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道路工程平面線形設(shè)計(jì)及計(jì)算
在平面線型設(shè)計(jì)中,汽車形式軌跡的特性,道路平面線型的要素以及直線的特點(diǎn)與運(yùn)用等等都是我們需要掌握的特點(diǎn),如何設(shè)計(jì)出一條合理且優(yōu)秀的線型,相信看完今天的內(nèi)容大家都會有自己的答案。
道路平面線形概述
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。
路線的表示:
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。
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。
(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。
(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:
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。
直線
一、直線的特點(diǎn)
二、最大直線長度問題
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。
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
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
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
汽車行駛的橫向穩(wěn)定性與圓曲線半徑
一、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,
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,
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)
二、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。
三、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:
四、橫向穩(wěn)定性的保證
側(cè)翻實(shí)例:
圓曲線
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:
1.橫向力系數(shù)μ對行車的影響及其值的確定:
(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
使車輛的燃油消耗和輪胎磨損增加。
(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:
(二)最小半徑的計(jì)算
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
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
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
緩和曲線
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
(二)緩和曲線的性質(zhì)
二、回旋線作為緩和曲線
三、其他形式緩和曲線
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。
緩和曲線的長度及參數(shù)
一、緩和曲線的最小程度
二、回旋曲線參數(shù)的確定
三、直線計(jì)算
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
回旋線
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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