,且符合下列條件之一時(shí):

           

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          小圓曲線按規(guī)定設(shè)置相當(dāng)于最小緩和曲線長度的回旋線時(shí),其大圓與小圓的內(nèi)移值之差不超過0.1m

          設(shè)計(jì)速度≥80km/h時(shí),大圓半徑與小圓半徑之比小于1.5

          設(shè)計(jì)速度< 80km/h時(shí),大圓半徑與小圓半徑之比小于2

          直線計(jì)算:

           

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          四、圓曲線幾何元素:

           

          五、曲線主點(diǎn)里程樁號計(jì)算:

          計(jì)算基點(diǎn)為交點(diǎn)里程樁號,記為JD,

          ZY=JD-T

          YZ=ZY+L

          QZ=ZY+L/2

          JD=QZ+J/2

           

           

          六、回旋線

          回旋線的應(yīng)用范圍:

          緩和曲線起點(diǎn):回旋線的起點(diǎn),l=0,r=∞;

          緩和曲線終點(diǎn):回旋線某一點(diǎn),l=Ls,r=R。

          則  RLs=A2,即回旋線的參數(shù)值為:

           

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          2. 回旋線的數(shù)學(xué)表達(dá)式:

           

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          對dx,dy分別進(jìn)行積分:

           

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          回旋線終點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算公式:

           

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          七、路線平面設(shè)計(jì)成果

          1. 設(shè)計(jì)圖:路線平面設(shè)計(jì)圖;道路平面布置圖

          2. 設(shè)計(jì)表:直線、曲線及轉(zhuǎn)角表;逐樁坐標(biāo)表;路線固定表;總里程及斷鏈樁表等。

          一、直線、曲線及轉(zhuǎn)角表

          《直線、曲線及轉(zhuǎn)角表》全面地反映了路線的平面位置和路線平面線形的各項(xiàng)指標(biāo),它是道路設(shè)計(jì)的主要成果之一。 

          平面線形設(shè)計(jì)成果:路線各交點(diǎn)樁號JD;半徑R;緩和曲線長度Ls;公路偏角α;交點(diǎn)坐標(biāo)(X,Y)等。

          二、逐樁坐標(biāo)表 

          (一)坐標(biāo)系統(tǒng)的采用:

          1.采用統(tǒng)一的高斯正投影3°帶平面直角坐標(biāo)系統(tǒng);

          2.采用高斯正投影3°帶或任意帶平面直角坐標(biāo)系統(tǒng),投影面可采用1985年國家高程基準(zhǔn)、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(dú)立橋梁、隧道及其它構(gòu)造物等小測區(qū),可不經(jīng)投影,采用平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)在平面上直接進(jìn)行計(jì)算;

          4.在已有平面控制網(wǎng)的地區(qū),應(yīng)盡量沿用原有的坐標(biāo)系統(tǒng),如精度不合要求,也應(yīng)充分利用其點(diǎn)位,選用其中一點(diǎn)的坐標(biāo)及含此點(diǎn)的方位角,作為平面控制的起算依據(jù)。

          (二)中樁坐標(biāo)的計(jì)算

          1.計(jì)算導(dǎo)線點(diǎn)DD坐標(biāo):

               采用兩階段勘測設(shè)計(jì)的公路或一階段設(shè)計(jì)但遇地形困難的路段,一般都要先作平面控制測量,而路線的平面控制測量多采用導(dǎo)線測量的方法。

           

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