第三章平面设计(三版).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 平面设计,学习要点：,掌握平面线型要素，包括直线、圆曲线、缓和曲线在路线中的作用；,熟悉行车视距；,了解道路平面设计成果；,第三章 平面设计,第一节 概述,一,.,路线,道路中线的空间位置,路线的组成,：,平面,路线在水平面上的投影,纵断面,沿中线竖直剖切再行展开,横断面,中线上任一点法向切面,二,.,汽车行驶轨迹与道路平面线形,1.,汽车行驶轨迹特征,：,(1),轨迹连续且圆滑,（,2,）轨迹的曲率连续,（,3,）轨迹的曲率变化率连续,2.,平面线形组成,直线,圆曲线,缓和曲线,三,.,路线平面设计内容,合理确定各线形要素的几何参数,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,。,第二节 直 线,一,.,直线的特点,1.,优点：,两点间直线最短,短捷、直达,汽车行驶受力简单，方向明确,测设容易,2.,缺点：,难于与地形协调,易产生高填深挖路基，破坏自然景观,过长直线易使驾驶员疲倦,二,.,直线的最大长度和最小长度,1.,直线最大长度,根据驾驶员心理反应和视觉效果确定,日本、德国：,直线最大长度不超过,20V,前苏联：,8km,美国：,3mile,我国：,目前尚无明确规定,但设计人员应根据地形、地物、自然景观及经验等合理判断和确定直线最大长度，不强求长直线，也不硬性设置不必要的曲线。,2.,直线最小长度,（,1,）同向曲线间直线最小长度,规范规定：,V,60km/h,，,L,min,6V,（,2,）反向曲线间直线最小长度,规范规定：,V,60km/h,，,L,min,2V,三,.,直线的运用,2.,城镇及近郊道路；,3.,大桥、隧道等构造物路段；,4.,路线交叉及其附近；,1.,路线不受地形地物限制的平坦地区或宽阔河谷地带；,5.,双车道公路提供超车路段。,当采用长的直线线形时，应注意的问题,（,1,）在直线上纵坡不宜过大，因长直线再加下陡坡更易导致高速度。,（,2,）长直线与大半径凹竖曲线组合为宜，这样可以使生硬呆板的直线得到一些缓和。,（,3,）道路两侧过于空旷时，宜采取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。,（,4,）长直线或长下坡的尽头的平曲线，除曲线半径、超高、视距等必须符合规定外，还必须采取设置标志、增加路面抗滑能力等安全措施。,第三节 圆曲线,一,.,圆曲线的特点,1.,曲线上任意点曲率半径相同，测设和计算简单；,2.,对地形、地物和环境适应性更强；,3.,汽车受离心力作用，且比在直线上行驶多占道路宽度；,4.,在小半径圆曲线内侧行驶，视距条件差，易发生事故。,二,.,圆曲线半径及圆曲线长度,（一）圆曲线半径计算公式与影响因素,（,3-1,）,1.,横向力系数,的影响,（,1,）危及行车安全,所以要求：,f,h,横向摩阻系数,（,3-2,）,（,2,）增加驾驶操纵困难,（,3,）增加燃油消耗和轮胎磨损,（,4,）旅客不舒服,行驶稳定性,0.15,0.16,，可较高速度安全行驶,0.07,，路面结冰也可安全行驶,乘客舒适程度,0.10,，不感曲线存在，很平稳；,0.15,，略感曲线存在，尚平稳；,0.20,，已感曲线存在，稍感不平稳；,0.35,，感到曲线存在，感到不平稳；,0.40,，非常不稳定，有倾倒危险；,运营经济性,0.15,的舒适极限，由,0.1,0.16,随行车 速度而变,2.,最大超高,i,h(max,),f,w,气候恶劣季节路面横向摩阻系数,标准,规定,高速、一级公路：,10,二、三、四级公路：,8,积雪冰冻地区：,6,城市道路,V,80km/h,：,6,V,40km/h,：,2,（,3-3,）,V,60,、,50km/h,：,4,（二）圆曲线最小半径计算,（,3-4,）,标准,根据不同,f,h,值，对不同等级公路规定了,极限最小半径,、,一般最小半径,和,不设超高半径,，详见表,3-1,、,3-2,。,最小平曲线半径的实质是汽车行驶在公路曲线部分时，所产生的离心力等横向力不超过轮胎与路面的摩阻力所允许的界限，并使乘车人感觉良好的曲线半径值。,2.,一般最小半径,采用允许超高（,6,8,）和允许横向摩阻系数（,f,h,0.05,0.06,）情况下，汽车能安全行驶的最小半径,3.,不设超高最小半径,不必设超高就能满足行驶稳定性的最小半径。,标准,取,f,h,0.035,，,i,h,=-0.015,和,f,h,0.04,，,i,h,=-0.025,1.,极限最小半径,采用允许最大超高（,8,）和允许的横向摩阻系数（,f,h,0.10,0.16,）情况下，汽车能安全行驶的最小半径,4.,最小半径指标的应用,（,1,）根据沿线地形等情况，尽量选用较大半径。在不得已情况下方可使用极限最小半径；,（,2,）当地形条件许可时，应尽量采用大于一般最小半径的值；,（,3,）有条件时，最好采用不设超高的最小半径。,（,4,）选用曲线半径时，应注意前后线形的协调，不应突然采用小半径曲线；,（,5,）长直线或线形较好路段，不能采用极限最小半径。,（,6,）从地形条件好的区段进入地形条件较差区段时，线形技术指标应逐渐过渡，防止突变。,（三）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，容易给驾驶人员造成判断上的错误反而带来不良后果，同时也无谓增加计算和测量上的麻烦。,规范,规定圆曲线的最大半在不宜超过,10000m,。,（四）圆曲线 最小长度,曲线过短，司机操作困难,圆曲线最小长度一般要有,3s,行程，即：,三,.,圆曲线的几何要素,式中：,E,外距，,m,J,超距或校正值，,m,曲线主点里程桩号计算：,计算基点为交点里程桩号，记为,JD,，,ZY=JD-T,YZ=ZY+L,QZ=ZY+L/2,JD=QZ+J/2,第四节 缓和曲线,不设缓和曲线,设缓和曲线,一,.,缓和曲线的作用与性质,（一）缓和曲线的作用,1.,曲率连续变化，适应汽车转向操作的行驶轨迹,2.,离心加速度逐渐变化，不致产生侧向冲击，旅客舒适,3.,超高横坡度及加宽逐渐变化，行车更加平稳,4.,与圆曲线配合，线形更加美观流畅,（二）缓和曲线的性质,汽车由直线进入圆曲线的行驶轨迹：,方向盘转动角度为,f,，前轮相应转动角为,，则有：,（,rad,）,（,3-5,）,（,rad,）,（,3-6,）,（,rad,）,（,3-7,）,行驶轨迹半径：,（,m,）,（,3-8,）,t,时间后行驶距离：,（,m,）,（,3-9,）,（,m,）,（,3-10,）,令：,则：,说明：汽车匀速从直线进入圆曲线，行驶轨迹弧长与曲率半径乘积为一常数，与数学上的回旋线相符,二,.,缓和曲线的形式,（一）回旋线作为缓和曲线,1.,回旋线基本方程,基本公式：,式中：,（,3-12,）,r,回旋线上某点的曲率半径（,m,）；,l,回旋线上某点到原点的曲线长（,m,）；,A,回旋线的参数。,A,表征回旋线曲率变化的缓急程度。,2.,回旋线参数,A,的确定,Y,X,O,R,Ls,缓和曲线起点：回旋线的起点，,l=0,，,r=,；,缓和曲线终点：回旋线某一点，,l,L,s,，,r,R,。,则,RL,s,=A,2,，,即回旋线的参数值为：,3.,缓和曲线的曲率变化,直线,直线,圆,曲线,缓和曲线,缓和曲线,4.,回旋线的相似性,曲率变化连续，且曲率变化与曲线长度变化呈线性，为此可认为回旋线形状只有一种，改变参数,A,可得到不同大小的回旋线,A,1,时的 回旋线为单位回旋线。,回旋线长度要素单位回旋线长度要素,A,回旋线非长度要素单位回旋线非长度要素,（二）其他形式的缓和曲线,1.,三次抛物线：,回旋线中弧长,l,用,l,在横轴上的投影,x,代替,（,3-20,）,（,3-21,）,（,3-22,）,只能在,0,24,的条件下用,2.,双纽线：,回旋线中弧长,l,用,曲线弦长,a,代替,（,3-23,）,双纽线的极角为,45,时，曲线半径最小。此后半径增大至原点，全程转角达到,270,。所以,曲线转角较大、半径较小时，如回头曲线或立交匝道适用,.,3.,三种线型的比较,回旋曲线、三次抛物线和双纽线在极角较小（,5,6,）时，几乎没有差别。,随着极角的增加，三次抛物线的长度比双纽线的长度增加的较快，而双纽线的长度又比回旋线的长度增加得快些。,回旋线的半径减小得最快，而三次抛物线则减小的最慢。从保证汽车平顺过渡的角度看，三种曲线都可以作为缓和曲线。,（一）缓和曲线的最小长度,1.,旅客感觉舒适,依离心加速度变化率,等速行驶时，,t=L,s,/v,：,则：,以,V,（,km/h,）表示：,我国将离心加速度变化率取值一般控制在,0.5,0.6m/s,3,（,m,）,三,.,缓和曲线的最小长度及参数,2.,超高渐变率适中,（,m,）,式中：,B,旋转轴至车行道外侧边缘的宽度（,m,）；,i,超高坡度与路拱坡度代数差（）；,p,超高渐变率。,3.,行驶时间不过短,依司机操作反应时间,（,m,）,4.,依视觉条件,经验取值：,A,R/3,R,；,L,s,R/9,R,；,（二）缓和曲线参数,A,值,决定回旋线曲率变化的缓急,回旋线参数表达式：,A,2,=RLs,从视觉条件要求确定,A,：,考察司机的视觉，当回旋曲线很短，其回旋线切线角（或称缓和曲线角）,在,3,左右时，曲线极不明显，在视觉上容易被忽略。,回旋线过长,大于,29,时，圆曲线与回旋线不能很好协调。,适宜的缓和曲线角是,=3,29,。,由,0,=3,29,推导出合适的,A,值：,将,0,=3,和,0,=29,分别代入上式，则,A,的取值范围为：,上述关系只适用,R,在一定范围之间。,经验证明，当,R,在,100m,左右时，通常取,A,R,；,如果,R,小于,100m,，,则选择,A,R,。,在圆曲线半径较大时，,R,3000m,，,AR/3,。,（三）缓和曲线的省略,1.,圆曲线半径大于或等于“不设超高的最小半径”；,2.,半径不同的同向圆曲线间，小圆半径大于或等于“不设超高的最小半径”；,3.,小圆半径大于表,3-5,所列临界半径，并符合,p59,页所列条件之一。,4.,城市道路不设缓和曲线的最小半径详见表,3-6,在直线和圆曲线间设置缓和曲线后，圆曲线产生了内移，其位移值为,p,，,在,Ls,一定的情况下，,p,与圆曲线半径成反比，当,R,大到一定程度时，,p,值将会很小。这时缓和曲线的设置与否，线形上已经没有多大差异。,1.,缓和曲线的设置条件,缓和曲线设置在直线与圆曲线间，所以圆曲线的位置必须内移一距离,R,（,p,值）。通常公路上多采用圆曲线圆心不动，半径略微减小向内移。测设时，已知圆曲线半径,R,，偏角,，圆曲线起、终点，必须定出缓和曲线起点（,q,值）与圆曲线衔接点位置及内移值,p,设置缓和曲线的可能条件：,2,四,.,缓和曲线的设置及设计,2.,几何元素：,（度）,（,m,）,（,m,）,回旋线终点的半径方向与,Y,轴夹角,0,计算公式,：,回旋线终点处曲率圆圆心,x,坐标,：,回旋线终点处内移值：,（,m,）,（,m,）,（,m,）,（,m,）,3.,主点里程桩号计算方法,：,以交点里程桩号为起算点：,ZH=JD,T,HY=ZH+Ls,QZ=ZH+L/2,YH=HZ,Ls,HZ=ZH+L,切线支距法敷设曲线计算方法：,用切线支距法敷设回旋线公式：,l,回旋线上任意点,m,至缓和曲线起点的弧长（,m,）。,切线支距法敷设带有回旋线的圆曲线公式：,x=,q+Rsin,m,(m),y=p+R(1-cos,m,)(m),式中：,l,m,圆曲线上任意点,m,至缓和曲线终点的弧长（,m,）；,m,l,m,所对应的圆心角（,rad,）。,0,0,例题：,已知平原区某二级公路有一弯道，偏角,右,=15,2830,，半径,R=600m,，,缓和曲线长度,Ls=70m,，,JD=K2+536.48,。,要求：（,1,）计算曲线主点里程桩号；,（,2,）计算曲线上每隔,25m,整桩号切线支距值。,解：（,1,）曲线要素计算：,（,1,）曲线要素计算：,J=2T-L=2116.565-232.054=1.077,（,2,）主点里程桩号计算,：,以交点里程桩号为起算点：,JD=K2+536.48,ZH=JD,T=K2+536.48-116.565=K2+419.915,HY=ZH+Ls=K2+419.915+70=K2+489.915,QZ=ZH+L/2=K2+419.915+232.054/2=K2+535.942,HZ=ZH+L=K2+419.915+232.054=K2+651.969,YH=HZ,Ls=K2+651.97,70=K2+581.969,（,3,）计算曲线上每隔,25m,整桩号的切线支距值：,列表计算,曲线,25m,整桩号：,ZH=,K2+419.915,K2+425 K2+450 K2+475 K2+500,平曲线切线支距计算表,桩 号,计算切线支距,l,缓和曲线,圆曲线,x,S,y,S,m,(,),x,C,y,C,ZH+419.915,0,0,0,K2+425,5.085,5.085,0.000,K2+450,30.085,30.085,0.108,HY+489.915,70,69.976,1.361,K2+500,10.085,4.3053,80.038,2.033,K2+525,35.085,6.6926,104.922,4.428,计算切线支距值：,（,1,）,LCZ=K2+425,（,缓和曲线段），,ZH=K2+419.915,l=2425-2419.915=5.085,（,2,）,LCZ=K2+500,，,HY=K2+489.915,（,圆曲线段）,l,m,=2500-2489.915=10.085,x=,q+Rsin,m,=34.996+250sin4.3053=80.038(m),y=p+R(1-cos,m,)=0.34+250,（,1-cos4.3053,）,=2.033,(m),第五节 平面线形设计,一,.,平面线形设计一般原则,（一）平面线形直捷、连续、顺畅，,与地形、地物相适应，与环境协调,（二）保持平面线形均衡、连贯,1.,长直线尽头不能接以小半径曲线,3.,相邻平曲线之间的设计指标应连续、均衡,2.,应避免短直线接大半径的平曲线,4.,高低标准之间要有过渡,（三）满足行驶力学要求的前提下，高速路应尽量满足视觉和心理上要求。,（四）合理设置回头曲线，避免连续急弯线形,只有在三,/,四级公路在自然展线无法争取到需要的距离以克服高差,或不能采取自然展线时,方可采用回头曲线,.,（五）平曲线有足够长度,1.,汽车驾驶员在操纵方向盘时不感到困难,按,6s,的通过时间设置最小平曲线长度,2.,缓和曲线上离心加速度的变化率不超出定值,当平曲线是凸形曲线时，最小平曲线长度应取最小缓和曲线长度的两倍,3.,转角小于,7,时的平曲线长度,仍按凸形曲线考虑，使,7,的曲线外矢距与,7,时曲线的外矢距相等时的曲线为最小平曲线长。,二,.,平面线形要素的组合类型,1.,基本型：,直线,回旋线（,A,1,）,圆曲线,回旋线（,A,2,）,直线,回旋线,圆曲线,回旋线长度比一般为,1,：,1,：,1,1,：,2,：,1,设置条件：,2,2.,S,型：,两个反向回旋线连接两段反向圆曲线,A,1,与,A,2,最好相等，不等时，,A,1,与,A,2,之比应小于,2,R,1,/R,2,1,1/3,为宜,两回旋线宜以径相连，若要插入短直线，应满足：,高速公路，当,A,2,200,时，,A,1,应不大于,1.5A,2,3.,卵型：,直线,缓和曲线（,A,1,）,圆曲线（,R,1,）,缓和曲线（,A,）,圆曲线（,R,2,）,缓和曲线（,A,2,）,一回旋线连接两同向圆曲线,R,2,/2,A,R,2,R,2,/R,1,0.2,0.8,两圆曲线间距以,D/R,2,0.003,0.03,为宜,4.,凸型：,两段同向缓和曲线之间不插入圆曲线而径相衔接,回旋线最小参数及连接点处半径值应符合相关规定,一般不采用，只在山嘴或困难情况下才用。当公路转角很小时，采用凸型较基本型较好。,设置条件：,=2,0,5.,复合型：,两个以上的同向回旋线在曲率相等处相互连接,相邻两个回旋线参数之比宜小于,1,：,1.5,6.,C,型：,同向回旋线在曲率为零处相互连接,第六节 道路平面设计成果,第六节 道路平面设计成果,一,.,公路平面设计成果,1.,路线平面图,比例：,1,：,20001,：,5000,内容：,地形、地物、路线位置及里程桩号、断链、平曲线主要桩位与其他交通路线的关系以及县以上境地界等；,标注水准点、导线点及坐标网格或指北图示；,示出特大桥、大桥、中桥、隧道、路线交叉位置等；,列出平曲线要素表,第六节 道路平面设计成果,一,.,公路平面设计成果,2,公路平面总体设计图,比例：,1,：,10001,：,2000,内容：,除要绘制路线平面图内容外，还应有：,路线位置：桩号、断链、路中心线、中央分隔带、路基边线、坡脚或坡顶线等,沿线排水系统、改移河道及道路、县以上境界、胜地界等,标出出桥梁、涵洞、隧道、路线交叉及防护工程的位置；,示出服务区、停车场、收费站等,第六节 道路平面设计成果,一,.,公路平面设计成果,3.,直线、曲线及转角表,内容：,交点号、交点桩号、交点坐标、偏角、曲线各要素、曲线控制桩号、直线长、计算方位角、断链等,4.,导线点成果表,内容：,导线点编号。点名、坐标、边长、方位角及高程,第六节 道路平面设计成果,一,.,公路平面设计成果,5.,路线逐桩坐标表,内容：,桩号、纵坐标、横坐标等,6.,总里程及断链桩号表,内容：,总里程、测量号、断链桩号、断链（增长、减短）、断链累计等,7.,路线固定表及纸上移线图,第六节 道路平面设计成果,二,.,城市道路平面设计图的绘制,1.,绘图比例和测绘范围,比例：,1,：,5001,：,1000,范围：,一般在道路红线以外各,2050m,，或中线两侧,50150m,第六节 道路平面设计成果,二,.,城市道路平面设计图的绘制,2.,设计图的内容及绘制方法,规划红线,坡口、坡脚或挡土墙边缘线,车道线,人行道、人行横道线、交通岛按设计绘制,地下管线及设施,交叉口,第六节 道路平面设计成果,二,.,城市道路平面设计图的绘制,3.,绘制要求的说明,一张完整的平面设计图，除了清楚而正确的表达上述设计内容外，还可以对某些细部设施或构件绘出大样图，如路缘石大样图等，最后在空白处作一些简要的工程说明，如工程范围、采用坐标系、引用的水准点位置等。,