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          道路平面設(shè)計線形要素與配置

          新聞時間:2021-09-13 文章來源: 文章作者:ztcjjt
          中核工程咨詢有限公司  北京市  100000
                  摘要:根據(jù)汽車行駛的力學(xué)性質(zhì)和行駛軌跡要求,合理地確定道路各線形要素和幾何參數(shù),保持線形的連續(xù)性和均衡性,避免長直線,并注意使線形與地形、地物、環(huán)境和景觀等協(xié)調(diào)。
                  對于車速較高的道路,線形設(shè)計還應(yīng)考慮行駛美學(xué)、駕駛員的視覺及心理上的要求,因此本次著重討論圓曲線的半徑、緩和曲線長度以及直線、曲線的合理配置等。
                  關(guān)鍵詞:道路;線形要素;長直線;圓曲線;半徑;緩和曲線;長度;合理配置
                 
                 
                  1  道路線形要素基本概述
                  1.1路線平面的基本線形
                  道路是一條三維空間的實體,是一個帶狀構(gòu)造物。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。
                  1.2直線
                  a.直線的特點:
                  直線距離短,直捷,通視條件好。汽車在直線上行駛受力簡單,方向明確,駕駛操作簡易。便于測設(shè)。直線線形大多難于與地形相協(xié)調(diào),若長度運用不當(dāng),不僅破壞了線形的連續(xù)性,也不便達到線形設(shè)計自身的協(xié)調(diào)。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。
                  b. 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)長的橋梁、隧道等構(gòu)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。
                  1.3圓曲線
                  是平面線形中常用的基本線形,在道路遇到障礙或地形需要改變時設(shè)置。
                  1.4緩和曲線
                  設(shè)置在曲線與圓曲線或不同半徑的兩圓曲線之間,用以緩和人體感到的離心加速度的急驟變化,從而達到駕駛員操作流暢,視覺平順,線形連續(xù)。緩和曲線目前有:回旋曲線、三次拋物線、雙紐曲線等。
                  汽車行駛軌跡與道路平面線形,行駛中汽車重心軌跡的幾何特征:
                  (1)軌跡連續(xù)。這個軌跡是連續(xù)的和圓滑的。
                  (2)曲率連續(xù),即軌跡上任一點不出現(xiàn)兩個曲率的值。
                  (3)曲率變化連續(xù):其曲率的變化率是連續(xù)的,即軌跡上任一點不出現(xiàn)兩個曲率變化率的值。
                  2  圓曲線
                  2.1概述
                  它是路線平面設(shè)計中的主要組成部分,它具有易與地形相協(xié)調(diào)、可循性好、線形美觀、容易測設(shè)等優(yōu)點,使用十分普遍。其特點:
                  (1)測設(shè)、計算簡單。
                  (2)由于離受心力作用,占用道路更寬。
                  (3)汽車在小半徑的圓曲線內(nèi)側(cè)行駛時,視距條件差,易發(fā)生交通事故。
                  (4)較大半徑的長緩圓曲線具有線形美觀、順適、行車舒適等特點。
                  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(fù)雜;視距受阻;駕駛勞動強度大。
                  2.2圓曲線半徑的確定
                  一般情況下宜采用最小半徑的4—8倍或超高2%—4%的圓曲線半徑;地形限制時,應(yīng)采用大于或接近于一般最小半徑;地形特別困難不得已時,方可采用極限最小半徑;前后線形要素要協(xié)調(diào),使之連續(xù)、均衡;應(yīng)配合縱面線形,避免小半徑與陡坡相重合;積極推行反算,并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)。
                  2.3圓曲線的計算
                    
              
                  ZY=JD-T
                  YZ=ZY+L
                  QZ=ZY-L/2
                  JD=QZ+J/2
                  3  緩和曲線   圖  圓曲線計算
                  3.1概述
                  緩和曲線是道路平面線形要素之一,它是設(shè)置在直線與圓曲線之間或半徑相差較大的兩個轉(zhuǎn)向相同的圓曲線之間的一種曲率連續(xù)變化的曲線。除四級路可不設(shè)緩和曲線外,其余各級公路都應(yīng)設(shè)置緩和曲線。在現(xiàn)代高速公路上,有時緩和曲線所占的比例超過了直線和圓曲線,成為平面線形的主要組成部分。在城市道路上,緩和曲線也被廣泛地使用。
                  (1)緩和曲線的線形特征:
                  曲率漸變,設(shè)于直線與圓曲線間,符合汽車轉(zhuǎn)彎時的行駛軌跡。線形緩和,消除了曲率突變點。曲率漸變,線形順適美觀,具良好的視覺效果和心理作用感。線形靈活、自由,更能與環(huán)境適應(yīng)、協(xié)調(diào)配合。使平面線形更加靈活、經(jīng)濟、合理。計算、測設(shè)均較復(fù)雜。
                  (2)緩和曲線的作用
                  線形緩和;通過曲率的變化,線形圓滑美觀,有良好的視效果和心理作用感,適應(yīng)汽車轉(zhuǎn)向操作的行駛軌跡及路線的順暢,便于車輛遵循。行車緩和;離心加速度逐漸變化,不致產(chǎn)生側(cè)向沖擊力,乘客感覺舒適;超高和加寬緩和;超高橫坡度逐漸變化,減少行車振蕩,使行車更加平穩(wěn)。
                  3.2  設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)
                  (1)緩和曲線的最小長度

                     
                  將β0=3°和β0=29°分別代入上式,則A的取值范圍為:
                  經(jīng)驗證明:當(dāng)R在100m左右時,通常取A=R;如果R小于100m,則選擇A≥R。
                  在圓曲線半徑較大時,R≥3000m,A<R/3。
                  (3)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
                  在Lh一定的情況下,△R與圓曲線半徑成反比,當(dāng)R大到一定程度時,△R值將會很小。這時緩和曲線的設(shè)置與否,線形上已經(jīng)沒有多大差異。一般認為當(dāng)△R ≤0.10時,即可忽略緩和曲線。如按3s行程計算緩和曲線長度時,取△R =0.10,計算不設(shè)緩和曲線的臨界半徑
                  4  平面線形的組合與銜接
                  4.1直線與曲線的組合
                  路線直曲的變化應(yīng)緩和勻順,直線與曲線組合得當(dāng),能提高線形的行駛質(zhì)量。直線與曲線配合不好的線形應(yīng)予避免。同向曲線間的短直線可用大半徑的曲線來代替。
                  4.2、曲線與曲線的組合
                  要求:線形連續(xù)均勻、沒有急劇的突變。圓曲線的組合:回頭曲線適用二、三、四級公路當(dāng)自然展線無法爭取需要的距離以克服高差時,或因地形、地質(zhì)條件所限不能采取自然展線時,可采用回頭曲線展線。
                  4.3  平面組合線形
                  簡單型曲線:直線-圓曲線-直線的順序組合的線形。適用:四級公路。
                  凸型曲線:直線-回旋線-回旋線-直線的順序組合的線形。適用:一般不用,僅地形、地物受限路段用;設(shè)置的幾何條件。
                  S型:兩個反向圓曲線用兩段回旋線連接的組合。適用場合:交點間距受限(交點間距較小),S型兩圓曲線半徑之比不宜過大
                  C型:同向曲線的兩回旋線在曲率為零處徑相銜接的線形。其連接處的曲率為0,也就是R=¥,相當(dāng)于兩基本型的同向曲線中間直線長度為0。適用:交點間距受限(交點間距較?。?。C型曲線只有在特殊地形條件下方可采用。
                  5  總結(jié)
                  在現(xiàn)代高速公路、城市道路上,緩和曲線、直線和圓曲線,成為平面線形的主要組成部分被廣泛地使用。道路線形設(shè)計優(yōu)良與否至關(guān)重要,它不僅便于車輛遵循,使乘客感覺舒適,對汽車行駛的安全性、舒適性、經(jīng)濟型及通行能力和交通容量等起著決定性的作用,而且會對沿線影響區(qū)內(nèi)的經(jīng)濟開土地利用、環(huán)境保護及即人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生較大的影響,改善道路線形設(shè)計,對有效減少交通事故具有重要意義。(來源:《建筑學(xué)研究前沿》2018年第29期   作者:楊輝1 范鈺馨2)

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