道路勘测设计第三章_平面设计.pptx
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1、第一节 概 述一、路线的相关概念 道路:一条三维空间的实体,是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道等组成的空间带状构造物。路线:道路中线的空间位置。线形:道路中心线的立体形状。路线平面:路线在水平面上的投影。路线纵断面:沿中线竖直剖切再行展开的断面(展开是指展开平面、纵坡不变)。路线横断面:中线上任一点的法向切面。路线设计:确定路线空间位置和各部分的几何尺寸。第1页/共113页n 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。n 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
2、及坡长的过程。n 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。第2页/共113页 第3页/共113页二、平面线形设计的基本要求二、平面线形设计的基本要求n行驶中汽车的轨迹的几何特征:行驶中汽车的轨迹的几何特征:n(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;(一)汽车行驶轨迹(一)汽车行驶轨迹第4页/共113页n(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
3、值。第5页/共113页n(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。第6页/共113页二、汽车行驶轨迹与道路平面线形二、汽车行驶轨迹与道路平面线形(一)汽车行驶轨迹 行驶中的汽车其重心的轨迹在几何性质上有以下特征:轨迹是连续的、圆滑的,任一点不出现错头和破折。曲率是连续的,任一点不出现两个曲率值。曲率变化是连续的,任一点不出现两个曲率变化率值。第7页/共113页 直线圆直线:不满足第二、三条性质,但满足第一条要求,满足了车辆的直行和转向要求,可作为低等级山区道路采用。第8页/共
4、113页直缓圆缓直:为满足第二条要求,在直线与圆曲线间引入了一条曲率逐渐变化的“缓和曲线”,使整条线形符合汽车行驶轨迹特性的第一条和二条,保持了线形的曲率连续。它不满足第三条要求,不是最理想的,但与汽车行驶轨迹接近,国内外普遍采用。第9页/共113页 平面线形三要素:直线、圆曲线和缓和曲线。道路平面线形设计,是根据汽车行驶的力学性质和行驶轨迹要求,合理地确定各线形要素的几何参数,保持线形的连续性和均衡性,避免采用长直线,并注意使线形与地形、地物、环境和景观等协调。对于车速较高的道路,线形设计还应考虑汽车行驶美学及驾驶员视觉和心理上的要求。(二)平面线形要素第10页/共113页第二节第二节 直直
5、线线一、直线的特点 优点u两点之间距离最短。u具有短捷、直达的印象。u行驶受力简单,方向明确,驾驶操作简易。u测设简单方便(用简单的就可以精确量 距、放样等)。u在直线上设构造物更具经济性。第11页/共113页 缺点u直线单一无变化,与地形及线形自身难以协 调。u过长的直线在交通量不大且景观缺乏变化时,易使驾驶人员感到单调、疲倦。u在直线纵坡路段,易错误估计车间距离、行车 速度及上坡坡度。u易对长直线估计得过短或产生急躁情绪,超速 行驶。第12页/共113页 采用直线线形时必须注意线形与地形的关系,在运用直线线形并决定其长度时,必须慎重考虑,一般不宜采用长直线。u路线完全不受地形、地物限制的平
6、坦地区或山间的宽阔河谷 地带;u城镇及其近郊道路,或以直线为主体进行规划的地区;u长大桥梁、隧道等构造物路段;u路线交叉点及其附近;u双车道公路提供超车的路段。二、直线的运用第13页/共113页n(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更易导致高速度。坡更易导致高速度。n(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,这这样样可可以使生硬呆板的直线得到一些缓和。以使生硬呆板的直线得到一些缓和。n2.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:第14页/共113页n2.当采用长的直线线形时,应注意的问题当采用
7、长的直线线形时,应注意的问题:n(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的景观。调的景观。n(4)长直线或长下坡的尽头的平曲线,除曲线半)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。置标志、增加路面抗滑能力等安全措施。n(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更易导致高速度。坡更易导致高速度。n(2)长长直直线线与
8、与大大半半径径凹凹竖竖曲曲线线组组合合为为宜宜,这这样样可可以使生硬呆板的直线得到一些缓和。以使生硬呆板的直线得到一些缓和。第15页/共113页四、直线的最大长度和最小长四、直线的最大长度和最小长度度1直线的最大长度 我国标准和规范对直线的最大长度没有具体的规定,但原则规定直线的最大长度应有所限制,尽量避免长直线。最大长度主要应根据驾驶员的视觉反应及心理上的承受能力来确定。一般认为:直线的最大长度在城镇附近或其他景色有变化的地点大于20V20V是可以接受的;在景色单调的地点最好控制在20V20V以内;而在特殊的地理条件下应特殊处理。第16页/共113页当直线长度大于1km1km时,可采用下列技
9、术措施予以弥补:u纵坡不应过大,一般应小于3%3%。u同大半径凹型竖曲线结合为宜。u两侧地形过于空旷时,宜采取栽植不同树种或设置 一定建筑物等措施。u长直线或长下坡尽头的平曲线,应对路面超高、停 车视距等进行检验,必要时须采用设置标志、增加 路面抗滑能力等安全措施。第17页/共113页 相邻两曲线之间应有一定长度的直线,这个直线是指前一曲线的终点(HZHZ或YZYZ)到后一曲线的起点(ZHZH或ZYZY)之间的长度。(1 1)同向曲线间的直线最小长度 同向曲线:是指两个转向相同的相邻曲线之间连以直线而形成的平面线形。断背曲线:同向曲线间连以短的直线。2直线的最小长度第18页/共113页第19页
10、/共113页断背曲线的错觉 当直线较短时,在视觉上容易形成直线与两端曲线构成反弯的错觉;当直线过短甚至把两个曲线看成是一个曲线。危害:破坏了线形的连续性,造成驾驶操作失误,应尽量避免。解决办法:因为是视觉上的判断错觉,最好的办法是在两同向曲线间插入长的直线段,让驾驶员在前一个曲线上看不到下一个曲线。第20页/共113页规范规定:当设计速度60km/h60km/h时,同向曲线间的直线最小长度(以m m计)以不小于设计速度(以km/hkm/h计)的6 6倍为宜;当地形条件及其它特殊情况限制时,最小直线长度不得小于设计速度(以km/hkm/h计)的3 3倍。对于设计速度40km/h40km/h时,参
11、考执行即可。在受到条件限制时,宜将同向曲线改为大半径曲线或将两曲线作成复曲线、卵形曲线或C C形曲线。第21页/共113页(2 2)反向曲线间直线的最小长度)反向曲线间直线的最小长度 反向曲线:两个转向相反的相邻曲线之间连以直线所形成的平面线形。对反向曲线间直线最小长度的规定,主要考虑考虑到其超高和加宽缓和的需要,以及驾驶人员操作的方便。第22页/共113页规范规定:当设计速度60km/h60km/h时,反向曲线间直线最小长度(以m m计)以不小于设计速度(以km/hkm/h计)的2 2倍为宜。当设计速度40km/h40km/h时,可参照上述规定执行。当直线两端设置有缓和曲线时,也可以直接相连
12、,构成S S型曲线。第23页/共113页 第三节第三节 圆曲线圆曲线 一、圆曲线的特点一、圆曲线的特点 各级公路和城市道路不论转角大小均应设置圆曲线。圆曲线作为公路平面线形具有以下主要特点:u曲率1/R=常数,测设和计算简单;u比直线更能适应地形的变化;u在圆曲线上行驶要受到离心力的作用;u要比在直线上行驶多占用道路宽度;u在小半径的圆曲线内侧行驶时,视距条件较差。第24页/共113页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JD,ZY=JD-T YZ=ZY+L QZ=ZY+L/2 JD=QZ+J/2第25页/共113页n 计算基点为交点里程桩号,记为计算基点为交点里程
13、桩号,记为JDJD,n ZY=JD-TZY=JD-Tn YZ=ZY+L YZ=ZY+Ln QZ=ZY+L/2 QZ=ZY+L/2n JD=QZ+J/2 JD=QZ+J/2n曲线主点里程桩号计算:曲线主点里程桩号计算:第26页/共113页XY(一)计算公式与因素(一)计算公式与因素n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:三、圆曲线半径及圆曲线长度第27页/共113页n(一)计算公式与因素(一)计算公式与因素n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:n式中:式中:V计算行车速度,(计算行车速度,(km
14、/h););n 横向力系数;横向力系数;n ih超高横坡度;超高横坡度;n i1路面横坡度。路面横坡度。n当设超高时当设超高时:第28页/共113页n(1 1)危及行车安全)危及行车安全n 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所能提供的横向摩阻系数间所能提供的横向摩阻系数f:f:n f fn 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0.40.40.80.8,在在潮潮湿湿的的黑黑色色路路
15、面面上上汽汽车车高高速速行行驶驶时时,降降低低到到0.250.250.400.40。路路面面结结冰冰和和积积雪雪时时,降降到到0.20.2以以下下,在在光光滑滑的的冰冰面面上上可可降降到到0.060.06(不加防滑链)。(不加防滑链)。1 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:第29页/共113页(2 2)增加驾驶操纵的困难n弯弯道道上上行行驶驶的的汽汽车车,在在横横向向力力作作用用下下,弹弹性性的的轮轮胎胎会会产产生生横横向向变变形形,使使轮轮胎胎的的中中间间平平面面与与轮轮迹迹前前进方向形成一个横向偏移角。进方向形成一个横向偏移角。第30页/共113页n
16、(3 3)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 横横向向力力系系数数 燃燃料料消消耗耗(%)轮轮胎胎磨磨损损(%)n 0 100 1000 100 100n 0.05 105 160 0.05 105 160n 0.10 110 220 0.10 110 220n 0.15 115 300 0.15 115 300n 0.20 120 390 0.20 120 390第31页/共113页(4 4)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0.100.10时,不感到有曲线存在,很
17、平稳;时,不感到有曲线存在,很平稳;当当=0.15=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=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=O.35=O.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=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AASHTOAASHTO认为认为V 70km/hV 70km
18、/h时时=0.16=0.16,V=80 km/hV=80 km/h时,时,=0.12=0.12是舒适感的界限。是舒适感的界限。第32页/共113页 2 2关于最大超高 (1 1)要考虑车辆组成 在混合交通的道路上,要同时顾及快、慢车,快车超高宜大,慢车超高宜小。(2 2)要考虑气候因素 慢车及停在弯道上的车辆在不利季节情况要能避免沿路面最大合成坡度下滑。(一年中气候恶劣季节路面的横向摩阻系数)(3 3)要考虑驾驶者和乘客以心理上的安全感 对重山区、城市附近、交叉口以及有相当数量非机动车行驶的道路,最大超高还要比一般道路小些。第33页/共113页标准标准规定:规定:高速公路、一级公路的超高横坡度
19、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:第34页/共113页 标准根据不同横向摩阻系数值,对于不同等级的公路规定了极限最小半径、一般最小半径和不设超高的最小半径三个最小半径。1 1极限最小半径 定义:指各级公路在采用允许最大超高和允许的横向摩阻系数情况下,能保证汽车安全行驶的最小半径。强调说明:极限最小半径是路线设计中的极限值,是在特殊困难条件下不得已才使用的,一般不轻易采用。(二)最小半径的计算第35页/
20、共113页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)最小半径的计算第36页/共113页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
21、最小允许半径。的最小允许半径。1 1极限最小半径极限最小半径第37页/共113页一般最小半径是指各级公路按设计速度行驶的车辆能保证安全、舒适行车的最小允许半径。2 2一般最小半径一般最小半径第38页/共113页圆曲线半径大于一定数值时,可以不设置超高,而允许设置等于直线路段路拱的反超高。从行驶的舒适性考虑,必须把横向力系数控制到最小值。3 3不设超高的最小半径不设超高的最小半径第39页/共113页4.4.最小半径指标的应用最小半径指标的应用第40页/共113页4.4.最小半径指标的应用最小半径指标的应用(1 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
22、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 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 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 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 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 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
23、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。第41页/共113页 定义:指各级公路在采用允许最大超高和允许的横向摩阻系数情况下,能保证汽车安全行驶的最小半径。标准中计算一般最小半径时:适用:一般最小半径是在通常情况下推荐采用的最小半径。一方面考虑了汽车在这种曲线上以设计速度或以接近设计速度行驶时,旅客有充分的舒适感;另一方面考虑到在地形比较复杂的情况下不会过多增加工程量。2一般最小半径第42页/共113页 3 3不设超高的最小半径 定义:指平曲线半径较大,离心力较小时,汽车沿双向路拱(不设超高)外侧行驶的路面摩阻力足以保证汽车行驶安全稳定所采用的最小半径。
24、路面不设超高。,=0.0350.040=0.0400.050第43页/共113页 (三)圆曲线半径的运用 1.1.在适应地形的情况下应选用较大的曲线半径。2.2.在确定圆曲线半径时,应注意:u一般情况下宜采用最小平曲线半径的4 48 8倍,或不设超高 2%2%4%4%的圆曲线半径。u地形条件受限制时,应采用大于或接近于圆曲线最小半 径的“一般值”。u地形条件特殊困难而不得已时,方可采用圆曲线最小半 径的“最小值”。u应同前后线形要素相协调,使之构成连续、均衡的曲线 线形。u应同纵面线形相配合,必须避免小半径曲线与陡坡相重 合。u选用曲线半径时,最大半径值一般不应超过10000m10000m为
25、宜。第44页/共113页第四节第四节 缓和曲线缓和曲线 缓和曲线是道路平面线形三要素之一。缓和曲线:设置在直线和圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线。规范规定:除四级公路外的其它各级公路都应设置缓和曲线,另外,当圆曲线半径大于“不设超高的最小半径”时可省略缓和曲线。第45页/共113页第46页/共113页n 一、缓和曲线的作用与性质一、缓和曲线的作用与性质n (一)缓和曲线的作用(一)缓和曲线的作用n 1 1曲率连续变化,便于车辆行驶曲率连续变化,便于车辆行驶n 2离心加速度逐渐变化,旅客感觉舒适离心加速度逐渐变化,旅客感觉舒适n 3超高横坡度逐渐变化,行
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