道路平面线形设计

1、Ch3道路平面线形设计【本章主要内容】§3-1平面线形概述§3-2直线§3-3圆曲线§3-4缓和曲线3h§3-5平面线形的组合与衔接§3-6行车视距§3-7道路平面设计成果【本章学习要求】掌握平面线型的根本组成要素：直线、圆曲线、缓和曲线的设计标准、影响因素及确定方法、要素计算；行车视距的种类及保证；平面设计的设计成果；了解平面线型的组合设计.本章重点：缓和曲线设计与计算、平面设计考前须知,难点：缓和曲线.§3-1道路平面线形概述根本要求：掌握平面线形的概念,平面线形三要素,了解汽车行驶轨迹对道路线形的要求.重点：

2、平面线形的概念.难点：平面线形三要素.1平面线形的概念平面线形一道路中线在平面上的水平投影,反映道路的走向2平面线形三要素2.1汽车行驶轨迹大量的观测和研究说明,行驶中的汽车,其导向抡旋转面与车身纵轴之间的关系对应的行驶轨迹为：1角度为0时,汽车的行驶轨迹为直线；2角度不变时,汽车的行驶轨迹为圆曲线；3角度匀速变化时,汽车的行驶轨迹为缓和曲线.行驶中的汽车,其轨迹在几何性质上有以下特征：1轨迹是连续和圆滑的；2曲率是连续的；3曲率的变化是连续的.直线一圆曲线一直线符合第1条规律直一缓一圆一缓一直符合第1、2条规律整条高次抛物线可能符合全部规律,但计算困难,测设麻烦.2.2平面线形要素直线、圆曲

3、线、缓和曲线称为平面线形的三要素.根本要求：了解直线的使用特点和适用条件；掌握直线的设计标准及计算重点：直线的设计标准.难点：路线方位角、转角的计算.1直线的特点1.1 以最短的矩离连接两目的地；1.2 线形简单,容易测绘；1.3 长直线,行车平安性差；1.4 山区、丘陵区难与地形与周围环境协调.2设计标准2.1 直线最大长度1限制理由2直线最大长度：20V.2.2 直线最小长度Lmin1同向曲线间的Lmin：6V.其中直线很短时,形成所谓的断背曲线.2反向曲线间的Lmin：2V.考虑其超高和加宽缓和的需要,以及驾驶人员的操作方便.3直线的运用3.1 适用条件1路线完全不受地形、地物限制的平原

4、区或山间的开阔谷地；2市镇及其近郊或规划耕区等；3长大桥梁、高架桥、隧道等路段；4平面交叉口附近,为争取较好的行车和通视条件；5双车道公路提供超车的路段.3.2注意问题1不宜过长；2长直线上纵坡不宜过大；3长直线尽头不得设置小半径平曲线；4不宜过短.4直线的表达式补充直线上两点的坐标X1,Y1X2,Y2那么直线的数学表达式为:Y-Y1X-X1Y2-Y1X2-X1两点间的直线长度：L=X1-X22+Y1-Y221/2§3-3圆曲线根本要求：了解圆曲线的使用特点和适用条件；掌握圆曲线的设计标准及要素计算重点：圆曲线半径的设计标准.难点：曲线桩号的敷设.?标准?规定：各级公路不管转角大小,

5、均应设置曲线.1特点圆曲线是路线上常采用的最简单的曲线,其主要特点是：D曲线上任意点的曲率半径为常数,故测设比缓和曲线简便;2)汽车在曲线上行驶时受到离心力；3)汽车在曲线上行驶时要多占用宽度；4)视距条件差；2圆曲线半径2.1 圆曲线半径计算的一般公式R=V2/127(a±i)-取整！关于以值：横向力存在,对行车会产生影响.主要表现为：(1)危及行车平安,使汽车产生侧滑或倾覆的危险要求：u00、u<b/2hg(2)增加操纵困难,(3)增加燃料消耗和轮胎磨损,(4)行旅不舒适.2.2 考虑因素1)行车2)施工3)地形4)线形均衡5)纵坡2.3 设计标准1)极限最小半径R1:仅保

6、证行车平安,在任何条件下均必须满足.按=0.15,i=8%计算,见表3-4、5.2)一般最小半径R2:考虑使用质量、线形协调、等级提升等多方面的因素,设计时尽量采用大于或等于R2的值.按相应的从,i计算,见表3-4、5.3)不设超高最小半径R3:R很大时,车辆在弯道上行驶所受的离心力很小,可不设超高.按尸0.04,i=-2%计算,见表3-8.4)不设缓和曲线最小半径R4公路：R1<R2<R3=R4城市道路：R1<R2<R3<R4各级公路圆曲线最小半径设计速度(Km/h)1201008060403020一M值(m)10007004002001006530极限值(m)

7、650400250125603015不设超高最小半径(m)路拱02.0%5500400025001500600350150路拱2.0%75005250335019008004502004)最大半径?标准?规定Rmax>10000为宜.3圆曲线的几何要素切线长T=Rtga/2曲线长L=兀/180-aR外失矩E=R(seca/2-1)校正数J=2T-L4桩号敷设JD-TZY+L/2QZ+L/2YZ-T+JJD例：某道路有一弯道,转角a=38o30',弯道半径R=400m,交点JD的桩号为K17+568.38,试计算该弯道敷设了圆曲线后三个特征点的桩号.§3-4缓和曲线根本要

8、求：掌握缓和曲线的定义、作用、要素计算方法及设计标准；了解盘旋参数A的意义.重点：带有缓和曲线的平曲线的要素计算.难点：缓和曲线的设计标准.缓和曲线是指在直线和圆曲线或者半径不同的同向圆曲线之间,设置的曲率连续变化的曲线.1缓和曲线的作用1.1 线形缓和1.2 行车缓和1.3 超高缓和1.4 加宽缓和2缓和曲线线形的选择假设汽车从R=的直线段,过渡到半径为R的圆曲线上时,R是均匀变化的(oofR).在过渡过程中,汽车以等速v(m/s)通过Ls距离,所用时间t(s),驾驶员以等角速度顺适转动方向盘,汽车前轮转向角由0逐渐变化到民(定值),那么a=k-toK为转向齿轮系数.汽车轴距d,轨迹半径r,

9、那么r=d/tga:a很小,那么tga弋a那么r=d/a=d/(kt)t=d/(kr);汽车以v等速前进,t时间后：Ls=vt=vd/(kwr)令vd/kco=A2可得Lsr=A2满足盘旋线方程,那么用盘旋线作为缓和曲线.推证说明,汽车匀速从直线进入圆曲线(或相反)其行驶轨迹的弧长与曲线的曲率半径之乘积为一常数.此轨迹与数学上的盘旋曲线相一致.我国标准规定取盘旋线作为缓和曲线.3盘旋曲线的数学表达式3.1 根本表达式：rl=A23.2 参数表达式：x=l-l3/40r2+l5/3456r4=l-l5/40R2Ls2y=l2/6r-l4/336r3+l6/42240r5=l3/6RLsT7/33

10、6R3Ls33.3 盘旋曲线的要素计算略4带有缓和曲线的道路平曲线几何要素切线增值：q=Ls/2主圆曲线的内移值：p=Ls2/24R缓和曲线角：B0=28.6479Ls/R(°)=Ls/2Rrad总切线长：T=R+ptga/2+q总曲线长：L=a-200兀/180aR+2Ls外矩：E=R+pseca/2-R校正数：J=2T-L5桩号敷设JD-TZH+LsHY+L-2Ls/2QZ+L-2Ls/2YH+LsHZ-T+JJD例题：在平原区某二级公路有一弯道R=400m,Ls=70m,交点JD的桩号为K17+568.38,转角小=38°30',试计算该曲线上设置缓和曲线后的

11、五个根本桩号.6设计标准6.1 缓和曲线的最小长度1依离心加速变化率：操纵驾驶沉着,旅客感觉舒适；2依司机操作反响时间：Ls=V/1.23超高渐变率适中：Ls=BAi/P4使线型协调、和谐：Ls：Ly:Ls=1:1:11:2:1?标准?规定了各级公路缓和曲线最小长度如P.51表3-6.各级公路缓和曲线最小长度设计速度Km/h1201008060403020缓和曲线最小长度m1008570503525206.2缓和曲线的省略?标准?规定以下情况之下可不设缓和曲线.1四级公路可不设缓和曲线2直线与圆曲线之间,当圆曲线半径大于或等于不设超高最小半径时；3半径不同的同向圆曲线之间,符合下述条件时可不设

12、缓和曲线而构成复曲线A.小圆半径大于不设超高最小半径时B.小圆半径大于小圆临界曲线半径且符合以下条件之一时复曲线中的小圆临界曲线半径设计速度Km/h1201008060403020临界曲线半径m21001500900500250130-小圆曲线按规定设置相当于最小盘旋线长的盘旋线时,其大圆与小圆的内移值之差不超过0.10m.计算行车速度?80km/h时,大圆半径与小圆半径之比<1.5计算行车速度<80km/h时,大圆半径与小圆半径之比<27盘旋参数A确实定从视觉要求出发,当缓和曲线很短使缓和曲线角6<3.时,那么缓和曲线极不明显,在视觉上易被忽略,但假设缓和曲线过长值B

13、大于29.时,圆曲线与缓和曲线不能很好协调,因此,从适宜的缓和角度值3.-29°范围可推导出适宜的A值由B0=28.6479Ls/R得Ls=RB0/28.6479而A2=LsR将B=3°、p=290分别代入得R/3<A<R设计中,一般当R接近于100m,取A=RR<100m时,A>RR较大或接近于3000m时,A=R/3R>3000m时,A<R/3§3-5平面线形的组合与衔接1 一般原那么1.1 平面线形应直捷、连续、顺适,并与地形、地物相适应,与周围环境相协调;1.2 行驶力学上的要求是根本的,视觉和心理上的要求对高速公路应尽

14、量满足；1.3 保持平面线形的均衡与连贯；1.4 应防止连续急弯；1.5 平曲线应有足够的长度.2平面线形要素组合的类型2.1 简单型曲线：直线一圆曲线一直线条件：圆曲线半径R>不设超高最小半径R不设.2.2 根本型曲线：直线-缓和曲线-圆曲线-缓和曲线-直线条件：9>200盘旋线一圆曲线一盘旋线长度之比最好设成1:1:11:2:12.3 S型曲线：用两个盘旋线连接两个反向圆曲线的组合.相邻两个盘旋线参数最好相等,A1/A2<1.5为宜.须插入短直线时,其长度L&(A1+A2)/40.两圆曲线半径之比不宜过大,以R2/R1=11/3为宜.2.4 卵型曲线：用一个盘旋线

15、连接两个同向圆曲线的组合.盘旋参数A宜在以下界限之内：R2/2<A<R2两圆曲线半径之比宜在以下界限之内：0.2&R2/R1<0.8两圆曲线的间距宜在以下界限之内：0.003<D/R2<0.03R1-大圆半径,R2-小圆半径2.5 凸型曲线：两同向盘旋线间不插入圆曲线而直接径向衔接的组合.在严格受地形、地物限制处方可采用.2.6 复合型曲线：两个以上同向盘旋线间在曲率相等处相互衔接的组合.两盘旋线参数之比宜为：A2/A1=1/1.5除受地形和其他特殊限制的地方一般很少使用.2.7 C型曲线：同向曲线的两盘旋线在曲率为零处径相衔接.特殊地形条件下方可采用.2

16、.8复曲线：两个或两个以上半径不同、转向相同的圆曲线径相衔接.满足缓和曲省略条件(2)方可采用.2. 9回头曲线：在山区公路为克服高差在同一坡面上展线时所采用的、具圆心角一般接近或大于1800的曲线.前后线形应有连续性,两头宣布设过渡性曲线.根本要求：掌握行车视距的种类、定义、各级公路对行车视距的要求.重点：停车视距.1行车视距的定义为保证行车平安,当司机看到一定距离外的障碍物或迎面来车时,进行汽车刹车或绕过它们而在路上行驶所必须的平安距离,称为行车视距2行车视距种类及计算2.1 停车视距：汽车在路上行驶时,司机看到前方障碍物,紧急平安制动所需的最短距离.S停=S反+S制+S安=V/3+V2/

17、254|士i+S安2.2 会车视距：两辆对向行驶的汽车在同一车道上及时刹车所必须的距离.S会=2XS停2.3 超车视距：汽车行驶时为超越前车所必须的距离.S超=S1+S2+S3+S4高速公路、一级公路停车视距设计速度Km/h1201008060停车视距m21016011075三、四级公路停车视距、会车视距与超车视距设计速度Km/h8060403020停车视距m11075403020会车视距m220150806040超车视距m550350200150100城市道路的各类视距标准上无明确规定值,由具体情况计算3各级公路对视距的要求?标准?规定：1高速公路、一级公路采用停车视距分向,分道行驶；2其它各等级公路应满足会车视距的要求,其长度?2S停3工程特殊困难或受其它条件限制地段,可采用S停,但必须采取举措分道行驶,对向行驶的双车道公路要求有一定比例路段保证S超.§3-7道路平面设计成果1直线、曲线转角一览表如表3-142路线平面图如图3-25、27道路平面设计图是道路设计文件的重要组成局部.该图全面、清楚地反映了道路平面位置和道路所经过地区的地形、地物等情况,它是设计人员设计意图的重要表达.平面设计图无论是提供有关部门审批、专家评议,还是日后指导施工等都有重要作用.1绘图比例：公路一般为1:20