第22节道路平面设计线形祥解.pptx

一、路线平面线形的基本概念路线平面线形的基本概念 1、路线、路线路线是指道路的中线（弯道上不考虑加宽的影响）路线是指道路的中线（弯道上不考虑加宽的影响）2、路线的平面、路线的平面道路中线在水平面的道路中线在水平面的投影投影 3、路线的纵断面、路线的纵断面用一个曲面，沿着中线纵向剖切，再展开成的平面用一个曲面，沿着中线纵向剖切，再展开成的平面 4、道路的横断面、道路的横断面中线各点的法向剖切面中线各点的法向剖切面5、平面线形要素、平面线形要素5、平面线形要素 行行驶驶中中的的汽汽车车其其导导向向轮轮旋旋转转面面与与车车身身纵纵轴轴之之间间有三种关系，即：有三种关系，即：l角度为零角度为零曲率为零的线形：直线曲率为零的线形：直线l角度为常数角度为常数曲率为常数的线形：圆曲线曲率为常数的线形：圆曲线l角度为变数角度为变数曲率为变数的线形：缓和曲线曲率为变数的线形：缓和曲线 道道路路平平面面线线形形正正是是由由上上述述三三种种线线形形，即即直直线线、圆圆曲曲线线和缓缓和和曲曲线线构构成成，称之为“平面线形三要素”。二、直线(一一)直线的特点：直线的特点：1、优点、优点(1)两两点点之之间间以以直直线线为为最最短短，一一般般在在定定线线时时，只只要要地地势势平平坦坦，无无大大的的地地物物障障碍碍，定定线线人人员员都都首首先先考考虑虑使使用用直直线线通过，通过，1.571D二、直线(一一)直线的特点：直线的特点：1、优点、优点(2)笔笔直直的的道道路路给给人人以以短短捷捷、直直达达的的良良好好印印象象，无视距障碍二、直线(一一)直线的特点：直线的特点：1、优点、优点(3)驾驶方便驾驶方便(4)车辆不受离心力作用乘车舒适车辆不受离心力作用乘车舒适(5)从从测测设设上上看看，直直线线只只需需定定出出两两点点，就就可可方方便便地地测测定定方方向向和和距距离离。设设计计、量量距距、绘绘图图、计计算、放样也方便。算、放样也方便。二、直线(一一)直线的特点：直线的特点：2、缺点、缺点 (1)对对地地形形适适应应性性差差，若若长长度度运运用用不不当当，不不仅仅破破坏坏了了线线形形的的连连续续性性，也也不不便便达达到到线线形形设设计计自身的协调。自身的协调。(2)过过长长的的直直线线易易使使驾驾驶驶人人感感到到单单调调、疲疲倦倦，难难以以目目测测车车间间距距离离，于于是是产产生生尽尽快快驶驶出出直直线线的的急躁情绪。急躁情绪。（二）直线长度的确定 直直线线的的最最大大与与最最小小长长度度应应有有所所限限制制，从从理理论论上上求求解解是是非非常常困困难难的的，主主要要应应根根据据驾驾驶驶员员的的视觉反应及及心理承受能力来确定。来确定。1、最大长度、最大长度 据据国国外外资资料料介介绍绍，对对于于设设计计速速度度大大于于或或等等于于60kmh的的公公路路，最最大大直直线线长长度度以以汽汽车车按按设设计计速速度度行行驶驶70s左左右右的的距距离离控控制制，一一般般直直线线路路段段的的最最大大长长度度（以以m计计）应应控控制制在在设设计计速速度度（以以kmh计）的计）的20倍倍为宜。为宜。l我国路线设计规范对此并没有作规定我国路线设计规范对此并没有作规定 2）直线的最小长度同向曲线间的直线最小长度同向曲线间的直线最小长度l同同向向曲曲线线是是指指两两个个转转向向相相同同的的相相邻邻曲曲线线间间连连以以直直线所形成的平面线形。线所形成的平面线形。l公公路路路路线线设设计计规规范范规规定定，当当设设计计速速度度60km/h时时，同同向向曲曲线线间间直直线线最最小小长长度度（以以m计计）以以不不小小于于设设计计速速度度（以以km/h计计）的的6倍为为宜宜；当当设计速度设计速度40km/h时，可参照上述规定执行。时，可参照上述规定执行。2）直线的最小长度同向曲线间的直线最小长度同向曲线间的直线最小长度图图2-2-1 同向曲线间插入短直线同向曲线间插入短直线反向曲线间的直线最小长度 l公公路路路路线线设设计计规规范范规规定定，当当设设计计速速度度60km/h时时，反反向向曲曲线线间间直直线线最最小小长长度度（以以m计计）以以不不小小于于设设计计速速度度（以以km/h计计）的的2倍为为宜宜；当当设设计计速速度度40km/h时时，可可参参照照上上述述规规定定执执行。行。三、圆曲线l在在平平面面线线形形中中，圆圆曲曲线线是是最最常常用用的的基基本本线线形形，它它在在路路线线遇遇到到障障碍碍或或地地形形需需要要改改变变方方向向时时设设置置。各各级级公公路路无无论论转转角角大大小小均均应应设设置置圆圆曲曲线线。圆圆曲曲线线配配合合得得当当，可可获得圆滑舒顺的路线。获得圆滑舒顺的路线。1、圆曲线的优点：、圆曲线的优点：.符合地形、布线灵活符合地形、布线灵活 .线形优美线形优美2、圆曲线的缺点：、圆曲线的缺点：.路线较直线长路线较直线长 .行车受力复杂行车受力复杂 .视距受阻视距受阻 .驾驶劳动强度大驾驶劳动强度大 .测设、施工等工作量大、计算复杂测设、施工等工作量大、计算复杂(一一)圆曲线的特点圆曲线的特点 XY1 1、圆曲线半径、圆曲线半径（二）设计标准（二）设计标准(1)车的横向倾覆稳定性(2)行车的滑动稳定性(3)乘客舒适性(4)运营经济性2)圆曲线最大半径公路路线设计规范规定，圆曲线最大半径以不超过10000m为宜。2.平曲线长度1)平曲线最小长度一般规定从驾驶员操纵方便、行车舒适性以及视觉要求来看，应对平曲线长度加以限制。设计速度（kmh）1201008060403020平曲线最小长度（m）200170140100705020各级公路平曲线最小长度各级公路平曲线最小长度 表272)2)小转角时的平曲线长度小转角时的平曲线长度设计速度（kmh）1201008060403020平曲线长度（m）一般值1400 1200 1000 700 500 350 280低限值200170140100705020注：表中的角为路线转角值（），当2时，按=2计算。公路转角等于或小于公路转角等于或小于7时的平曲线长度时的平曲线长度 表表29(三三)圆曲线半径的确定圆曲线半径的确定圆曲线能较好地适应地形变化，并可获得圆滑的线形，使用范围较广且灵活。圆曲线在适应地形的情况下，应尽量选用较大的半径。在确定半径时，应注意以下几点：一般情况下宜采用极限最小半径的48倍或超高为24的圆曲线半径；地形条件受限制时，应采用大于或接近于一般最小半径的圆曲线半径；地形条件特别困难不得已时，方可采用极限最小半径；(三三)圆曲线半径的确定圆曲线半径的确定应同前后线形要素相协调，使之构成连续、均衡的曲线线形；应同纵面线形相配合，应避免小半径曲线与陡坡相重叠；每个弯道半径值的确定，应根据实地的地形、地物、地质、人工构造物及其它条件的要求，用外距、切线长、曲线长、曲线上任意点线位、合成纵坡等控制条件反算，并结合标准综合确定。外距切线交点(四四)圆曲线主点桩号的计算圆曲线主点桩号的计算(四四)圆曲线主点桩号的计算圆曲线主点桩号的计算对于未设置缓和曲线的单圆曲线，其曲线几何要素为（如图28）：图图28 圆曲线要素计算圆曲线要素计算曲线主点桩号计算如下：ZY（桩号）=JD（桩号）TYZ（桩号）=ZY（桩号）+LQZ（桩号）=YZ（桩号）L/2JD（桩号）=QZ（桩号）+J/2(四四)圆曲线主点桩号的计算圆曲线主点桩号的计算对于未设置缓和曲线的单圆曲线，其曲线几何要素为（如图28）：式中：图图28 圆曲线要素计算圆曲线要素计算例2-1某弯道交点桩号为K87+441.41，=2652右，R=300m，由上述公式计算得曲线要素：曲线主点桩号计算：JD K87+441.41 -)T 71.66 ZY=K87+369.75+)L140.67YZ=K87+510.42-)L/270.33QZ=K87+440.09+)J/21.32JD=K87+441.44（校核无误）外距切线交点例2-2已知交点的大地坐标JD0(255.036，165.948)、JD1(264.331，389.444)、JD2(344.233，494.39)、JD3(342.886，635.737)试求交点间直线长度和偏角。偏角=前-后方位角再看象限交点间直线长度四、缓和曲线1.缓和曲线的线形特征缓和曲线的线形特征 缓和曲线是指在直线与圆曲线之间或者半缓和曲线是指在直线与圆曲线之间或者半径相差较大的两个转向相同圆曲线之间设置的径相差较大的两个转向相同圆曲线之间设置的一种曲率连续变化的曲线。从满足行车要求来一种曲率连续变化的曲线。从满足行车要求来看，缓和曲线具有如下线形特征：看，缓和曲线具有如下线形特征：1)符合行车轨迹符合行车轨迹2)线形内部协调、美观线形内部协调、美观3)外部协调、经济外部协调、经济4)测设复杂测设复杂5)缓和曲线具有相似性缓和曲线具有相似性(一一)概述概述2.缓和曲线的作用缓和曲线的作用1)线形缓和2)行车缓和3)超高和加宽缓和(一一)概述概述(一一)概述概述3.缓和曲线形式缓和曲线形式可以作为缓和曲线的有：回旋曲线、三次抛物线、双纽曲线，常用的是回旋曲线。3.缓和曲线的选择汽车由直线驶入圆曲线转弯时，其轨迹上的任一点的曲率半径与其行程l（自转弯开始点算起）成反比，此轨迹方程为回旋曲线方程。因此我国标准规定缓和曲线采用回旋曲线。(二二)设计标准设计标准1.缓和曲线最小长度缓和曲线必须有足够的长度，才不致于使离心加速度增长过快和司机转动方向盘过急，从而保证行车安全、舒适，使线形圆滑顺适。1)1)从控制方向操作的最短时间考虑从控制方向操作的最短时间考虑缓和曲线的长度太短，使驾驶员操作不便，所以应保证驾驶员在缓和曲线上操作有一定的行程时间。缓和曲线的最小长度为：式中：V设计车速(km/h)；设计车速(m/s)；t汽车在缓和曲线上最短行驶时间(s),一般取t=3s2)2)离心加速度变化率应限制在一定范围内离心加速度变化率应限制在一定范围内汽车行驶在缓和曲线上，其离心加速度随缓和曲线曲率变化而变化，如变化过快将会使旅客感受到横向的冲击。缓和曲线上离心加速度的变化率为：式中：V汽车行驶速度(km/h)；R圆曲线半径(m)；汽车在缓和曲线上行驶时间(s)。由上述关系得出缓和曲线长度的计算公式为：（m）离心加速度变化率采用什么值，现在国内尚无资料。参照日本的经验，我国把离心加速度的变化率控制在 之间较为适当。3)从公路超高允许变化率考虑从公路超高允许变化率考虑在缓和曲线段内完成车道边缘的全部超高，并且不得超过允许的超高缓和率。超高缓和所需要的长度按下式计算：根据公路设计车速，按式（232）、（234），即可计算出最小缓和曲线长度。标准规定见表210。城市道路V=8020km/h时，缓和曲线最小长度规定与公路相同。各级公路缓和曲线最小长度各级公路缓和曲线最小长度 表210 设计速度（设计速度（kmh）1201008060403020缓和曲线最小长度（缓和曲线最小长度（m）100857050352520 注：四级公路为超高、加宽缓和段长度。道路线形设计，在确定缓和曲线长度时，除了考虑保证规定的最小长度外，当圆曲线部分按规定需要设置超高时，还应考虑超高缓和段长度的要求，即还要满足。3.缓和曲线的省略在直线和圆曲线间设置缓和曲线后，圆曲线将产生一个内移值 ，当此内移值 与已考虑在车道中的富裕宽度相比很小时，则可将缓和曲线省略。1)直线与圆曲线间缓和曲线的省略四四级级公公路路可可将将直直线线与与圆圆曲曲线线径径相相连连接接，在在圆圆曲曲线线两两端端的的直直线线上上设设置超高缓和段、加宽缓和段置超高缓和段、加宽缓和段。城市道路规范规定当设计速度小于40km/h时，可以省略缓和曲线；大于40km/h时，如半径大于不设缓和曲线的最小圆曲线半径时，缓和曲线可以省略，见表211。设计速度（设计速度（kmh）80605040不设缓和曲线的最小圆曲线半不设缓和曲线的最小圆曲线半径（径（m）20001000700500 城市道路不设缓和曲线的最小圆曲线半径城市道路不设缓和曲线的最小圆曲线半径 表2112)半径不同的圆曲线间缓和曲线的省略小圆半径大于不设超高的圆曲线最小半径时，可以省略缓和曲线。小圆半径大于表212中所列半径，且符合下列条件之一时，均可省略。设计速度（设计速度（kmh）12010080604030临界曲线半径（临界曲线半径（m）2100 1500900500250130小圆曲线按规定设置相当于最小回旋曲线长的回旋线时，其大圆与小圆的内移值之差不超过0.10m。设计速度80km/h时，大圆半径与小圆半径之比小于1.5。设计速度80km/h时，大圆半径与小圆半径之比小于2。复曲线中小圆临界曲线半径复曲线中小圆临界曲线半径 表212