第三章平面设计

第三章平面设计当前第1页\共有121页\编于星期五\8点3.1道路平面设计概述道路是一条三维空间的实体。由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组成的线形构造物。路线设计通常分解为：路线的平面设计、纵断面设计和横断面设计。当前第2页\共有121页\编于星期五\8点道路空间线形：当前第3页\共有121页\编于星期五\8点路线：是指道路中线的空间位置。路线平面图：路线在水平面上的投影。当前第4页\共有121页\编于星期五\8点路线纵断面图：沿道路中线的竖向剖面图，再行展开即是路线的纵断面。当前第5页\共有121页\编于星期五\8点路线横断面图：道路中线上任意一点的法向切面是道路在该点横断面。当前第6页\共有121页\编于星期五\8点汽车行驶轨迹几何特征1、轨迹连续，在任何一点不会出现破折和错头；当前第7页\共有121页\编于星期五\8点2、曲率连续：任意一点不会出现两个曲率值；汽车行驶轨迹几何特征1、轨迹连续，在任何一点不会出现破折和错头；当前第8页\共有121页\编于星期五\8点3、曲率变化连续：轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。2、曲率连续：任意一点不会出现两个曲率值；汽车行驶轨迹几何特征1、轨迹连续，在任何一点不会出现破折和错头；当前第9页\共有121页\编于星期五\8点1．角度为零：2．角度为常数：3．角度为变数：汽车行驶轨迹线:曲率为0——直线曲率为常数——圆曲线曲率为变数——缓和曲线现代道路平面线形正是由上述三种基本线形构成的，称为平面线形三要素。行驶中汽车的导向轮与车身纵轴之间的关系：当前第10页\共有121页\编于星期五\8点本章知识点：直线圆曲线缓和曲线平面线形设计行车视距当前第11页\共有121页\编于星期五\8点3.2直线3.2.1直线的特点优点：1）两点间直线最短；2）汽车行驶受力简单、方向明确、驾驶操作容易；3）直线测设简单、方便。当前第12页\共有121页\编于星期五\8点缺点：1）线形灵活性差，难以与环境协调；2）过长的直线易使驾驶人员感到单调、疲倦、注意力难以集中；3）难以准确目测车辆之间的距离；4）长直线上容易导致高速行车，引发交通事故。3.2直线3.2.1直线的特点优点：当前第13页\共有121页\编于星期五\8点3.2.2直线的运用1.适宜采用直线的路段（1）不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地；（2）市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等以直线条为主的地区；当前第14页\共有121页\编于星期五\8点3.2.2直线的运用1.适宜采用直线的路段（1）不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地；（2）市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等以直线条为主的地区；（3）长大的桥梁、隧道等构造物路段；（4）路段交叉点及其前后；（5）为双车道公路提供超高的路段。当前第15页\共有121页\编于星期五\8点2.长直线路段的注意事项：（1）长直线上纵坡不宜过大；（2）长直线尽头的平曲线半径应尽量大一些；（3）长直线宜与大半径凹形竖曲线组合为宜；当前第16页\共有121页\编于星期五\8点2.长直线路段的注意事项：（1）长直线上纵坡不宜过大；（2）长直线尽头的平曲线半径应尽量大一些；（3）长直线宜与大半径凹形竖曲线组合为宜；（4）道路两侧地形过于空旷时，宜采用各种措施，改善单调的景观。当前第17页\共有121页\编于星期五\8点长直线坡接小半径圆曲线之害：当前第18页\共有121页\编于星期五\8点3.直线长度的限制（1）直线的最大长度我国在道路设计中参考国外的经验值：直线的最大长度为20V（单位为m）。（2）直线的最小长度1）同向曲线间：≥6V；计算行车速度V≤40KM/h的山岭重丘区公路，可以适当放宽。2）反向曲线间：≥2V。当前第19页\共有121页\编于星期五\8点断臂曲线：同向曲线间直线长度较小。当前第20页\共有121页\编于星期五\8点断臂曲线：同向曲线间直线长度较小。当前第21页\共有121页\编于星期五\8点3.3圆曲线3.3.1圆曲线的几何要素切线长：曲线长：外距：切曲差：当前第22页\共有121页\编于星期五\8点3.3圆曲线3.3.1圆曲线的几何要素里程桩号计算：当前第23页\共有121页\编于星期五\8点3.3.2圆曲线半径1.圆曲线半径的计算公式与影响因素倾斜向内：取“+”；倾斜向外：取“—”。当前第24页\共有121页\编于星期五\8点（1）横向力系数μ：1）考虑汽车行驶的横向稳定性f——轮胎与路面间的横向摩阻系数。3.3.2圆曲线半径1.圆曲线半径的计算公式与影响因素当前第25页\共有121页\编于星期五\8点2）考虑驾驶操作3.3.2圆曲线半径1.圆曲线半径的计算公式与影响因素（1）横向力系数μ：1）考虑汽车行驶的横向稳定性当前第26页\共有121页\编于星期五\8点3）考虑燃油消耗和轮胎磨损横向力系数μ燃料消耗（%）轮胎磨损（%）01001000.051051600.101102200.151153000.201203903.3.2圆曲线半径1.圆曲线半径的计算公式与影响因素2）考虑驾驶操作（1）横向力系数μ：1）考虑汽车行驶的横向稳定性当前第27页\共有121页\编于星期五\8点4）考虑乘车的舒适性当μ〈0.10时，不感到有曲线存在，很平稳；当μ=0.20时，己感到有曲线存在，稍感不稳定；当μ=0.40时，非常不稳定，有倾车的危险感。3.3.2圆曲线半径1.圆曲线半径的计算公式与影响因素3）考虑燃油消耗和轮胎磨损2）考虑驾驶操作（1）横向力系数μ：1）考虑汽车行驶的横向稳定性当前第28页\共有121页\编于星期五\8点

μ的舒适界限，由0.11到0.16随行车速度而变化。美国AASHTO认为V≤70km/h时μ=0.16，V=80km/h时，μ=0.12是舒适感的界限。3.3.2圆曲线半径1.圆曲线半径的计算公式与影响因素3）考虑燃油消耗和轮胎磨损2）考虑驾驶操作（1）横向力系数μ：1）考虑汽车行驶的横向稳定性4）考虑乘车的舒适性当前第29页\共有121页\编于星期五\8点（2）超高横坡度ib1）最大超高横坡度ib，max

f——一年中气候恶劣季节路面的横向摩阻系数。各级公路圆曲线最大超高值2）最小超高横坡度ib，min当前第30页\共有121页\编于星期五\8点（1）极限最小半径（2）一般最小半径（3）不设超高最小半径2.圆曲线最小半径当前第31页\共有121页\编于星期五\8点（1）极限最小半径的计算是指各级公路对按设计速度行驶的车辆，能保证其安全行车的最小允许半径。2.圆曲线最小半径当前第32页\共有121页\编于星期五\8点（2）一般最小半径（1）极限最小半径的计算2.圆曲线最小半径指各级公路对按设计速度行驶的车辆，能保证其安全性和舒适性行车的推荐采用的最小半径。当前第33页\共有121页\编于星期五\8点当半径足够大时，不需要设置超高，仅有路面的摩阻力就可以抵抗离心力，保证汽车有足够的稳定性。（3）不设超高最小半径—（2）一般最小半径（1）极限最小半径的计算2.圆曲线最小半径当前第34页\共有121页\编于星期五\8点

3.圆曲线的最大半径不宜超过10000m。3.3.3圆曲线半径的确定（1）在条件许可下，争取选用不设超高的圆曲线半径；（2）在一般情况下，宜采用极限最小半径的4~8倍或超高横坡度为2%~4%的圆曲线半径；当前第35页\共有121页\编于星期五\8点课本：第143页当前第36页\共有121页\编于星期五\8点3.圆曲线的最大半径不宜超过10000m。3.3.3圆曲线半径的确定（3）当地形条件受到限制时，曲线半径应尽量大于或接近一般最小半径；（4）在自然条件特殊困难或受其他条件严格限制而不得已时，方可采用圆曲线的极限最小半径。（5）圆曲线的最大半径不宜超过10000m。当前第37页\共有121页\编于星期五\8点3.4缓和曲线《标准》规定以下情况可以不设置缓和曲线：（1）四级公路；（2）半径≥不设超高最小半径。当前第38页\共有121页\编于星期五\8点3.4.1缓和曲线的作用与线形1.缓和曲线作用（1）曲率逐渐变化，便于驾驶操作；（2）离心加速度逐渐变化，消除了离心力突变；（3）为设置超高和加宽提供过渡段；（4）与圆曲线配合得当，美化线形。当前第39页\共有121页\编于星期五\8点2.缓和曲线的形式（1）缓和曲线的线形要求假定:1）汽车作等速行驶，速度为v，单位为m/s；2）方向盘转动是匀速的，转动角速度为w，单位为rad/s。φ当前第40页\共有121页\编于星期五\8点结论：汽车从直线匀速进入圆曲线，其行驶轨迹的弧长与曲线的曲率半径的乘积为一常数。φ2.缓和曲线的形式（1）缓和曲线的线形要求当前第41页\共有121页\编于星期五\8点（2）回旋线作为缓和曲线回旋线的数学表达式：回旋线满足缓和曲线的线形要求。（3）其他形式的缓和曲线高次抛物线、双扭线。《标准》规定采用回旋线作为缓和曲线。当前第42页\共有121页\编于星期五\8点直线直线圆曲线缓和曲线缓和曲线3.4.2缓和曲线的布设1.回旋线的数学表达式A——回旋线参数。当前第43页\共有121页\编于星期五\8点回旋线起点切线o回旋线的直角坐标表达式：当前第44页\共有121页\编于星期五\8点回旋线起点切线o——回旋线终点处：当前第45页\共有121页\编于星期五\8点2.回旋线的几何要素（1）切线角：回旋线上任意点P处的切线与回旋线起点ZH或HZ点的切线的交角，用β表示。oZH或HZ点处：

β0——缓和曲线全长所对应的中心角即切线角，也称为缓和曲线角。当前第46页\共有121页\编于星期五\8点pr(1-cosβ)（2）内移值p：圆曲线内侧移动的距离。（3）切线增值q当前第47页\共有121页\编于星期五\8点3.有缓和曲线的平曲线的曲线要素及主点里程桩号计算当前第48页\共有121页\编于星期五\8点3.有缓和曲线的平曲线的曲线要素及主点里程桩号计算（1）曲线要素的计算公式切线长：曲线长：外距：圆曲线长度：当前第49页\共有121页\编于星期五\8点3.有缓和曲线的平曲线的曲线要素及主点里程桩号计算（2）主点里程桩号计算及测设方法直缓点：缓圆点：圆缓点：缓直点：ZH=JD—ThHY=ZH+LsHZ=ZH+LhYH=HZ—Ls曲中点：QZ=HZ—Lh/2交点：JD=QZ+Jh/2当前第50页\共有121页\编于星期五\8点3.4.3缓和曲线的最小长度1.离心加速度变化率2.驾驶员的操作及反应时间从四个方面进行计算：3.超高渐变率4.视觉条件当前第51页\共有121页\编于星期五\8点1.离心加速度变化率2.驾驶员的操作及反应时间3.4.3缓和曲线的最小长度当前第52页\共有121页\编于星期五\8点3.超高渐变率Lcibp双车道公路：绕边轴旋转：当前第53页\共有121页\编于星期五\8点ibLcp3.超高渐变率双车道公路：绕中心线旋转：4.视觉条件当前第54页\共有121页\编于星期五\8点4.视觉条件3.超高渐变率绕边轴旋转；绕中心线旋转；1.离心加速度变化率2.驾驶员的操作及反应时间取最大值作为缓和曲线最小长度取5的整数倍当前第55页\共有121页\编于星期五\8点3.5平面线形设计3.5.1平面线形设计一般原则（1）平面线形应直捷、连续、均衡，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调。当前第56页\共有121页\编于星期五\8点（2）各级公路不论转角大小均应敷设曲线，并尽量地选用较大的圆曲线半径。3.5平面线形设计3.5.1平面线形设计一般原则当前第57页\共有121页\编于星期五\8点（3）两同向曲线间应设有足够长度的直线，不得以短直线相连。3.5平面线形设计3.5.1平面线形设计一般原则当前第58页\共有121页\编于星期五\8点3.5平面线形设计3.5.1平面线形设计一般原则（4）两反向曲线间夹有直线段时，以设置不小于最小直线长度的直线段为宜。当前第59页\共有121页\编于星期五\8点3.5平面线形设计3.5.1平面线形设计一般原则（5）曲线线形应特别注意技术指标的均衡性与连续性。当前第60页\共有121页\编于星期五\8点（6）应避免连续急转弯的线形。3.5平面线形设计3.5.1平面线形设计一般原则当前第61页\共有121页\编于星期五\8点3.5.2平面线形要素的组合与衔接1.直线与曲线的组合直线与曲线的组合与过渡应协调匀顺，平曲线的半径及其设计使用长度应与邻近的直线长度相适应。当前第62页\共有121页\编于星期五\8点3.5.2平面线形要素的组合与衔接2.曲线与曲线的组合（1）复曲线:半径不同的两同向圆曲线径相连接的组合。R2R1O2O1曲率1/R21/R1当前第63页\共有121页\编于星期五\8点各级公路构成复曲线应符合的条件为：1）当小圆半径大于或等于“不设超高的最小半径”时；2）小圆半径大于临界半径，且符合下列条件之一时：①小圆曲线按规定设置相当于最小回旋线长的回旋线时，其大圆与小圆的内移值之差不超过0.10m。②计算行车速度V≥80km/h时，R1与R2之比小于1.5。③计算行车速度V＜80km/h时，R1与R2之比小于2。当前第64页\共有121页\编于星期五\8点（2）回头曲线二、三、四级公路越岭线路段，因地形、地质条件等的限制，采用自然展线难以达到要求时，所设置的回头形状的曲线。由主曲线和两个副曲线组成。主曲线转角约180°，主副曲线之间一般以直线连接。当前第65页\共有121页\编于星期五\8点320国道黄花桥路段位于江西省萍乡市湘东区境内，长度不足1公里。1.车辆因超载、超速，导致车辆在弯道下坡时容易失去平衡、方向无法控制。2.道路设计不合理，按照国家规定，二级公路的最小弯道半径为250米，视距为110米。而黄花桥弯道半径仅216米，视距84米，大大低于国道二级公路设计标准。从而导致车辆行至此处时，往往因为转弯半径不够，会车视距不足而引发交通事故。当前第66页\共有121页\编于星期五\8点213国道途经都江堰-汶川-茂县-松潘的213国道。从成都经都江堰、汶川县通往茂县、松潘方向的213国道，蜿蜒曲折，途中经过高山峡谷，部分路段的山峰在海拔4000米左右。当前第67页\共有121页\编于星期五\8点318国道川藏线川藏线全长3176公里，穿越21座4000米以上的雪山，横跨14条江河，被中外地理学家称为“世界上最危险的公路”。当初为了修通从拉萨到成都的2000多公里路，3000千多个年轻的生命倒下了，也就是说，平均每公里要付出一个半生命。这在世界筑路史上，可算是最沉重的牺牲。

当前第68页\共有121页\编于星期五\8点滇缅公路晴隆二十四道拐史迪威公路该路段直线距离约350米，垂直高度约250米，坡度约60度，全长4公里，有24道弯拐。当前第69页\共有121页\编于星期五\8点天门山通天大道

天门山通天大道于1998年开始修建，历时八年。通天大道全长10.77公里，海拔从200米急剧提升到1300米，。当前第70页\共有121页\编于星期五\8点天门山通天大道

当前第71页\共有121页\编于星期五\8点3.平面线形的组合（1）基本型按直线——回旋线——圆曲线——回旋线——直线的顺序组合。宜将回旋线—圆曲线—回旋线的长度比设计成1：1：1或1：2：1。曲率1/R当前第72页\共有121页\编于星期五\8点（2）S型两个反向曲线用回旋线连接的组合。1/R21/R1曲率适用于交点间距受限：<2Vα2α1JD1JD2当前第73页\共有121页\编于星期五\8点S型曲线适用条件：①相邻两个回旋线参数A1与A2宜相等，当采用不同参数时，A1与A2之比应小于1.5（2.0）。当前第74页\共有121页\编于星期五\8点②两个反向回旋线之间不设直线，不得已插入直线时，必须尽量短，其短直线的长度或重合段的长度应满足：S型曲线适用条件：当前第75页\共有121页\编于星期五\8点③S型两圆曲线半径之比不宜过大，宜为：S型曲线适用条件：当前第76页\共有121页\编于星期五\8点当前第77页\共有121页\编于星期五\8点（3）卵型用一个回旋线连接两个同向圆曲线的组合形式。曲率1/R11/R2当前第78页\共有121页\编于星期五\8点1）卵型组合的前提条件①大圆必须把小圆完全包含在内，但不是同心圆。②延长两相邻圆曲线的圆弧不能相互交叉。③连接的回旋线为曲率为1/R1~1/R2的部分。当前第79页\共有121页\编于星期五\8点2）卵型的设计使用条件①卵型上的回旋线参数A应满足回旋线最小参数的规定，且宜在下列界限之内：②两圆曲线半径之比宜在下列界限之内：③两圆曲线的间距，宜在下列界限之内：当前第80页\共有121页\编于星期五\8点卵型曲线当前第81页\共有121页\编于星期五\8点（4）凸型在两个同向回旋线间不插入圆曲线而径相衔接的组合。曲率只有在路线严格受地形、地物限制处方可采用。1/R当前第82页\共有121页\编于星期五\8点（5）复合型两个以上同向回旋线间在曲率相等处相互连接的形式。1/R曲率复合型的两个回旋线参数之比宜为：A2:A1＜1:1.5当前第83页\共有121页\编于星期五\8点（6）C型同向曲线的两回旋线在曲率为零处径相衔接的组合形式。曲率1/R11/R2只有在特殊地形条件下方可采用。适用条件同卵型曲线。当前第84页\共有121页\编于星期五\8点3.5.3平曲线的最小长度1.平曲线的极限最小长度按凸型曲线情况，汽车6s行程计算。2.平曲线的一般最小长度按基本型曲线情况，汽车9s行程计算。当前第85页\共有121页\编于星期五\8点3.公路转角小于7°时的平曲线长度转角过小，容易把曲线长度看成比实际的要短，造成急转弯错觉。当前第86页\共有121页\编于星期五\8点3.6行车视距

有停车视距、会车视距和超车视距三种。为了保证行车安全，驾驶员应能随时看到前方一定距离的公路以及公路上的障碍物或迎面的来车，以便及时刹车或绕过。汽车在这段时间里沿公路路面行驶的必要安全距离，为行车视距。当前第87页\共有121页\编于星期五\8点目高（视线高）：是指驾驶人员眼睛距地面的高度，规定以车体较低的小客车为标准，采用1.2m。物高：路面上障碍物的高度，0.10m。行车视距计算依据当前第88页\共有121页\编于星期五\8点3.6.1行车视距的计算1.停车视距ST当驾驶员发现前方障碍物后，立即采取制动措施，至汽车在障碍物前安全停下来所需要的最短距离。反应距离制动距离安全距离停车距离ST当前第89页\共有121页\编于星期五\8点反应距离制动距离安全距离停车距离ST

反应距离：是当驾驶人员发现前方的阻碍物，经过判断决定采取制动措施的那一瞬间到制动器真正开始起作用的那一瞬间汽车所行驶的距离。当前第90页\共有121页\编于星期五\8点制动距离：是指汽车从制动生效到汽车完全停住，这段时间内所走的距离。反应距离制动距离安全距离停车距离ST当前第91页\共有121页\编于星期五\8点停车视距ST：（考虑一定的安全距离）反应距离制动距离安全距离停车距离ST当前第92页\共有121页\编于星期五\8点2.会车视距会车视距是在同一车道上两对向汽车相遇，从相互发现时起，至同时采取制动措施使两车安全停止，所需的最短距离。会车距离ST反应距离制动距离安全距离反应距离制动距离当前第93页\共有121页\编于星期五\8点反应距离制动距离安全距离会车距离ST反应距离制动距离会车视距构成：（1）反应距离：双向驾驶员及车辆（2）制动距离：双向车辆（3）安全距离：双向车辆保持间距因此，会车视距SH约等于2倍停车视距。当前第94页\共有121页\编于星期五\8点会车视距：反应距离制动距离安全距离会车距离ST反应距离制动距离当前第95页\共有121页\编于星期五\8点3.超车视距在双车道公路上，后车超越前车时，从开始驶离原车道起至可见逆行车辆，并能超车后安全驶回原车道所需距离。加速S1超车（逆向行驶）S2安全距离S3对向行驶S4全超车视距当前第96页\共有121页\编于星期五\8点（1）加速行驶距离S1当超车汽车经判断认为有超车的可能，于是加速行驶移向对向车道，在进入该车道之前所行驶距离为S1：加速S1超车（逆向行驶）S2安全距离S3对向行驶S4全超车视距当前第97页\共有121页\编于星期五\8点（2）超车汽车在对向车道上行驶的距离S2加速S1超车（逆向行驶）S2安全距离S3对向行驶S4全超车视距当前第98页\共有121页\编于星期五\8点（3）超车完了时，超车汽车与对向汽车之间的安全距离S3:

S3=15～100m加速S1超车（逆向行驶）S2安全距离S3对向行驶S4全超车视距当前第99页\共有121页\编于星期五\8点（4）超车汽车从开始加速到超车完了时对向汽车的行驶距离S4:全超车视距为：S超=S1+S2+S3+S4加速S1超车（逆向行驶）S2安全距离S3对向行驶S4全超车视距当前第100页\共有121页\编于星期五\8点最小必要超车视距为：最小必要超车视距为：对向汽车行驶时间大致为t2的2/3，最小必要超车视距加速S1超车（逆向行驶）S2安全距离S3对向行驶S4全超车视距当前第101页\共有121页\编于星期五\8点3.6.2行车视距标准1.高速公路、一级公路应满足停车视距。当前第102页\共有121页\编于星期五\8点2.二、三、四级公路的视距应满足会车视距的要求，其长度应不小于停车视距的两倍。3.6.2行车视距标准1.高速公路、一级公路应满足停车视距。当前第103页\共有121页\编于星期五\8点3.二、三、四级公路还应在适当间隔内设置满足超车视距的超车路段。当地形及其它原因不得已时，超车视距长度可适当缩减，最短不应小于所列的低限值。一般情况下，不小于总长度的10%～30%，并均匀布置。3.6.2行车视距标准当前第104页\共有121页\编于星期五\8点3.6.3平面视距的保证当前第105页\共有121页\编于星期五\8点3.6.3平面视距的保证弯道视距不足实例：当前第106页\共有121页\编于星期五\8点3.6.3平面视距的保证弯道视距不足实例：当前第107页\共有121页\编于星期五\8点3.6.3平面视距的保证弯道视距不足实例：当前第108页\共有121页\编于星期五\8点3.6.