道路平面线形设计1.pptx

第第 5 5 讲讲本讲重点内容：本讲重点内容：1 1、道路平面线形三要素、道路平面线形三要素2 2、圆曲线最小半径的设计选用、圆曲线最小半径的设计选用设计任务：设计任务：1.1.确定中心线，确定中心线，2.2.曲线要素计算曲线要素计算 3.3.平面布置平面布置设计成果：设计成果：1.1.平直曲线表，平直曲线表，2.2.平面设计图，平面设计图，1 1、路、路 线线 道路是一条三维空间的实体。道路是一条三维空间的实体。它它是是由由路路基基、路路面面、桥桥梁梁、涵涵洞洞、隧隧道道和和沿沿线线设设施所组成的线形构造物。施所组成的线形构造物。路线路线：是指道路中线的空间位置。是指道路中线的空间位置。路线平面图：路线平面图：路线在水平面上的投影。路线在水平面上的投影。路线纵断面图：路线纵断面图：沿道路中线的竖向剖面图，再行沿道路中线的竖向剖面图，再行展开即是路线的纵断面。展开即是路线的纵断面。路线横断面图：路线横断面图：道路中线上任意一点的法向切面道路中线上任意一点的法向切面是道路在该点横断面。是道路在该点横断面。3.1 3.1 道路平面线形概述道路平面线形概述 路路线线平平面面设设计计：在在路路线线平平面面图图上上研研究究道道路路的的基基本本走向及线形的过程。走向及线形的过程。路路线线纵纵断断面面设设计计：在在路路线线纵纵断断面面图图上上研研究究道道路路纵纵坡及坡长的过程。坡及坡长的过程。路线横断面设计：路线横断面设计：在路线横断面图上研究路基断在路线横断面图上研究路基断面形状的过程。面形状的过程。路路线线设设计计：指指确确定定路路线线空空间间位位置置和和各各部部分分几几何何尺尺寸寸的工作。的工作。2 2、平面线形设计的基本要求、平面线形设计的基本要求（1 1）轨轨迹迹连连续续。这这个个轨轨迹迹是是连连续续的的和和圆圆滑滑的的，即即在任何一点上下出现错头和破折；在任何一点上下出现错头和破折；（2 2）曲曲率率连连续续。其其曲曲率率是是连连续续的的，即即轨轨迹迹上上任任一一点不出现两个曲率的值。点不出现两个曲率的值。（3 3）曲曲率率变变化化连连续续。其其曲曲率率的的变变化化率率是是连连续续的的，即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。3 3、路线平面线形基本要素、路线平面线形基本要素行行驶驶中中汽汽车车的的导导向向轮轮与与车身纵轴之间的关系：车身纵轴之间的关系：1 1角度为零：角度为零：2 2角度为常数：角度为常数：3 3角度为变数：角度为变数：汽车行驶轨迹线汽车行驶轨迹线曲率为曲率为0 0直线直线曲率为常数曲率为常数圆曲线圆曲线曲曲率率为为变变数数缓缓和和曲曲线线现现代代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基基本本线线形形构构成成的，称为平面线形三要素。的，称为平面线形三要素。路线平面线形基本要素路线平面线形基本要素3.2 3.2 直直 线线一、直线的特点一、直线的特点p 直线距离短，直直线距离短，直捷捷，通视条件好。，通视条件好。p 汽车在直线上行驶受力简单，方向明确，驾驶操作汽车在直线上行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易。简易。p 便于测设。便于测设。p 直直线线线线形形大大多多难难于于与与地地形形相相协协调调，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自身身的协调。的协调。p 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间距离。车间距离。二、直线的运用二、直线的运用(1).1).宜采用直线线形的路段：宜采用直线线形的路段：（1 1）不不受受地地形形、地地物物限限制制的的平平坦坦地地区区或或山山间间的的开开阔阔谷地；谷地；（2 2）市市镇镇及及其其近近郊郊，或或规规划划方方正正的的农农耕耕区区等等以以直直线线条为主的地区；条为主的地区；（3 3）长的桥梁、隧道等构造物路段；）长的桥梁、隧道等构造物路段；（4 4）路线交叉点及其前后；）路线交叉点及其前后；（5 5）双车道公路提供超车的路段。）双车道公路提供超车的路段。（1 1）在在直直线线上上纵纵坡坡不不宜宜过过大大，因因长长直直线线再再加加下下陡陡坡坡更易导致高速度。更易导致高速度。（2 2）长长直直线线与与大大半半径径凹凹竖竖曲曲线线组组合合为为宜宜，这这样样可可以以使生硬呆板的直线得到一些缓和。使生硬呆板的直线得到一些缓和。2.2.当采用长的直线线形时，应注意的问题：当采用长的直线线形时，应注意的问题：2.2.当采用长的直线线形时，应注意的问题当采用长的直线线形时，应注意的问题：（3 3）道道路路两两侧侧过过于于空空旷旷时时，宜宜采采取取植植不不同同树树种种或或设设置置一一定定建建筑筑物物、雕雕塑塑、广广告告牌牌等等措措施施，以以改改善善单单调调的景观。的景观。（4 4）长直线或长下坡的尽头的平曲线，除曲线半径、）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。志、增加路面抗滑能力等安全措施。最最大大直直线线长长度度：目目前前最最大大直直线线长长度度的的量量化化还还是是一一个个需需要要研研究究的的课课题题，目目前前各各国国有有不不同同的的处处理理方方法法，德德国国和和日日本本规规定定20V(20V(单单位位为为米米，V V为为计计算算行行车车速速度度，用用公公里里/小小时时为为单单位位)，美美国国为为180s180s的的行行程程，我我国国对对于于设设计计速速度度大大于于或或等等于于60km/h60km/h的的公公路路最最大大直直线线长长度度为为以以汽汽车车按按设设计计速速度度行行驶驶70s 70s 左右的距离控制，一般直线路段的最左右的距离控制，一般直线路段的最大大长长度度(以以m m 计计)应应控控制制在在设设计计速速度度(以以km/h km/h 计计)的的20 20 倍倍为宜。为宜。3.3.最大直线长度问题：最大直线长度问题：p标标准准规规定定：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。一条公路的直线与曲线的长度设计应合理。制。一条公路的直线与曲线的长度设计应合理。p公公路路线线形形首首先先考考虑虑的的不不是是在在平平面面线线形形上上尽尽量量多多采采用用直直线线，或或者者是是必必须须由由连连续续的的曲曲线线所所构构成成，而而是是必须采用与自然地形相协调的线形必须采用与自然地形相协调的线形。p合理利用地形和避免采用长直线合理利用地形和避免采用长直线。3.3.最大直线长度问题：最大直线长度问题：3.3.最大直线长度问题：最大直线长度问题：同向曲线间最小长度：同向曲线间最小长度：若在同向曲线间插入短直线容若在同向曲线间插入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易产生把直线和两端的曲线看成为反向曲线的错觉,当当直线过短时甚至可能把两个曲线看成一个曲线，容易直线过短时甚至可能把两个曲线看成一个曲线，容易造成司机的判断错误。对于设计速度大于或等于造成司机的判断错误。对于设计速度大于或等于60km/h60km/h的公路，同向曲线之间直线的最小长度的公路，同向曲线之间直线的最小长度(以以m m计计)以不小于设计速度以不小于设计速度(以以km/h km/h 计计)的的6 6倍为宜。倍为宜。4 4、直线的最小长度、直线的最小长度反向曲线间最小长度：反向曲线间最小长度：在转向相反的两个圆曲线之间，如在转向相反的两个圆曲线之间，如果没有设置缓和曲线，考虑到设置超高、加宽缓和段以及果没有设置缓和曲线，考虑到设置超高、加宽缓和段以及驾驶人员转向操作的需要，宜设置一定长度的直线。对于驾驶人员转向操作的需要，宜设置一定长度的直线。对于设计速度大于或等于设计速度大于或等于60km/h60km/h的公路，反向曲线之间的最小的公路，反向曲线之间的最小直线长度直线长度(以以m m 计计)以不小于设计速度以不小于设计速度(以以km/h km/h 计计)的的2 2倍为倍为宜。宜。4 4、直线的最小长度、直线的最小长度 一、圆曲线的几何元素一、圆曲线的几何元素p各各级级公公路路和和城城市市道道路路不不论论转转角角大大小小均均应应设设置置平平曲曲线，而圆曲线是平曲线中的主要组成部分。线，而圆曲线是平曲线中的主要组成部分。p路路线线平平面面线线形形中中常常用用的的单单曲曲线线、复复曲曲线线、双双交交点点或或多多交交点点曲曲线线、虚虚交交点点曲曲线线、回回头头曲曲线线等等中中一一般般均均包含了圆曲线。包含了圆曲线。p圆圆曲曲线线具具有有易易与与地地形形相相适适应应、可可循循性性好好、线线形形美美观、易于测设等优点，使用十分普遍。观、易于测设等优点，使用十分普遍。3.3 圆曲线圆曲线n圆曲线几何元素为：圆曲线几何元素为：计算基点为交点里程桩号，记为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曲线主点里程桩号计算：曲线主点里程桩号计算：XY（一）计算公式与因素（一）计算公式与因素根据汽车行驶在曲线上力的平衡式计算曲线半径：根据汽车行驶在曲线上力的平衡式计算曲线半径：二、圆曲线半径二、圆曲线半径（一）计算公式与因素（一）计算公式与因素根据汽车行驶在曲线上力的平衡式计算曲线半径：根据汽车行驶在曲线上力的平衡式计算曲线半径：式中：式中：V设计速度，（设计速度，（km/h）；）；横向力系数；横向力系数；ih超高横坡度；超高横坡度；i1路面横坡度。路面横坡度。当设超高时当设超高时：不设超高时不设超高时：（1）危及行车安全）危及行车安全 汽汽车车能能在在弯弯道道上上行行驶驶的的基基本本前前提提是是轮轮胎胎不不在在路路面面上上滑滑移移，这这就就要要求求横横向向力力系系数数低低于于轮轮胎胎与与路路面面之之间间所能提供的横向摩阻系数所能提供的横向摩阻系数f:f f与与车车速速、路路面面种种类类及及状状态态、轮轮胎胎状状态态等等有有关关，一一般般在在干干燥燥路路面面上上约约为为0.40.8，在在潮潮湿湿的的黑黑色色路路面面上上汽汽车车高高速速行行驶驶时时，降降低低到到0.250.40。路路面面结结冰冰和和积积雪雪时时，降降到到0.2以以下下，在在光光滑滑的的冰冰面面上上可可降降到到0.06（不加防滑链）。（不加防滑链）。1横向力系数横向力系数对行车的影响及其值的确定：对行车的影响及其值的确定：n（2）增加燃料消耗和轮胎磨损）增加燃料消耗和轮胎磨损n 使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加。使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加。n 横向力系数横向力系数 燃料消耗（燃料消耗（%）轮胎磨损（轮胎磨损（%）n 0 100 100n 0.05 105 160n 0.10 110 220n 0.15 115 300n 0.20 120 390（3）行旅不舒适）行旅不舒适 值的增大，乘车舒适感恶化。值的增大，乘车舒适感恶化。当当0.10时，不感到有曲线存在，很平稳；时，不感到有曲线存在，很平稳；当当=0.15时，稍感到有曲线存在，尚平稳；时，稍感到有曲线存在，尚平稳；当当=0.20时，己感到有曲线存在，稍感不稳定；时，己感到有曲线存在，稍感不稳定；当当=0.35时，感到有曲线存在，不稳定；时，感到有曲线存在，不稳定；当当=0.40时，非常不稳定，有倾车的危险感。时，非常不稳定，有倾车的危险感。的舒适界限，由的舒适界限，由0.11到到0.16随行车速度而变化，设随行车速度而变化，设计中对高、低速路可取不同的数值。计中对高、低速路可取不同的数值。美国美国AASHTO认为认为V 70km/h时时=0.16，V=80 km/h时，时，=0.12是舒适感的界限。是舒适感的界限。标准标准规定：规定：高速公路、一级公路的超高横坡度不应大于高速公路、一级公路的超高横坡度不应大于10%10%，其它各级公路不应大于其它各级公路不应大于8%8%。在积雪冰冻地区，最大超高横坡度不宜大于在积雪冰冻地区，最大超高横坡度不宜大于6%6%。2 2关于最大超高：关于最大超高：ihn标标准准中中规规定定的的最最小小平平曲曲线线半半径径是是汽汽车车在在曲曲线线部部分能安全而又顺适的行驶的条件而确定的。分能安全而又顺适的行驶的条件而确定的。n最最小小平平曲曲线线半半径径的的实实质质是是汽汽车车行行驶驶在在公公路路曲曲线线部部分分时时，所所产产生生的的离离心心力力等等横横向向力力不不超超过过轮轮胎胎与与路路面面的的摩摩阻阻力力所所允允许许的的界界限限，并并使使乘乘车车人人感感觉觉良良好好的的曲曲线线半径值。半径值。（二）最小半径的计算（二）最小半径的计算是是各各级级公公路路按按设设计计速速度度行行驶驶的的车车辆辆能能保保证证安安全全行行车车的最小允许半径。的最小允许半径。1极限最小半径极限最小半径一一般般最最小小半半径径是是指指各各级级公公路路按按设设计计速速度度行行驶驶的的车辆能保证安全、舒适行车的最小允许半径。车辆能保证安全、舒适行车的最小允许半径。2一般最小半径一般最小半径圆曲线半径大于一定数值时，可以不设置超高。圆曲线半径大于一定数值时，可以不设置超高。指指道道路路曲曲线线半半径径较较大大，离离心心力力较较小小时时，汽汽车车沿沿双双向向路路拱拱外外侧侧行行驶驶的的路路面面摩摩擦擦力力足足以以保保证证汽汽车车行行车车安安全全稳定所采用的最小半径。稳定所采用的最小半径。从从行行驶驶的的舒舒适适性性考考虑虑，必必须须把把横横向向力力系系数数控控制制到到最最小值。小值。3不设超高的最小半径不设超高的最小半径4.4.最小半径指标的应用最小半径指标的应用4.最小半径指标的应用最小半径指标的应用（1）公公路路线线形形设设计计时时应应根根据据沿沿线线地地形形等等情情况况，尽尽量量选选用较大半径。在不得已情况下方可使用极限最小半径；用较大半径。在不得已情况下方可使用极限最小半径；（2）当当地地形形条条件件许许可可时时，应应尽尽量量采采用用大大于于一一般般最最小小半半径的值；径的值；（3）有条件时，最好采用不设超高的最小半径。）有条件时，最好采用不设超高的最小半径。（4）选选用用曲曲线线半半径径时时，应应注注意意前前后后线线形形的的协协调调，不不应应突然采用小半径曲线；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。）长直线或线形较好路段，不能采用极限最小半径。（6）从从地地形形条条件件好好的的区区段段进进入入地地形形条条件件较较差差区区段段时时，线形技术指标应逐渐过渡，防止突变。线形技术指标应逐渐过渡，防止突变。（三）圆曲线最大半径（三）圆曲线最大半径选选用用圆圆曲曲线线半半径径时时，在在与与地地形形等等条条件件相相适适应应的的前前提提下应尽量采用大半径。下应尽量采用大半径。但但半半径径大大到到一一定定程程度度时时，其其几几何何性性质质和和行行车车条条件件与与直直线线无无太太大大区区别别，容容易易给给驾驾驶驶人人员员造造成成判判断断上上的的错错误误反反而而带带来来不不良良后后果果，同同时时也也无无谓谓增增加加计计算算和和测测量量上上的的麻烦。麻烦。规范规范规定圆曲线的最大半在不宜超过规定圆曲线的最大半在不宜超过10000m。（四）关于城市道路（四）关于城市道路 与与公公路路不不同同，城城市市道道路路设设计计规规范范提提供供了了设设超超高高最最小小半半径径，设设超超高高推推荐荐半半径径，不不设设超超高高最最小小半半径径以以及及不不设设缓缓和和曲曲线线最最小小半半径径。当当受受地地形形条条件件限限制制时时，可可采采用用设设超超高高推推荐荐半半径径值值；当当地地形形条条件件特特别别困困难难时时，可可采采用用设设超超高最小半径值。高最小半径值。（五）平曲线最小长度（五）平曲线最小长度 汽汽车车在在曲曲线线上上行行驶驶，如如果果曲曲线线很很短短，则则司司机机操操作作频频繁繁，在在高高速速行行车车的的情情况况下下时时不不安安全全的的。具具有有一一定定的的曲曲线线长度是很必要的。长度是很必要的。平曲线的最小长度按下面三个方面考虑：平曲线的最小长度按下面三个方面考虑：p 转向操作所需的最短行程时间（转向操作所需的最短行程时间（6s6s）p 满足离心加速度变化率所要求的曲线长度满足离心加速度变化率所要求的曲线长度p 依视觉的要求确定依视觉的要求确定道路平面线形设计尽可能避免小偏角的情况！道路平面线形设计尽可能避免小偏角的情况！