道路勘測(cè)設(shè)計(jì)第三章

1、道路勘測(cè)設(shè)計(jì),主講：王愛(ài)勤,中原工學(xué)院,總學(xué)時(shí)：38學(xué)時(shí),上一講主要內(nèi)容復(fù)習(xí),第二節(jié) 道路設(shè)計(jì)控制要素 一、設(shè)計(jì)車(chē)輛：分為四類(lèi)汽車(chē)外廓尺寸限界即對(duì)汽車(chē)的總高、總寬、總長(zhǎng)的限制規(guī)定二、設(shè)計(jì)車(chē)速（計(jì)算行車(chē)速度）計(jì)算行車(chē)速度的最大值？最低值？計(jì)算行車(chē)速度定義？高速公路哪四檔？平原、微丘區(qū)的各級(jí)公路計(jì)算行車(chē)速度和平均行車(chē)速度？三、交通量,第三章 道路平面設(shè)計(jì),教學(xué)目標(biāo)與要求：了解平面線形基本要素及平面線性幾何； 了解道路直

2、線設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，掌握直線線形應(yīng)用；了解圓曲線、緩和曲線的線性特征，圓曲線、緩和曲線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)；了解平面設(shè)計(jì)的基本原則，掌握平面線形組合類(lèi)型及要求了解行車(chē)視距基本概念，掌握平面視距標(biāo)準(zhǔn)及運(yùn)用；了解平面設(shè)計(jì)成果內(nèi)容，掌握逐樁坐標(biāo)計(jì)算方法。,第三章 道路平面設(shè)計(jì),重   點(diǎn)：1. 直線線形應(yīng)用要求與注意問(wèn)題，直線長(zhǎng)度規(guī)定； 2. 圓曲線半徑計(jì)算方法，最小半徑指標(biāo)確定方法，緩和曲線長(zhǎng)度確定方法；3.平

3、面線形組合類(lèi)型及計(jì)算方法；4.行車(chē)視距概念、標(biāo)準(zhǔn)及要求，逐樁坐標(biāo)計(jì)算方法。,第一節(jié) 平面線性設(shè)計(jì)原理,一、平面線形要素1.平面線形道路是一條三維空間的實(shí)體。它是由路基、路面、橋梁、涵洞、隧道和沿線設(shè)施所組成的線形構(gòu)造物。一般所說(shuō)的路線，是指道路中線的空間位置。中線在水平面上的投影稱(chēng)作路線的平面，路線平面上的形狀及特征稱(chēng)為公路的平面線形。平面線形由直線和曲線所構(gòu)成。2.汽車(chē)行駛軌距的特征及平面線形基本要素 1）汽車(chē)行駛軌跡&#

4、160;   現(xiàn)代道路是供汽車(chē)行駛的，所以研究汽車(chē)行駛規(guī)律是道路設(shè)計(jì)的基本課題，而在路線的平面設(shè)計(jì)中，主要考察汽車(chē)行駛軌跡。只有當(dāng)平面線型與這個(gè)軌跡相符合或相接近時(shí)，才能保證行車(chē)的順適與安全，特別是在高速行駛的情況下，對(duì)行駛軌跡的研究更顯其重要。,第一節(jié) 平面線性設(shè)計(jì)原理,汽車(chē)行駛軌跡在幾何性質(zhì)上有以下特征：    （1）軌跡連續(xù)。這個(gè)軌跡是連續(xù)的和圓滑的，即在任何一點(diǎn)上不出現(xiàn)錯(cuò)頭和破

5、折；    （2）曲率連續(xù)。其曲率是連續(xù)的，即軌跡上任一點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率的值。    （3）曲率變化連續(xù)。其曲率的變化率是連續(xù)的，即軌跡上任一點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率變化率的值。    公路平面線形應(yīng)與汽車(chē)軌跡相擬合。 2）平面線形要素    行駛中的汽車(chē)其導(dǎo)向輪旋轉(zhuǎn)面與車(chē)身縱軸之間有下列三種關(guān)系： &#

6、160;  1．角度為零：   汽車(chē)行駛軌跡線為直線    2．角度為常數(shù)： 圓曲線                    3．角度為變數(shù)： 緩和曲線。    現(xiàn)代

7、道路平面線形正是由上述三種基本線形構(gòu)成的，稱(chēng)為平面線形三要素。,第一節(jié) 平面線性設(shè)計(jì)原理,二.平面線性幾何：1.直線直線的方向用直線的夾角或轉(zhuǎn)角表示,也可用方位角表示.,,,,δ(夾角),Δ(轉(zhuǎn)角),,路線來(lái)向,JDn,JDn+1,JDn-1,δ為兩直線的夾角.Δ為兩直線轉(zhuǎn)角,右轉(zhuǎn)為Δy,左轉(zhuǎn)為Δz. 若JDn-1 JDn方向已知,由轉(zhuǎn)角可求 JDn JDn+1的方向,,,,,,,,,,,,,N,N,N,Θ0,Θ

8、2,Θ1,JD1,JD2,方位角即路線某一直線方向與正北方向的夾角,通常用Θ表示.如JD1與JD2間的方位角用Θ2表示.,直線表達(dá)式及夾角是初中簡(jiǎn)單幾何,大家看一下.不做推導(dǎo).,第一節(jié) 平面線性設(shè)計(jì)原理,2.園曲線坐標(biāo)原點(diǎn)在圓心時(shí),園曲線的直角坐標(biāo)方程;x2+y2=R2坐標(biāo)原點(diǎn)在圓周上任意一點(diǎn)且以通過(guò)該點(diǎn)的切線和該點(diǎn)的垂線分別作為x軸和y軸時(shí),園曲線的直角坐標(biāo)方程;X=Rsinδ Y=R(1-COSδ)3.緩和曲線

9、汽車(chē)行駛的軌跡方程及回旋曲線方程由汽車(chē)行駛軌跡導(dǎo)出的緩和曲線的一般表達(dá)式:C=rl(教材p65)l 由緩和曲線起點(diǎn)到任意點(diǎn)的弧長(zhǎng);r 汽車(chē)重心軌跡的曲率半徑C 參數(shù)1/C=dk/dl; k=1/r,,,,三  汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性,概念： 汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性是指汽車(chē)在行駛過(guò)程中，在外部因素作用下，汽車(chē)尚能保持正常行駛狀態(tài)和方向，不致失去控制而產(chǎn)生滑移、傾覆等現(xiàn)象的能力。 

10、0; 影響因素： 影響汽車(chē)行駛穩(wěn)定性的因素主要有汽車(chē)本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)、駕駛員的操作技術(shù)以及道路與環(huán)境等外部因素的作用。,1．汽車(chē)在平曲線上行駛時(shí)力的平衡,1)離心力汽車(chē)在平曲線上行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力，其作用點(diǎn)在汽車(chē)的重心，方向水平背離圓心。一定質(zhì)量的汽車(chē)其離心力大小與行駛速度平方成正比，而與平曲線半徑成反比，計(jì)算公式為: 式中：F——離心力（N）； R——平曲線半徑（m）； v——

11、汽車(chē)行駛速度（m/s）。2）法向反力離心力對(duì)汽車(chē)在平曲線上行駛的穩(wěn)定性影響很大，它可能使汽車(chē)向外側(cè)滑移或傾覆。為了減小離心力的作用，保證汽車(chē)在平曲線上穩(wěn)定行駛，必須使平曲線上路面做成外側(cè)高、內(nèi)側(cè)低呈單向橫坡的形式，稱(chēng)為橫向超高。汽車(chē)行駛在具有超高的平曲線上時(shí)，其車(chē)重的水平分力可以抵消一部分離心力的作用，其余部分由汽車(chē)輪胎與路面之間的橫向摩阻力與之平衡。,,,,將離心力F與汽車(chē)重力G分解為平行于路面的橫向力X和垂直于路面的豎向力Y，即

12、教材P68式3-35由于路面橫向傾角β一般很小，則sin β ≈tg β=ig，cosα≈1，其中ig稱(chēng)為橫向超高坡度（簡(jiǎn)稱(chēng)超高率），所以橫向力X是汽車(chē)行駛的不穩(wěn)定因素，豎向力是穩(wěn)定因素。就橫向力而言，只從其值的大小是無(wú)法反映不同重量汽車(chē)的穩(wěn)定程度。例如5kN的橫向力若作用在小汽車(chē)上，可能使其產(chǎn)生橫向傾覆的危險(xiǎn)，而作用在重型載重汽車(chē)上則可能是安全的。于是采用橫向力系數(shù)來(lái)衡量穩(wěn)定性程度，其意義為單位車(chē)重的橫向力，即得橫向力系數(shù)計(jì)算式3

13、-40將車(chē)速v(m/s)化成U（km／h），則得式3-41式中：R——平曲線半徑（m）；     μ——橫向力系數(shù)；     U——行車(chē)速度(km／h)；      ig——橫向超高坡度。    式（3-41）表達(dá)了橫向力系數(shù)與車(chē)速、平曲線半徑及超

14、高之間的關(guān)系.μ值愈大，汽車(chē)在平曲線上的穩(wěn)定性愈差。此式對(duì)確定平曲線半徑、超高率以及評(píng)價(jià)汽車(chē)在平曲線上行駛時(shí)的安全性和舒適性有十分重要的意義。,2.橫向傾覆條件分析,汽車(chē)在具有超高的平曲線上行駛時(shí)，由于橫向力的作用，可能使汽車(chē)?yán)@外側(cè)車(chē)輪觸地點(diǎn)產(chǎn)生向外橫向傾覆的危險(xiǎn)，為使汽車(chē)不產(chǎn)生傾覆，必須使傾覆力矩小于或等于由法向力產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩。即：Fy≤Gb/2h兩端除以G， 即：Fy/ G ≤Gb/2hG得汽車(chē)不產(chǎn)生傾覆的穩(wěn)定性條件μ ≤ b

15、/2h結(jié)合式3-41 μ與R和U的關(guān)系利用此式可計(jì)算汽車(chē)在平曲線上行駛時(shí)，不產(chǎn)生橫向傾覆的最小平曲線半徑R或最大允許行駛速度U。,3.橫向滑移條件分析,汽車(chē)在平曲線上行駛時(shí)，因橫向力的存在，可能使汽車(chē)沿橫向力的方向產(chǎn)生橫向滑移。為使汽車(chē)不產(chǎn)生橫向滑移，必須使橫向力小于或等于輪胎和路面之間的橫向附著力，即μ ≤ φh式中： 一橫向附著系數(shù)φh，一般干燥路面為0.4～0.8，潮濕黑色路面0.25～0.4，結(jié)冰積雪為0.2～0.3,第

16、二節(jié)直線設(shè)計(jì),一、直線的線形特征直線在公路和城市道路中使用最為廣泛。因?yàn)閍.兩點(diǎn)之間以直線為最短，一般在定線時(shí)，只要地勢(shì)平坦，無(wú)大的地物障礙，定線人員都首先考慮使用直線。b.加之筆直的道路給人以短捷、直達(dá)的良好印象，在美學(xué)上直線也有其自身的特點(diǎn)。c.汽車(chē)在直線上行駛受力簡(jiǎn)單，方向明確，駕駛操作簡(jiǎn)易。d.從測(cè)設(shè)上看直線只需定出兩點(diǎn)就可方便地測(cè)定方向和距離。,第二節(jié)直線設(shè)計(jì),一、直線的線形特征缺點(diǎn)：過(guò)長(zhǎng)的直線并不好：直線線形大

17、多難于與地形相協(xié)調(diào)，若長(zhǎng)度運(yùn)用不當(dāng)，不僅破壞了線形的連續(xù)性，也不便達(dá)到線形設(shè)計(jì)自身的協(xié)調(diào)。過(guò)長(zhǎng)的直線易使駕駛?cè)烁械絾握{(diào)、疲倦，難以目測(cè)車(chē)間距離，于是產(chǎn)生盡快駛出直線的急燥情緒，一再加速以致超過(guò)規(guī)定車(chē)速許多，這樣很容易導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。所以在運(yùn)用直線線形井決定其長(zhǎng)度時(shí)必須持謹(jǐn)慎態(tài)度，不宜采用過(guò)長(zhǎng)的直線。,第二節(jié)直線設(shè)計(jì),二.直線的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)1.直線最大長(zhǎng)度 不同國(guó)家根據(jù)自身的特點(diǎn)規(guī)定不同:德國(guó):不超過(guò)20υ,υ是設(shè)計(jì)車(chē)速;美國(guó):

18、4.83km;前蘇聯(lián)8km,我國(guó)目前沒(méi)有規(guī)定.2.直線最小長(zhǎng)度 直線長(zhǎng)度很短時(shí),視覺(jué)上易形成反彎,組合線形缺乏連續(xù)性,形成所謂的斷背曲線.因此規(guī)定:當(dāng)設(shè)計(jì)速度≥60km/h時(shí),同向直線最小不小于行車(chē)速度的6倍,設(shè)計(jì)速度≤40km/h時(shí),不得小于3倍. 3．反向曲線間的直線最小長(zhǎng)度    轉(zhuǎn)向相反的兩圓曲線之間，考慮到為設(shè)置超高和加寬緩和段的需要以及駕駛?cè)藛T轉(zhuǎn)向操作的需要如無(wú)緩和曲線時(shí)，宜設(shè)置一

19、定長(zhǎng)度的直線，《規(guī)范》規(guī)定反向曲線間最小直線長(zhǎng)度（以m計(jì)）以不小于行車(chē)速度（以km／h計(jì)）的2倍為宜。若二反向曲線已設(shè)緩和曲線，在受到限制的地點(diǎn)也可將二反向緩和曲線首尾相接。但被連接的二緩和曲線和圓曲線宜滿足一定的條件。,第二節(jié)直線設(shè)計(jì),三、直線設(shè)計(jì)要點(diǎn)1.適用條件:下述路段可采用直線線形：（1）不受地形、地物限制的平坦地區(qū)或山間的開(kāi)闊谷地；（2）市鎮(zhèn)及其近郊，或規(guī)劃方正的農(nóng)耕區(qū)等以直線條為主的地區(qū)；（3）長(zhǎng)的橋梁、隧道等構(gòu)造物

20、路段； （4）路線交叉點(diǎn)及其前后；（5）雙車(chē)道公路提供超車(chē)的路段。,第二節(jié)直線設(shè)計(jì),三、直線設(shè)計(jì)要點(diǎn)2.直線運(yùn)用注意問(wèn)題:直線的最大長(zhǎng)度應(yīng)有所限制。當(dāng)采用長(zhǎng)的直線線形時(shí)，為彌補(bǔ)景觀單調(diào)之缺陷，應(yīng)結(jié)合沿線具體情況采取相應(yīng)的技術(shù)措施并注意下述問(wèn)題： (1)合理利用地形和避免采用長(zhǎng)直線（2）長(zhǎng)直線或長(zhǎng)下坡的盡頭的平曲線，除曲線半徑、超高、視距等必須符合規(guī)定外，還必須采取設(shè)置標(biāo)志、增加路面抗滑能力等安全措施。 （3）在直線上縱坡不

21、宜過(guò)大，因長(zhǎng)直線再加下陡坡更易導(dǎo)致高速度。（4）長(zhǎng)直線與大半徑凹豎曲線組合為宜，這樣可以使生硬呆板的直線得到一些緩和。（5）道路兩側(cè)過(guò)于空曠時(shí)，宜采取植不同樹(shù)種或設(shè)置一定建筑物、雕塑、廣告牌等措施，以改善單調(diào)的景觀。 (6)直線長(zhǎng)度也不宜過(guò)短.滿足最小直線長(zhǎng)度的規(guī)定.,第三節(jié) 園曲線設(shè)計(jì),一、園曲線的線形特征;1.曲率半徑R為常數(shù),測(cè)設(shè)比緩和曲線簡(jiǎn)便;2.每一點(diǎn)都在不斷改變方向,但當(dāng)汽車(chē)速度一定時(shí)離心力是一常量.占用路面寬

22、度多;3.視距條件差,易發(fā)生交通事故4.較大半徑的長(zhǎng)緩園曲線具有線形美觀、順適、行車(chē)舒適等特點(diǎn)，是公路上常采用的線形。,第三節(jié) 園曲線設(shè)計(jì),二、圓曲線的幾何元素各級(jí)公路和城市道路不論轉(zhuǎn)角大小均應(yīng)設(shè)置平曲線，而圓曲線是平曲線中的主要組成部分。路線平面線形中常用的單曲線、復(fù)曲線、雙交點(diǎn)或多交點(diǎn)曲線、虛交點(diǎn)曲線、回頭曲線等中一般均包含了圓曲線。圓曲線具有易與地形相適應(yīng)、可循性好、線形美觀、易于測(cè)設(shè)等優(yōu)點(diǎn)，使用十分普遍。各級(jí)公路當(dāng)曲線

23、半徑大于或等于“不設(shè)緩和曲線的半徑”時(shí)可不設(shè)緩和曲線，所以此類(lèi)彎道的平曲線中只有圓曲線，其幾何元素為：式中：T——切線長(zhǎng)，(m)；      L­­­——曲線長(zhǎng)，（m）；      E——外距，（m）；      J——校正值或稱(chēng)超距，（m）；

24、60;     R——圓曲線半徑，（m）；     α——轉(zhuǎn)角，（度）。,第三節(jié) 園曲線設(shè)計(jì),三、園曲線的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)《路線規(guī)范》和《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的園曲線設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有：園曲線半徑和平曲線長(zhǎng)度兩類(lèi)技術(shù)指標(biāo)：1.圓曲線半徑行駛在曲線上的汽車(chē)由于受離心力作用其穩(wěn)定性受到影響，而離心力的大小又與曲線半徑密切相關(guān)，半徑愈小愈不利，所以在選擇平曲

25、線半徑時(shí)應(yīng)盡可能采用較大的值，只有在地形或其它條件受到限制時(shí)才可使用較小的曲線半徑。為了行車(chē)的安全與舒適，《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了圓曲線半徑在不同情況下的最小值。    由式（3-41）汽車(chē)轉(zhuǎn)彎的橫向穩(wěn)定分析可得平曲線半徑計(jì)算公式：R=v2/127(μ±i)（3-48）      式中：V——計(jì)算行車(chē)速度，（km/h）；    μ

26、——橫向力系數(shù)；與行車(chē)穩(wěn)定性、乘客舒適性、運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性有關(guān) i —— 路面橫坡，無(wú)超高時(shí)為路拱橫坡i1，有超高時(shí)為超高橫坡ih。在指定車(chē)速V下，最小Rmin決定于容許的最大橫向力系數(shù)μmax和該曲線的最大超高ih(max)。對(duì)這些因素討論如下。,第三節(jié) 園曲線設(shè)計(jì),1）．橫向力系數(shù)μ的確定：    橫向力的存在對(duì)行車(chē)產(chǎn)生種種不利影響，μ越大越不利，表現(xiàn)在以下幾方面：  

27、  （1）危及行車(chē)安全    汽車(chē)能在彎道上行駛的基本前提是輪胎不在路面上滑移，這就要求橫向力系數(shù)μ低于輪胎與路面之間所能提供的橫向摩阻系數(shù)f:μ≤f    f與車(chē)速、路面種類(lèi)及狀態(tài)、輪胎狀態(tài)等有關(guān)，一般在干燥路面上約為0.4～0.8，在潮濕的黑色路面上汽車(chē)高速行駛時(shí)，降低到0.25～0.40。路面結(jié)冰和積雪時(shí)，降到0.2以下，在光滑的冰面上可降到0.06（不加

28、防滑鏈）。    （2）增加駕駛操縱的困難    彎道上行駛的汽車(chē)，在橫向力作用下，彈性的輪胎會(huì)產(chǎn)生橫向變形，使輪胎的中間平面與輪跡前進(jìn)方向形成一個(gè)橫向偏移角（圖3-8），其存在增加了汽車(chē)在方向操縱上的困難，特別是車(chē)速較高時(shí)。如果橫向偏移角超過(guò)了5°，一般司機(jī)就不易保持駕駛方向上的穩(wěn)定。,（3）增加燃料消耗和輪胎磨損  μ存在使車(chē)輛的燃油消耗和輪胎磨損

29、增加，下面是實(shí)測(cè)的增加百分比：     橫向力系數(shù)μ   燃料消耗（%） 輪胎磨損（%）          0               

30、60;      100                     100         

31、; 0.05                   105                  

32、;   160          0.10                   110    &#

33、160;                220          0.15          &#

34、160;        115                     300       

35、60;  0.20                   120               

36、0;     390    （4）行旅不舒適    μ值過(guò)大，汽車(chē)不僅不能連續(xù)穩(wěn)定行駛，有時(shí)還需要減速。在曲線半徑小的彎道上司機(jī)要盡量大回轉(zhuǎn)，容易離開(kāi)行車(chē)道發(fā)生事故。這將增加了駕駛者在彎道行駛中的緊張，對(duì)于乘客來(lái)說(shuō)，μ值的增大，同樣感到不舒適，據(jù)試驗(yàn)，乘客隨μ的變化其心理反應(yīng)如下。    當(dāng)μ〈0.10

37、時(shí)，不感到有曲線存在，很平穩(wěn)；  當(dāng)μ= 0.15時(shí)，稍感到有曲線存在，尚平穩(wěn)；  當(dāng)μ= 0.20時(shí)，己感到有曲線存在，稍感不穩(wěn)定；當(dāng)μ= O.35時(shí)，感到有曲線存在，不穩(wěn)定；  當(dāng)μ= 0.40時(shí)，非常不穩(wěn)定，有傾車(chē)的危險(xiǎn)感。綜上所述，μ值的采用關(guān)系到行車(chē)的安全、經(jīng)濟(jì)與舒適。為計(jì)算最小平曲線半徑，應(yīng)考慮各種因素采用一個(gè)舒適的μ值。μ的舒適界限，由0.11到0.16隨行車(chē)速度而變化，設(shè)計(jì)中對(duì)高、

38、低速路可取不同的數(shù)值。,第三節(jié) 園曲線設(shè)計(jì),2）最小半徑的計(jì)算（1）．極限最小半徑是各級(jí)公路按計(jì)算行車(chē)速度行駛的車(chē)輛能保證安全行車(chē)的最小允許半徑。根據(jù)以上所述，橫向力系數(shù)μ視設(shè)計(jì)車(chē)速采用0.10～0.17，最大超高視道路的不同環(huán)境，公路用0.10、0. 08、0.06，城市道路用0.06、0.04、0.02，按式（3-48）計(jì)算得“極限最小半徑”。我國(guó)《標(biāo)準(zhǔn)》和《城規(guī)》中所制定的極限最小半徑是考慮了我國(guó)的具體情況，井參照國(guó)外資料

39、，取適當(dāng)?shù)摩?i，代入公式計(jì)算，將其結(jié)果取整歸納而得出的，見(jiàn)表3-2。極限最小半徑是路線設(shè)計(jì)中的極限值，是在特殊困難的條件下不得己才使用的，一般不輕易采用。 （ 2）．一般最小半徑    是指各級(jí)公路按計(jì)算行車(chē)速度行駛的車(chē)輛能保證安全、舒適行車(chē)的最小允許半徑。    圓曲線的最小半徑，一方面要考慮汽車(chē)在這種半徑的曲線上以設(shè)計(jì)速度或以接近設(shè)計(jì)進(jìn)度行駛時(shí)，旅客有

40、充分的舒適感，另一方面也要注意到在地形比較復(fù)雜的情況下不會(huì)過(guò)多地增加工程量。為此，《標(biāo)準(zhǔn)》和《規(guī)范》規(guī)定了“一般最小半徑”。,第三節(jié) 園曲線設(shè)計(jì),(3)．不設(shè)超高的最小半徑    路面上不設(shè)超高，對(duì)于行駛在曲線外側(cè)車(chē)道上的車(chē)輛來(lái)說(shuō)是“反超高”，其i值應(yīng)為負(fù)，大小與路拱坡度相同。從舒適和安全的角度考慮，μ也應(yīng)取盡可能小的值，以使乘客行駛在曲線上的感覺(jué)與在直線上大致相同的感覺(jué)。我國(guó)《標(biāo)準(zhǔn)》制定的“不設(shè)超高的

41、最小半徑”是取μ=0.035，i=-0.015按式（3-1）計(jì)算取整得來(lái)的。3）圓曲線最大半徑    如前所述，選用圓曲線半徑時(shí)，在與地形等條件相適應(yīng)的前提下應(yīng)盡量采用大半徑，但半徑大到一定程度時(shí)，其幾何性質(zhì)和行車(chē)條件與直線無(wú)太大區(qū)別，容易給駕駛?cè)藛T造成判斷上的錯(cuò)誤反而帶來(lái)不良后果，同時(shí)也無(wú)謂增加計(jì)算和測(cè)量上的麻煩。所以《規(guī)范》規(guī)定圓曲線的最大半在不宜超過(guò)10000m。四、園曲線設(shè)計(jì)要點(diǎn)P75中列出六

42、點(diǎn),第四節(jié) 緩和曲線設(shè)計(jì),緩和曲線是道路平面線形要素之一，它是設(shè)置在直線與圓曲線之間或半徑相差較大的兩個(gè)轉(zhuǎn)向相同的圓曲線之間的一種曲率連續(xù)變化的曲線?！稑?biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，除四級(jí)路可不設(shè)緩和曲線外，其余各級(jí)公路都應(yīng)設(shè)置緩和曲線。在現(xiàn)代高速公路上，有時(shí)緩和曲線所占的比例超過(guò)了直線和圓曲線，成為平面線形的主要組成部分。在城市道路上，緩和曲線也被廣泛地使用。下面就緩和曲線的性質(zhì)、參數(shù)、長(zhǎng)度、設(shè)計(jì)方法等加以討論。一、緩和曲線線形特征和作用1.線形

43、特征:曲率漸變公路線形順適美觀平面線形更為靈活、經(jīng)濟(jì)、合理，線形自由度高計(jì)算測(cè)設(shè)較園曲線復(fù)雜,第四節(jié) 緩和曲線設(shè)計(jì),2、緩和曲線的作用    （1）．曲率連續(xù)變化，便于車(chē)輛行駛    汽車(chē)在轉(zhuǎn)彎行駛的過(guò)程中，存在一條曲率連續(xù)變化的軌跡線，無(wú)論車(chē)速高低這條軌跡線都是客觀存在的，它的形式和長(zhǎng)度則隨行駛速度、曲率半徑和司機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)的快慢而定，在低速行駛時(shí)，司機(jī)尚可利用

44、路面的富余寬度在一定程度上把汽車(chē)保持在車(chē)道范圍之內(nèi)，緩和曲線似乎沒(méi)有必要，但在高速行駛或曲率急變時(shí)，汽車(chē)則有可能超越自己的車(chē)道駛出一條很長(zhǎng)的過(guò)渡性的軌跡線。從安全的角度出發(fā)。有必要設(shè)置一條駕駛者易于遵循的路線，使車(chē)輛在進(jìn)入或離開(kāi)圓曲線時(shí)不致侵入鄰近的車(chē)道。 （2）．離心加速度逐漸變化，旅客感覺(jué)舒適汽車(chē)行駛在曲線上產(chǎn)生離心力，離心力的大小與圓線的曲率成正比。汽車(chē)由直線駛?cè)雸A曲線或由圓曲線駛?cè)胫本€，由于曲率的突變會(huì)使乘客有不舒適的

45、感覺(jué)。所以應(yīng)在曲線不同的兩曲線之間設(shè)置一條過(guò)渡性的曲線以緩和離心度的變化。,第四節(jié) 緩和曲線設(shè)計(jì),（3）．超高橫坡度逐漸變化，行車(chē)更加平穩(wěn)行車(chē)道從直線上的雙坡斷面過(guò)渡到圓曲線上的單坡斷面和由直線上的正常寬度過(guò)渡到圓曲線上的加寬寬度，一般情況下是在緩和曲線長(zhǎng)度內(nèi)完成的，為避免車(chē)輛在這一過(guò)渡行駛中急劇地左右搖擺，并保證路容的美觀，設(shè)置一定長(zhǎng)度的緩和曲線也是必要的。（4）．與圓曲線配合得當(dāng)，增加線形美觀  

46、0; 圓曲線與直線徑相連接，在連接處曲率突變，在視覺(jué)上有不平順的感覺(jué)。設(shè)置緩和曲線以后，線形連續(xù)圓滑，增加線形的美觀。同時(shí)從外觀上看也感到安全，收到顯著效果。3、緩和曲線的設(shè)計(jì)任務(wù)選擇適宜的緩和曲線長(zhǎng)度（或參數(shù)A）及緩和曲線與其他線形的組合形式，確定曲線線位。,第四節(jié) 緩和曲線設(shè)計(jì),二、緩和曲線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)1、緩和曲線最小長(zhǎng)度1）從控制方向操作的最短時(shí)間考慮：Lhmin=vt=ut/3.6(3-49)V——設(shè)計(jì)速度，m/st

47、——汽車(chē)在緩和曲線上最短行駛時(shí)間（s），一般3s2）離心加速度變化率應(yīng)限制在一定范圍ac=a/t=v2/Rt=u3/47RLh式中：U——汽車(chē)行駛速度，km/h R——園曲線半徑，m t——汽車(chē)在緩和曲線上行駛時(shí)間，s緩和曲線長(zhǎng)度計(jì)算式：Lh=u3/47Rac2、緩和曲線的省略：教材P78列出省略的兩種情況3、緩和曲線設(shè)計(jì)要點(diǎn)：教材P78給出三個(gè)要點(diǎn),一、平曲線線形設(shè)計(jì)一般原則

48、 （一）平面線形應(yīng)直捷、連續(xù)、順適，并與地形、地物相適應(yīng)，與周?chē)h(huán)境相協(xié)調(diào) （二）行駛力學(xué)上的要求是基本的，視覺(jué)和心理上的要求對(duì)高速路應(yīng)盡量滿足 高速公路、一級(jí)公路以及設(shè)計(jì)速度≥60km/h的公路，應(yīng)注重立體線形設(shè)計(jì)，盡量做到線形連續(xù)、指標(biāo)均衡、視覺(jué)良好、景觀協(xié)調(diào)、安全舒適。 設(shè)計(jì)速度<40km／h的公路，首先應(yīng)在保證行車(chē)安全的前提下，正確地運(yùn)用平面線形要素最小值。,,第五節(jié) 平面線形設(shè)計(jì),,1．長(zhǎng)直線盡頭不能接

49、以小半徑曲線。特別是在下坡方向的盡頭更要注意。 若由于地形所限小半徑曲線難免時(shí)，中間應(yīng)插入中等曲率的過(guò)渡性曲線，并使縱坡不要過(guò)大。2．高、低標(biāo)準(zhǔn)之間要有過(guò)渡。,（三）保持平面線形的均衡與連貫（技術(shù)指標(biāo)的均衡與連續(xù)性）,,（四）應(yīng)避免連續(xù)急彎的線形 這種線形給駕駛者造成不便，給乘客的舒適也帶來(lái)不良影響。設(shè)計(jì)時(shí)可在曲線間插入足夠長(zhǎng)的直線或回旋線。,（五）平曲線應(yīng)有足夠的長(zhǎng)度,,,,汽車(chē)在公路的任何線形是行駛的時(shí)間均不宜短

50、于3s，以使駕駛操作不顯的過(guò)分緊張。(1)平曲線一般最小長(zhǎng)度為9s行程；(2)平曲線極限最小長(zhǎng)度為6s行程。 (3)偏角小于7°時(shí)的平曲線最小長(zhǎng)度 ：,,,,式中：α——公路偏角，當(dāng)α<2°時(shí)，按α=2°計(jì)算。,二、平面線形要素的組合類(lèi)型,,,,（一）基本型 按直線-回旋線-圓曲線-回旋線-直線的順序組合的線形。 適用場(chǎng)合：交點(diǎn)間距不受限。,,,二、平面線形要素的組合類(lèi)型,,,

51、,計(jì)算方法：由平曲線長(zhǎng)度L=αR+Ls按1：1：1設(shè)計(jì)時(shí)，L=3Ls，則3Ls=αR+Ls故,,,（一）基本型 按直線-回旋線-圓曲線-回旋線-直線的順序組合的線形。 適用場(chǎng)合：交點(diǎn)間距不受限。 從線形的協(xié)調(diào)性出發(fā)，宜將回旋線、圓曲線、回旋線之長(zhǎng)度比設(shè)計(jì)成1：1：1。,（二）S型,兩個(gè)反向圓曲線用兩段回旋線連接的組合。 適用場(chǎng)合：交點(diǎn)間距受限（交點(diǎn)間距較小）。,,,,（二）S型,兩個(gè)反向圓曲線

52、用兩段回旋線連接的組合 適用場(chǎng)合：交點(diǎn)間距受限（交點(diǎn)間距較?。?。 適用條件：,（二）S型,（2）在S型曲線上，兩個(gè)反向回旋線之間不設(shè)直線，是行駛力學(xué)上所希望的。不得已插入直線時(shí)，必須盡量地短，其短直線的長(zhǎng)度或重合段的長(zhǎng)度應(yīng)符合下式：,,式中：l——反向回旋線間短直線或重合段的長(zhǎng)度。,兩個(gè)反向圓曲線用兩段回旋線連接的組合 適用場(chǎng)合：交點(diǎn)間距受限（交點(diǎn)間距較?。?適用條件： （1

53、）S型相鄰兩個(gè)回旋線參數(shù)A1與A2宜相等。當(dāng)采用不同的參數(shù)時(shí)，A1與A2之比應(yīng)小于2.0，有條件時(shí)以小于1.5為宜。,（3）S型兩圓曲線半徑之比不宜過(guò)大，宜為：,式中：R1——大圓半徑（m）； R2——小圓半徑（m）。,,,用一個(gè)回旋線連接兩個(gè)同向圓曲線的組合。 適用場(chǎng)合：交點(diǎn)間距受限（交點(diǎn)間距較?。?,（三）卵型,,,式中：A——回旋線參數(shù)； R2——小圓半徑（m）。 （

54、2）兩圓曲線半徑之比宜在下列界限之內(nèi)：,,（1）卵型上的回旋線參數(shù)A不應(yīng)小于該級(jí)公路關(guān)于回旋線最小參數(shù)的規(guī)定，同時(shí)宜在下列界限之內(nèi)：,,（三）卵型,,,用一個(gè)回旋線連接兩個(gè)同向圓曲線的組合。 適用場(chǎng)合：交點(diǎn)間距受限（交點(diǎn)間距較?。?。 適用條件：,（3）兩圓曲線的間距，宜在下列界限之內(nèi)：,,,,式中：D——兩圓曲線最小間距（m）。,,,在兩個(gè)同向回旋線間不插入圓曲線而徑相銜接的組合。凸型的回旋線的參數(shù)及其連接點(diǎn)的曲率半徑

55、，應(yīng)分別符合容許最小回旋線參數(shù)和圓曲線一般最小半徑的規(guī)定。,（四）凸型,,,,,,,,兩個(gè)以上同向回旋線間在曲率相等處相互連接的線形。兩個(gè)回旋線參數(shù)之比宜為：A2：A1=1：1.5復(fù)臺(tái)型回旋線除了受地形和其它特殊限制的地方外一般很少使用，多出現(xiàn)在互通式立體交叉的匝道線形設(shè)計(jì)中。,（五）復(fù)合型,,,,,,,（六）C型,,,,,,,,同向曲線的兩回旋線在曲率為零處徑相銜接的線形。其連接處的曲率為0，也就是R=?，相當(dāng)于兩基本型的同向曲

56、線中間直線長(zhǎng)度為0。 適用場(chǎng)合：交點(diǎn)間距受限（交點(diǎn)間距較?。?。C型曲線只有在特殊地形條件下方可采用。 適用條件：同卵形曲線。,,,,,,,,,,,例：平原區(qū)某公路有兩個(gè)交點(diǎn)間距為407.54m，JD1=K7+231.38，偏角α1=12°24′20″（左偏），半徑R1=1200m；JD2為右偏，α2=15°32′50″，R2=1000m。要求：按S型曲線計(jì)算Ls1、Ls2長(zhǎng)度，并計(jì)算兩曲線主點(diǎn)里程樁號(hào)。

57、,,,,,,T1,T2,L1,L2,,,,,,,,例：平原區(qū)某公路有兩個(gè)交點(diǎn)間距為407.54m，JD1=K7+231.38，偏角α1=12°24′20″（左偏），半徑R1=1200m；JD2為右偏，α2=15°32′50″，R2=1000m。要求：按S型曲線計(jì)算Ls1、Ls2長(zhǎng)度，并計(jì)算兩曲線主點(diǎn)里程樁號(hào)。,,,,解：（1）計(jì)算確定緩和曲線長(zhǎng)度Ls1、Ls2：令兩曲線的切線長(zhǎng)相當(dāng)，則取T1=407.54/2=2

58、03.77m 按各線形要素長(zhǎng)度1：1：1計(jì)算Ls1： Ls1=αR/2=12.2420×π/180×1200/2=129.91 取Ls1=130m 則經(jīng)計(jì)算得，T1=195.48m,< 407.54/2=203.77m,切線長(zhǎng)度與緩和曲線長(zhǎng)度的增減有近似1/2的關(guān)系， LS1=130+2×8.29=146.58，取Ls1=140m。則計(jì)算得，T1= 200.4

59、9m T2=407.54-T1=407.54-200.49=207.05 按1：1：1計(jì)算Ls2： Ls2=αR/2=15.3250×PI/180×1000/2=135.68計(jì)算切線長(zhǎng)T2得，T2=204.45m 207.05-204.45=2.60 取Ls2=135.68+2×2.60=140.88 計(jì)算得， T2=207.055m 207.05-207.0

60、55=-0.005 取Ls2=140.88-2×0.005=140.87,,,,,,203.77-195.48=8.29，即T1計(jì)算值偏短。,JD1曲線要素及主點(diǎn)里程樁號(hào)計(jì)算,,,,R1=1200 Ls1=140 α1=12.2420T1=200.49 L1=399.82 E1=7.75 J1=1.15JD1= K7+231.38ZH1=K7+030.89HY1=K7+170.89QZ1=K7

61、+230.80YH1=K7+290.71HZ1=K7+430.71,,,,JD2里程樁號(hào)計(jì)算：,JD2 = JD1+ 407.54 - J1= 7231.38 + 407.54 -1.15 = K7 + 637.77,JD2 = JD1+ 交點(diǎn)間距 - J1 = HZ1 + 曲線間直線長(zhǎng)度 + T2,JD2里程樁號(hào)計(jì)算：,JD2曲線要素及主點(diǎn)里程樁號(hào)計(jì)算 T2=207.05 L2=412.22

62、 E2=10.11 J2=1.88 JD2=K7+637.77 ZH2=K7+430.72 HY2=K7+571.59 QZ2=K7+636.83 YH2=K7+702.07 HZ2=K7+842.94,JD2 = K7 + 637.77R2=1000 Ls1=140.87 α2=15.3250,作業(yè)：,平原區(qū)某公路有兩個(gè)交點(diǎn)間距為371.82m，JD1=K15+3

63、85.63，偏角α1=20°19′52″（右偏），半徑R1=700m，JD2為右偏，α2=17°05′32″，R2=850m，試按S型曲線計(jì)算LS1、LS2長(zhǎng)度，并計(jì)算兩曲線主點(diǎn)里程樁號(hào)。,附：非對(duì)稱(chēng)緩和曲線計(jì)算方法,公路平面線形基本要素是由直線、圓曲線和緩和曲線三個(gè)要素構(gòu)成的。 《規(guī)范》規(guī)定，基本型也可使用非對(duì)稱(chēng)的緩和曲線，以適應(yīng)周?chē)匦蔚匚铩?（一）計(jì)算原理 緩和曲線采用的線型一般為回旋線，其性質(zhì)

64、滿足r·l=C（常量）。公路設(shè)計(jì)中定義該常量C為回旋線參數(shù)A，且A2=R·Ls。這樣當(dāng)圓曲線半徑R和緩和曲線長(zhǎng)度Ls確定時(shí)，參數(shù)A就是定值，圓曲線的內(nèi)移值p，也就是定值。,非對(duì)稱(chēng)緩和曲線計(jì)算原理,,,,,,,,,,,,,β2,β,β2,β,,,R,O,（二）采用的測(cè)設(shè)方法,平移圓心 法：平移圓心使圓曲線到兩條切線的距離分別等于兩個(gè)內(nèi)移值，這樣設(shè)計(jì)的平曲線位置相對(duì)于切線是不對(duì)稱(chēng)的。調(diào)整緩和曲線參數(shù)法：保持圓心位置不變

65、而通過(guò)調(diào)整緩和曲線參數(shù)A值來(lái)實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱(chēng)緩和曲線設(shè)計(jì)。,（二）采用的測(cè)設(shè)方法,1.平移圓心 法,,,,,O’,,,,2. 調(diào)整緩和曲線參數(shù)法,按緩和曲線平均插入圓曲線原則設(shè)計(jì)：,,,,,,,,,,,,,β2,β,β2,β,α-2β,,,α-2β2,,,,,R,O,（1）計(jì)算原理設(shè)第一緩和曲線長(zhǎng)度為L(zhǎng)s1，第二緩和曲線長(zhǎng)度為L(zhǎng)s2，且Ls1< Ls2，則緩和曲線參數(shù)：A12 = RLs1，A22 = RLs2,緩和曲線

66、參數(shù)：A12 = RLs1，A22 = RLs2因?yàn)長(zhǎng)s1≠Ls2，所以A1≠A2， p1≠p2， [方法]令p2 = p1，由p2反推緩和曲線參數(shù)A2，再進(jìn)行緩和曲線計(jì)算。,因?yàn)?所以,（2）幾何要素計(jì)算： 上、下半支曲線分別按Ls1和Ls2單獨(dú)計(jì)算。,切線長(zhǎng)：上半支 下半支,曲線總長(zhǎng),曲線長(zhǎng)：上半支 下半支,外 距：,校正值： J=T1+T2-L,習(xí)題