第一篇 第4章 道路线形设计(第1部分).ppt
《第一篇 第4章 道路线形设计(第1部分).ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第一篇 第4章 道路线形设计(第1部分).ppt(127页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、道 路 工 程,徐家钰 程家驹,同济大学出版社,通过本次课的学习,应重点掌握:路线平面、圆曲线最小半径的概念及圆曲线最小半径的选用、缓和曲线的定义、作用及其长度、要素与主点桩号计算。了解横向力系数值的意义及其使用范围。,重点:圆曲线三个最小半径的概念、圆曲线最小半径的选用原则;圆曲线半径的表达式;缓和曲线的定义、作用及其长度计算、要素与主点桩号计算。 难点:圆曲线半径公式的推导;缓和曲线长度、要素与主点桩号计算。,目的要求,重点与难点,第4章 道路线形设计 4-1 道路平面线形,4-1 道路平面线形,道路中线:道路是一种三维空间的结构实体,其中心上各点的连线称作道路中线,它是一条空间曲线。 道
2、路线形:道路中线在空间的立体几何形状。 路线平面:道路中线在水平面上的投影,称为路线的平面。 道路平面线形的组成:直线、曲线(圆曲线、缓和曲线)。,第一篇 道路路线 第4章 道路线形设计,直线,曲线,曲线圆曲线,曲线缓和曲线,一、圆曲线 (一)圆曲线半径的计算公式 1离心力 在圆曲线上行驶的汽车,可以看成是做圆周运动的物体,会受到离心力的作用,如果处于双面横坡的外侧,汽车很有可能因离心力的作用,沿圆曲线的切线方向滑出行车道。,一、圆曲线 (一)圆曲线半径的计算公式 1离心力 为避免这一危险的出现,公路设计中往往在圆曲线处,将路面沿横断面方向做成向内侧倾斜的单向横坡形式。,x,y,x,y,2圆曲
3、线半径公式 1)由受力分析可知,行驶在内侧车道的汽车,在重力G和离心力C的综合作用下:,(1)平行于路面方向的横向力:,(2)垂直于路面方向的竖向力,(3)横向力系数: 将单位车重承受的横向力称为横向力系数,用表示。,所以,将V(单位为km/h)换算为m/s、g=9.8代入得:,2)同理,对于行驶在外侧车道的汽车,在重力G和离心力C的综合作用下:,综合,得:,x,y,(二)横向力系数值的选用 1按汽车行驶稳定性确定值 汽车在弯道上行驶的稳定性,包括横向倾覆稳定性和横向滑移稳定性。 但由于现代汽车在设计时重心都比较低,正常情况下,汽车在平曲线上行驶的倾覆稳定性是可以得到保证的。因而,平曲线设计时
4、主要考虑汽车的是横向滑移稳定,即轮胎不应在路面上发生滑移。为此,要求横向力Y应不大于轮胎与路面间的摩阻力F,即Y F。,摩阻系数因路面与轮胎的状况而异,参见表1-4-1,即,故有,2按行车舒适性确定值 当0.10时,不感到曲线的存在,很平稳。 当=0.15时,稍感到曲线的存在,但尚平稳。 当=0.20时,已感到曲线的存在,乘客略感到不平稳。 当=0.35时,已感到曲线的存在,乘客已感到不平稳。 当=0.40时,感到已非常不稳定,站不住,有要倾倒的危险。,由此可知,从乘客的舒适出发,值最好不超过0.1,最大应不超过0.150.20。,3按燃料消耗和轮胎磨损确定值 由于横向力的影响,行驶在曲线上的
5、汽车比在直线上的燃料消耗和轮胎磨损都要大。 这是因为当汽车在曲线上行驶时,除了要克服行驶阻力外,还要克服横向力对行车的作用,才能使汽车沿着正确的方向行驶,为此增加了燃料的消耗; 与此同时,在曲线上行驶时,横向力的作用使汽车轮胎发生变形,致使轮胎的磨耗也额外增加了。,横向力系数与燃料消耗、轮胎磨损关系表,因此,从汽车营运经济性出发,值以不超过0.10.15为宜。,综上所述,我国公路技术标准把各级公路的横向力系数控制在=0.15以内,以保证公路弯道的行驶条件不过分恶化。,(三)圆曲线最小半径的选用 1三个最小半径: (1)极限最小半径 是各级公路对按计算行车速度行驶的车辆,能保证其安全行车的最小允
6、许半径。 技术标准规定最小极限半径各参数的取值为: i =8 %,=0.10.16。 例:某三级公路,计算行车速度V=40km/h,试计算其极限最小半径。 解:取 i =8 %,f =0.14,则,取整得:R=60m。,(2)一般最小半径 一般最小半径是指通常情况下,各级公路对按计算行车速度行驶的车辆,能保证其安全性和舒适性行车的推荐采用的最小半径。 设置超高时的推荐半径,各参数一般取 i =6 %8 %,=0.050.06。,(3)不设超高的最小半径 是指不必设超高就能满足行车稳定性的最小允许半径。当平曲线半径较大时,离心力影响将变得非常小,仅有路面的摩阻力就可以保证汽车有足够的稳定性,此时
7、就不需要设置超高,而在道路横向上设置与直线段上相同的双向横坡形式。,=-1.5 %-2 %,=0.0350.04。,例:某平原微丘区二级公路,计算行车速度V=80km/h,路面为沥青混凝土,试计算其不设超高的最小半径。 解:取 i =-1.5 %,f =0.035,取整得平原微丘区二级公路不设超高的最小半径=2500m。,各级公路的圆曲线最小半径,城市道路的圆曲线最小半径,2圆曲线半径指标的运用原则 条件许可时,选曲线半径大于或等于不设超高的最小半径。 一般情况时,选曲线半径大于或接近于一般最小半径。 当条件极其困难时,才能选择极限最小半径。 平曲线半径不宜超过10000m。,1. 圆曲线的几
8、何元素 圆曲线具有易与地形相适应、可循性好、线形美观,而且易于测设等优点,使用十分普遍。 圆曲线几何元素为:,(四)圆曲线要素及其里程桩号计算,1. 圆曲线的几何元素,(四)圆曲线要素及其主点里程桩号计算,2. 圆曲线主点里程桩号计算,例 已知交点的里程为k3+182.76,角a=2548,圆曲线半径R=300m,求圆曲线的几何元素及主点里程桩号。,解(1)圆曲线的几何元素,(2)圆曲线主点里程桩号推算,(1)已求: T=68.71m L=135.09m E=7.77m J=2.33m,(计算无误),二、缓和曲线 (一)缓和曲线的作用 汽车从直线进入圆曲线前,驾驶员应逐渐转动方向盘,以改变前轮
9、的转向角,使其适应线形的变化。汽车前轮的逐渐转向是在进入圆曲线前的某一路段内完成的,在这个过程中曲率半径是不断变化的,这一路段就是缓和曲线。,1缓和曲线的概念 缓和曲线是设置在直线与圆曲线之间或半径不同的两个圆曲线之间的曲率半径逐渐变化的线形。,2缓和曲线的作用,(二) 汽车转弯行驶的轨迹 从其作用可以看出,缓和曲线应符合汽车从直线逐渐驶入圆曲线的行驶轨迹,只有满足汽车由直线进入圆曲线的行驶轨迹的线形,才可以作为缓和曲线使用。分析汽车在这一行驶过程中的轨迹线时,首先作以下假定:,(1)汽车作等速行驶,速度为v(m/s); (2)方向盘匀速转动,转动角速度为(rad/s)。 汽车从直线开始,行驶
10、了时间t(s)后,行驶的距离为l(m),当方向盘转动角度 时,前轮相应转动角度为。 则 = K,式中 在t时间后方向盘转动的角度 因为 = t 因此,汽车前轮的转向角为 = kt (rad) 汽车行驶轨迹的曲率半径表示为:, = K,L0,汽车的行驶轨迹曲线半径为:,汽车以v等速行驶,经时间t以后,其行驶距离(弧长)为l :,结论:汽车从直线匀速驶入圆曲线的过程中,其行驶轨迹的弧长与其曲率半径的乘积为一常数。 这一特点与数学上回旋线的性质相符,因此,我国标准规定以回旋线作为缓和曲线。,l = v t (m),在缓和曲线起点 l=0,=; 在HY点或YH点 lLs,R。 则得,A回旋线参数,故有
11、,(三) 缓和曲线长度的计算 1按照离心加速度变化率计算,在等速行驶的情况下:,2驾驶员的操作及反应时间,在汽车从直线进入圆曲线的转向行驶中,驾驶员逐渐把方向盘转动一个角度,这一操作过程需要一定的时间,也就是不能因为车辆在缓和曲线上的行驶时间过短,而致使司机驾驶操作过于匆忙。 一般认为汽车在缓和曲线上的行驶时间至少应有3s,我国现行标准按行驶时间不小于3s的要求制定了各级公路缓和曲线最小长度。 城规中也制定了城市道路的最小缓和曲线长度。,3超高渐变率,在超高过渡段上,由于路面外侧的逐渐抬高, 将在其外侧形成一个附加坡度, 这个附加坡度称为超高渐变率。 当圆曲线上的超高值一定时, 这个附加坡度的
12、大小就取决于缓和段的长度。,式中:B旋转轴至行车道(设路缘带时为路缘带)外侧边缘的宽度; i超高坡度与路拱坡度代数差(%); p 超高渐变率,即旋转轴线与行车道外侧边缘线之间的相对坡度。,4. 视觉条件,从视觉连续性角度出发,希望随着曲线长度的增加,缓和曲线也应相应的增长。特别是当圆曲线半径较大、车速较高时,应该使用较长的缓和曲线。 回旋线参数表达式: A2 = RLs 根据国外经验,当使用回旋线作为缓和曲线时,回旋线参数A和所连接的圆曲线应保持的关系式一般为:R/3AR,在一般情况下存在以下关系式:,5根据平面线形的组合要求LsLyLs=111来确定:,综合:,(四)不设缓和曲线的平曲线半径
13、,插入缓和曲线后,曲线将向圆心方向内移R,该值将随R的增大而减小,当其小到与行车道宽度相比可忽略不计,或小于测量误差时,即可不设缓和曲线。 根据放样精度要求:R=0.2m时,可不设缓和曲线。,当R取0.2,Ls=V/1.2,也即,可计算得R=0.1447V 2,求出各级公路的不设缓和曲线的临界曲线半径。见表1-4-7,P76。,但通常取不设缓和曲线的半径等于不设超高的半径。,(五)缓和曲线要素及主点桩号计算,设置缓和曲线后,圆曲线半径减小,使圆曲线内移R值,与缓和曲线相切。 设置缓和曲线后,圆曲线对应的圆心角将减小到-20 因而设置缓和曲线应满足的条件为:20 。 当=20时, 两条缓和曲线直
14、接相连; 当20时, 不能设置规定的缓和曲线。 设:切线增值为q 、 内移值为R,则有:,内移值,切线长,曲线长,外 距,切曲差,(2)主点里程桩号计算:,ZH = JD Th HY = ZH + Ls YH = HY+L =HY+(Lh-2Ls) HZ = YH + Ls QZ = HZ - Lh/2 JD = QZ +Jh/2(复核),以交点里程桩号JD为起算点:,解:1确定缓和曲线长度 (1)根据离心加速度的变化率计算:,(2)根据驾驶员的操作及反应时间计算:,(m),(m),(3)根据超高渐变率计算: 由表1-3-2可查得:B=7.5m;(P45) 查表得: ;,由表1-4-13可查得
15、: (P82) 根据以上条件,计算可得:,(m),(4)根据视觉条件确定缓和曲线长度:,(5)根据线形组合的要求:,综上,取Ls=80 m70 m,(m),(m),2测设要素计算 圆曲线内移值R与切线增值q,(m),(m),(m),(m),3主点桩号推算:,= K17 +440.74 +80= K17+520.74,= K17+608.73+80= K17+688.73,= K17+688.73 - = K17+564.735,总结主点桩号的步骤: 1确定缓和曲线长度。 2计算曲线要素(要求写出相关计算公式)。 3推算主点桩号(要求写出相关计算公式)。,(六)平曲线的最小长度,汽车在公路的任何
16、线形上行驶的时间均不宜短于3s,以保证驾驶操作不显得过分紧张。 (1)平曲线的极限最小长度为6s行程; (2)平曲线的一般最小长度为9s行程; (3)偏角小于7时的平曲线最小长度 :,由缓和曲线及圆曲线构成的基本型,由两条缓和曲线 构成的凸型,通过本次课的学习,学生应重点掌握:超高的定义、加宽缓和段的定义,超高的设置方法,超高缓和段的长度Lc的计算。熟悉加宽和超高设置的原因。了解加宽值的计算公式与标准、加宽缓和段长度的确定及超高值的计算。,重点:超高的定义、加宽缓和段的定义,超高设置的方法,超高缓和段的长度Lc的计算;加宽和超高设置的原因。 难点:超高缓和段的长度Lc的和超高值的计算。,目的要
17、求,重点与难点,第一篇 道路路线 第4章 道路线形设计 4-2 曲线上的加宽与超高,4-2 曲线上的加宽与超高,一、加宽 (一)平曲线加宽的原因 1汽车在曲线上行驶时,每一个车轮都以不同的半径绕圆心做圆周运动,汽车前、后轮的轨迹不一致。 2由于曲线行车受横向力系数的影响,汽车会出现不同程度的摆动,而摆动幅度与实际行驶的速度有关。 综上,汽车在曲线上行驶时,所占路面宽度比直线上要大。,(二) 路面加宽值的计算 1加宽值的计算公式: 汽车进入圆曲线后,汽车前轮的转向角保持不变,并且汽车各组成部分的轨迹都与公路中心线相平行。,图中:R平曲线半径; A1后轴至前缘之距(汽车轴距加前悬); B车辆宽度;
18、 e1 一个车道的加宽值。,在OCD中: A12 +(R - e1)2 =R 2 展开: A12 + R 2 - 2Re1 + e12= R 2 e1(2R - e1)= A12,,式中,由于e1 远小于2R,略去得:,o,D,C,一个车道的加宽值,若为双车道,则加宽值为,由上式知,加宽值与半径、车轮轴距有关,R越小,A1越大,e1 越大。另外由于车速而产生的汽车摆动也需考虑,根据经验取摆动加宽值为,因此,双车道平曲线的加宽值为:,+,2加宽标准 (1)加宽设置的条件 现行技术标准规定,当R250m时,曲线部分的路面应进行加宽。 (2)加宽的位置 圆曲线路面加宽时,应设置在圆曲线的内侧。路面加
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第一篇 第4章 道路线形设计第1部分 一篇 道路 线形 设计 部分
链接地址:https://www.31doc.com/p-2968127.html