第2章--平面设计概要.ppt

1、,第二章 平面设计,本章主要介绍道路线形设计的基本理论和方法。学习构成道路线形的基本要素及这些要素的设计要求，掌握平面设计成果的整理。,第一节 概述,公路平纵横的概念 路线的平面-公路的中线在水平面上的投影。 平面图（plan） -反应路线在平面上的形状、位置、尺寸的图形。 路线的纵断面-路线的中线在竖直面上的投影。 纵断面图（vertical profile map） -反应路线在纵断面上的形状、位置、尺寸的图形。 道路的横断面-沿道路中线上任意一点作的法向剖面。 横断面图（cross-section profile map） -反映道路在横断面上的结构、形状、位置、尺寸的图形。,路线设计的

2、任务 在调查研究掌握大量材料的基础上，设计出一条有一定技术标准、满足行车要求、工程费用最省的路线。, 直线(line)； 圆曲线(circular curve) ； 缓和曲线(transition curve) 。,平面线形要素:,平面线形,第二节 直线,2行车方向明确，行驶受力简单，驾驶操作简易。,一直线的特点,1 路线便捷，两点之间以直线为最短。,3 测设简单，施工容易。,4过长的直线易使驾驶人感到单调、疲倦，难以目测车间距离，于是产生尽快驶出直线的急燥情绪，易超车。,5 直线线形大多难于与地形相协调。,德国和日本规定直线的最大长度（以米计）为20v，前苏联为8km，美国为180s行程。我

3、国地域辽阔，地形条件在不同的地区有很大的不同，对直线最大长度很难作出统一的规定。 直线的最大长度，在城镇附近或其他景色有变化的地点大于20V是可以的；在景色单调的地点最好控制在20V以内；而在特殊的地理条件下应特殊处理。 无论是高速公路还是一般公路在任何情况下都要避免追求长直线的错误倾向,二、 “长直线”的量化,1 同向曲线间的直线最小长度 互相通视的同向曲线间若插以短直线，容易产生把直线和两端的曲线看成为反向曲线的错觉，当直线过短时甚至把两个曲线看成是一个曲线，这种线形破坏了线形的连续性，且容易造成驾驶操作的失误，通常称为断背曲线。设计中应尽量避免。 规范推荐同向曲线间的最短直线长度以不小于

4、6v为宜。,2反向曲线间的直线最小长度 转向相反的两圆曲线之间，考虑到为设置超高和加宽缓和段的需要以及驾驶员转向操作的需要如无缓和曲线时，宜设置一定长度的直线。 规范规定反向曲线间最小直线长度（以m计）以不小于行车速度（以km/h计）的2倍为宜。,三直线的最小长度,3 相邻回头曲线间的直线最小长度 回头曲线是指山区公路为克服高差在同一坡面上回头展线时所采用的曲线。规范规定，两回头曲线之间，由一个回头曲线的终点至下一回头曲线起点的距离应满足： 设计车速 距离 40km/h 200m 30km/h 150m 20km/h 100m,云南宜良县一盘山公路,1下述路段可采用直线： 受地形、地物限制的平

5、坦地区或山间的开阔谷地； 市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等以直线为条为主的地区； 长大桥梁、隧道等构造物路段； 路线交叉点及其前后； 双车道公路提供超车的路段。,四、直线的运用,Australia,Arizona,2 直线的应用 直线的最大长度应有所限制。当采用长的直线线形时，为弥补景观单调之缺陷，应结合沿线具体情况采取相应的技术措施并注意下述问题： 长直线上纵坡不宜过大，因长直线再加下陡坡行驶更易导致高速度, 长直线与大半径凹形竖曲线组合为宜，可以使生硬呆板的直线得到一些缓和,两侧地形过于空旷时，宜采取种植不同树种或设置一定建筑物、 雕塑、广告牌等措施，以改善单调的景观。,长直线或长下坡尽

6、头的平曲线必须采取设置标志、增加路面抗滑能力等安全措施,第三节 汽车行驶的横向稳定性与圆曲线半径,汽车的行驶稳定性,汽车的行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，在外部因素作用下，汽车尚能保持正常行驶状态和方向，不致失去控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。,纵向稳定性： 表现：倾覆 滑移（倒溜）,横向稳定性： 表现：倾覆 滑移（侧滑）,一、汽车行驶的横向稳定性,汽车在平曲线上行驶时会产生离心力，其作用点在汽车的重心，方向水平背离圆心。,受力分析： 横向力X失稳 竖向力Y稳定,1汽车在平曲线上行驶时力的平衡,离心力,将离心力F与汽车重力G分解为平行于路面的横向力X和垂直于路面的竖向力Y，,由于路面横向倾角

7、一般很小，则sintg=ih，cos1，其中ih称为横向超高坡度，,将离心力F与汽车重力G分解为平行于路面的横向力X和垂直于路面的竖向力Y，,采用横向力系数来衡量稳定性程度，其意义为单位车重的横向力，即,横向倾覆：汽车在平曲线上行驶时，由于横向力的作用，使汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆。 汽车内侧车轮支反力N1为0。 倾覆力矩等于或大于稳定力矩。,2.横向倾覆条件分析,倾覆力矩：Xhg,横向倾覆平衡条件分析：,稳定力矩：,倾覆力矩：Xhg,横向倾覆平衡条件分析：,稳定力矩：,不产生横向倾覆的条件：,汽车在平曲线上行驶时，不产生横向倾覆的最小平曲线半径R min：,3.横向滑移条件分析,横

8、向滑移：汽车在平曲线上行驶时，因横向力的存在，可能使汽车沿横向力的方向产生横向滑移。 横向力大于轮胎和路面之间的横向附着力。,极限平衡条件：,不产生横向滑移稳定条件：,4横向稳定性的保证,汽车在平曲线上行驶时的横向稳定性主要取决于横向力系数值的大小。 现代汽车在设计制造时重心较低，一般b2hg，而 h0.5,即,汽车在平曲线上行驶时，在发生横向倾覆之前先产生横向滑移现象。 在道路设计中只要保证不产生横向滑移现象发生，即可保证横向稳定性。 保证横向稳定性的条件：,1确定半径的理论依据,二、曲线半径curve radius,1确定半径的理论依据,2最小半径的计算,3圆曲线最大半径,横向力系数的确定

9、 行车安全 要求横向力系数低于轮胎与路面之间所能提供的横向摩阻系数f： f (32) 增加驾驶操纵的困难 轮胎产生横向变形，增加了汽车在方向操纵上的困难。 增加燃料消耗和轮胎磨损 的存在使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加。,行旅不舒适,值过大，增加了驾驶者在弯道行驶中的紧张。对于乘客来说，值的增大，同样感到不舒适，乘客随的变化其心理反应如下。 当0.10时，不感到有曲线存在，很平稳； 当=0.15时，稍感到有曲线存在，尚平稳； 当=0.20时，已感到有曲线存在，稍感不稳定； 当=0.35时，感到有曲线存在，不稳定； 当0.40时，非常不稳定，有倾车的危险感。 综上所述，值的采用关系到行车的安全、经

10、济与舒适。为计算最小平曲线半径，应考虑各方面因素采用一个舒适的值。研究指出：值的舒适界限，由0.11到0.16随行车速度而变化，设计中对高、低速路可取不同的数值。,1确定半径的理论依据,1确定半径的理论依据,二、曲线半径,1确定半径的理论依据,2最小半径的计算,3圆曲线最大半径,.关于最大超高 考虑慢车甚至因故停在弯道上的车辆,其离心力接近0,或者等于0。因此 (33) fw 一年中气候恶劣季节路面的横向摩阻力系数。,1确定半径的理论依据,二、曲线半径,1确定半径的理论依据,2最小半径的计算,3圆曲线最大半径,1确定半径的理论依据,2最小半径的计算, 极限最小半径 横向力系数视设计车速采用0.

11、100.16, 最大超高视道路的不同环境，公路用0.10、0.08、 0.06，城市道路用0.06、0.04、0.02,2最小半径的计算, 一般最小半径 考虑汽车以设计速度或以接近设计速度行驶时，旅客有充分的舒适感 注意到以在地形比较复杂的情况下不会过多地增加工程量。 这种半径是全线绝大多数情况下可采用的半径，约为极限最小半径的1.52.0倍。 “一般最小半径”，其值和ih(max).的取值见表33。, 不设超高的最小半径 我国标准所制定的“不设超高的最小半径”是取=0.035，ih(max =0.015按式（31）计算取整得来的。,3圆曲线最大半径 选用圆曲线半径时，在与地形等条件相适应的前

12、提下应尽量采用大半径，但半径大到一定程度时，其几何性质和行车条件与直线无太大区别，容易给驾驶员造成判断上的错误而带来不良后果，同时也无谓增加计算和测量上的麻烦。 所以规范规定圆曲线的最大半径不宜超过10000m。,3圆曲线最大半径,圆曲线半径的确定,公路： 一般情况下采用极限半径的48倍为宜； 当地形条件受到限制时，应尽量采用大于或接近于一般最小半径； 在自然条件特别困难而不得已时，经过技术经济论证方可采用极限最小半径； 应结合前后线形综合考虑。,圆曲线半径的确定,城市道路： 一般情况下采用大于或等于不设超高最小半径值； 当地形条件受到限制时，可采用设超高推荐半径值； 地形条件特别困难时，可采

13、用设超高最小半径值。,三圆曲线的几何元素(geometry element),T,单圆曲线的主要特点,曲线上任意一点的曲率半径R为常数，曲率亦为常数，故测设比缓和曲线简便； 小半径圆曲线视距条件差，汽车在圆曲线内侧行驶时，视线受到路堑边坡或其他障碍物影响，容易发生事故； 大半径长缓圆曲线线形美观，顺适，行车舒适，是公路上常采用的线形。,第四节 缓和曲线(transition curve),1缓和曲线的作用 曲率连续变化，视觉效果好。（线形缓和）（图39）。, 离心加速度逐渐变化，旅客感觉舒适。（行车缓和） 超高横坡度逐渐变化，行车更加平稳。（超高缓和）,一缓和曲线的作用与性质,有缓和曲线的道路

14、平曲线几何元素 ：,其他形式的缓和曲线,结论：三种曲线在极角较小（56）时，几乎没有差别；都可以作为缓和曲线；标准推荐使用回旋线。,缓和曲线的最小长度,从控制离心加速度变化率考虑（使旅客感觉舒适）； 从控制超高附加坡度不宜过陡考虑（避免行车左右剧烈摇摆）； 从控制方向盘操作的最短时间考虑。,超高后的外侧路面边缘纵坡比原设计纵坡增加的坡度,回旋线参数A值的确定,从视觉要求出发，当缓和曲线角29 时，缓和曲线过长，使得圆曲线与缓和曲线不能很好协调。,（三）缓和曲线的省略 规范规定，在下列情况下可不设回旋线： 1.在直线与圆曲线间，当圆曲线半径大于或等于“不设超高的最小半径”时； 2.半径不同的同向

15、圆曲线 (1)半径不同的同向圆曲线间，当小圆半径大于或等于“不设超高的最小半径”时，直线与圆曲线间和大圆与小圆间均不设缓和曲线； （2）小圆半径大于表中所列临界曲线半径，且符合下列条件之一时，大圆与小圆间不设缓和曲线： 小圆曲线按规定设置相当于最小缓和曲线长的回旋线时，其大圆与小圆的内移值之差不超过0.10m。 设计速度80km/h时，大圆半径（R1）与小圆半径（R2）之比小于1.5。 设计速度80km/h时，大圆半径（R1）与小圆半径（R2）之比小于2。 3.公路等级为四级,内移值p足够小时，可省略。即：,第五节 平面线形设计,一平面线形设计一般原则,1.平面线形应便捷、连续、顺适，与周围环

16、境相协调。,2.安全要求是基本的，视觉和心理上的要求应尽量满足,3.保持平面线形的均衡与连贯,4.应避免连续急弯的线形,5.平曲线应有足够的长度,1.平面线形应便捷、连续、顺适，与周围环境相协调。,2.安全要求是基本的，视觉和心理上的要求应尽量满足,3.保持平面线形的均衡与连贯,4.应避免连续急弯的线形,5.平曲线应有足够的长度,在宽阔的平原微丘区，路线应直捷顺畅。,在起伏的山岭和丘陵地区，线形以曲线为主。,在没有任何障碍物的戈壁、草原等开阔地区，应以直线为主。,长直线的尽头避免接小半径曲线 长直线上汽车行驶速度较高，如果突然遇到小半径曲线，易产生减速不及造成的事故。 事故形态：车辆侧翻到曲线

17、外侧路基或与对向车辆相撞或碰撞路侧护栏。 若由于地形所限小半径曲线 难免时，中间应插入中等曲率的 过渡性曲线，并使纵坡不要过大。,高低标准之间要有过渡 同一等级道路上大、小指标间的均衡过渡 长直线与小半径曲线之间。 相邻的大小半径曲线之间。 同一条道路上采用不同计算行车速度设计的路段之间的过渡。 在标准变更的相互衔接处前、后一定长度范围内主要技术指标应逐渐过渡，避免产生突变，设计速度高的一端应采用较低的平、纵技术指标，反之则应采用较高的平、纵技术指标，以使平、纵线形技术指标较为均衡。,路线转角的大小反应了路线的舒顺程度，小一些好。但转角过小，即使设置了较大的半径也容易把曲线长看成比实际的要短，

18、造成急转弯的错觉。这种倾向转角越小越显著，以致造成驾驶员枉作转弯的操作。 一般认为，7应属小转角弯道。对于小转角弯道应设置较长的平曲线，其长度应大于规范规定。,小转角路线问题,表中的为公路转角值（度），当2时，按=2计。,二、平面线形要素的组合类型,当A1=A2时，叫对称基本型； 当A1A2时，叫非对称基本型。,组合要求 基本形设计时，为使线形协调，A值的选择最好使回旋线、圆曲线、回旋线的长度以大致接近为宜。,组合要求 A1与A2宜相等。达不到时，A1与A2之比应小于2.0，有条件时以小于1.5为宜。当A2200时， A1与A2之比应小于1.5 短直线的长度应满足：L（A1A2）/40 两圆曲

19、线半径之比不宜过大，以R1/R2=11/3为宜,S形曲线的计算 已知某公路有两个交点间距为D=328.912m，JD1=K5+250.14，偏角1=491517（右偏），半径R1=200m ；Ls1 =70m ；JD2为左偏，2=853930 。要求：按S型曲线计算确定Ls2、R2，并计算两曲线主点里程桩号。,计算步骤：（1）先根据1、R1、 Ls1，计算T1; （2）T2=D-T2 根据S形的组合要求，假定Ls2 （3）用T2、LS2、 2计算R2。 （4）检查R2是否符合S形的组合要求，如不能，重新调整计算。,卵型 （1）定义：两同向的平曲线，按直线缓和曲线 （A1）圆曲线（R1）缓和曲线

20、（AF）圆曲线（R2）缓和曲线（ A2）直线的顺序组合而成的线形。,（2）组合要求： 大圆能完全包住小圆而且不是同心圆。 卵型曲线用一个回旋线连接两个圆曲线，其公用缓和曲线的参数AF最好在R2 /2A R2范围内（ R2为小圆半径）；,（2）组合要求： 圆曲线半径之比以满足R2/R1 =0.20.8为宜； 两圆曲线的间距，以D/R2=0.0030.03为宜，（D为两圆曲 线间的最小间距）。,5.凸形 （1）定义：两段同向缓和曲线之间不插入圆曲线而径相衔接的组合形式（圆曲线长度为零） （2）组合要求： 凸形的回旋线的参数及其连接点的曲率半径，应分别符合容许最小回旋线参数和圆曲线最小半径的规定。,

21、（3）适用条件 只有在路线严格受地形、地物限制处方可采用凸形。,6.复合形 （1）定义：将两个以上的同向回旋线在曲率相等处相互连接的线形。 （2）组合要求： 复合形的相邻两个回旋线参数之比以小于1：1.5为宜。,（3）适用条件 复合曲线在受地形条件限制，或互通式立体交叉的匝道设计中可采用。,7.C形 （1）定义：两同向回旋线在曲率为零处径相连接（即连接处曲率为0，半径为）的组合线形。 （2）适用条件 C形曲线仅限于地形条件特殊困难，路线严格受限制时方可采用。,第六节 道路平面设计成果,一.直线、曲线及转角表,本表全面地反映了路线的平面位置和路线平面线形的各项指标，它是道路设计的主要成果之一。,

22、二.逐桩坐标表 高等级公路的线形指标高，表现在平面上是圆曲线半径大，缓和曲线较长，在测设和放样时须采用坐标法，方能保证其测量精度。所以计算一份“逐桩坐标表”是十分必要的。,例1 单交点基本形曲线计算,已知：某弯道，JD5的桩号为K4650.56，R300m；ls60m，3500，试计算曲线要素及主点桩号。,解：曲线要素为：,曲线主点桩号计算如下：,双交点曲线计算多用解虚交三角形的方法,如图，A、B为辅助交点，AB为基线长，V为虚交点，AVB为为虚交三角形，求出边长a、b后即可求出TA、TB。,由正弦定理：,式中：a、b虚交三角形边长，cm； AB辅助交点间距，及辅助基线长，实测求得，m； A、

23、B辅助交点转角，实测求得； TA、TB辅助交点至曲线起、终点距离，m； 路线转角， A+B。,则,三.路线平面设计图,1平面图的比例尺和测绘范围,比例尺： .工程可行性研究、初步设计阶段的方案研究与比选，采用1：50000或1：10000的比例尺 .初步设计、施工图设计一般常用的是1：2000，在平原微丘区可用1：5000。在地形特别复杂地段的路线初步设计、施工图设计可用1：500或1：1000。,测绘范围 路线带状地形图的测绘宽度，一般为中线两侧各100200m。对1：5000的地形图，测绘宽度每侧应不小于250m。若有比较线，应将比较线包括进去。,2路线平面图的内容 交点，各曲线主要点以及

24、公里桩、百米桩、断链桩位置。对交点逐个编号，注明路线在本张图中的起点和终点里程等。 路线一律按前进方向从左至右画，在每张图的拼接处画出接图线。在图的右上角注明共张、第张。在图纸的空白处注明曲线元素及主要点里程。 3公路路线平面设计图示例,城市道路平面图设计,1. 绘图比例尺和测绘范围 城市道路相对于公路，长度较长而宽度较宽，在绘图比例尺的选用上一般比公路大。 一般为1：5001：1000。 测绘范围：通常在道路两侧红线以外各2050m，或中线两侧各50150m。,2. 平面图内容 规划红线，坡口、坡脚线，车道线，人行道、人行横道线、交通岛，地上、地下管线和排水设施，交叉口。,城市道路平面图设计

25、,例2：平原区某公路，设计车速V=80km/h，有两个交点间距为407.54m，JD1=K7+231.38，转角1右=122420，半径R1=1200m；JD2转角2左=153250，R2=1000m。 要求：按S型曲线设计，并计算两曲线主点里程桩号。,T1,T2,L1,L2,解：因为R1，R2均小于不设超高最小半径，因此需设缓和曲线。 （1）计算确定缓和曲线长度Ls1、Ls2： 令两曲线的切线长相当，则取T1=407.54/2=203.77m 按各线形要素长度1：1：1计算Ls1： Ls1=（/180）R/2=12.2420/1801200/2=129.91 取Ls1=130m 则经计算得，T1=195.48m, 407.54/2=203.77m,切线长度与缓和曲线长度的增减有近似1/2的关系，即缓和曲线长增加x，切线长增加x/2。 LS1=130+28.29=146.58，取Ls1=140m。 则计算得，T1= 200.49m T2=407.54-T1=407.54-200.49=207.05 按1：1：1计算Ls2： Ls2=（/180）R/2=15.3250/1801000/2=135.68,203.77-195.48=8.29，即T1计