第三章平面设计.pptx
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1、第第一一节节 概概 述述一一 路线的概念路线的概念1 1线线形形几几何何学学-研研究究道道路路所所在在空空间间曲曲线线的的几几何何特特性性(如如几几何何构构成成,几几何何形形状状,几几何何元元素素关关系系等等)及及各各种种线线形形路路用用特特性性的的一门学科。一门学科。2 2公路平纵横的概念公路平纵横的概念 路线的平面路线的平面-公路的中线在水平面上的投影。公路的中线在水平面上的投影。平平面面图图(plan plan mapmap)-反反应应路路线线在在平平面面上上的的形形状状、位位置、尺寸及走向的图形。置、尺寸及走向的图形。路线的纵断面路线的纵断面-路线的中线在竖直面上的投影。路线的中线在竖
2、直面上的投影。纵纵断断面面图图(vertical vertical profile profile mapmap)-反反应应路路线线在在纵纵断面上的形状、位置、尺寸及起伏的图形。断面上的形状、位置、尺寸及起伏的图形。第1页/共84页第第一一节节 概概 述述3 3路线设计的任务路线设计的任务在在调调查查研研究究掌掌握握大大量量材材料料的的基基础础上上,设设计计出出一一条条有有一一定定技技术标准、满足行车要求、工作费用最省的路线。术标准、满足行车要求、工作费用最省的路线。2 2公路平纵横的概念公路平纵横的概念道路的横断面道路的横断面-沿道路中线上任意一点作的法向剖面。沿道路中线上任意一点作的法向剖
3、面。横横断断面面图图(cross-section cross-section profile profile mapmap)-反反映映道道路路在横断面上的结构、形状、位置、在横断面上的结构、形状、位置、及填挖及填挖尺寸的图形。尺寸的图形。4 4 路线设计的顺序路线设计的顺序 平面设计平面设计 纵断面设计纵断面设计 横断面设计横断面设计第2页/共84页这这个个轨轨迹迹是是连连续续的的和和圆圆滑滑的的,即即在在任任何何一一点点上上不不出出现现错错头和破折。头和破折。其曲率的变化率是连续的,其曲率的变化率是连续的,即轨迹上任一点不出现两个曲率即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。如图变化率的值。如
4、图3333。其曲率是连续的,即轨迹其曲率是连续的,即轨迹上任一点不出现两个曲率的值。上任一点不出现两个曲率的值。如图如图3232所示所示。二平面线形设计的基本要求二平面线形设计的基本要求1 1汽车行驶轨迹汽车行驶轨迹 经经过过大大量量的的观观测测研研究究表表明明,行行驶驶中中的的汽汽车车,其其轨轨迹迹在几何性质上有以下特征:在几何性质上有以下特征:第3页/共84页 现代高等级道路一般采用图现代高等级道路一般采用图3434类型的平面线形。类型的平面线形。直线直线(line)(line);圆曲线圆曲线(circular curve)(circular curve);缓和曲线缓和曲线(transit
5、ion curve)(transition curve)。称之为称之为“平面线形三要素平面线形三要素”。2 2平面线形要素平面线形要素第4页/共84页第二节第二节 直线直线2 2行车方向明确,行驶受力简单,驾驶操作简易。行车方向明确,行驶受力简单,驾驶操作简易。一一直线的线形特点直线的线形特点1 1 路线便捷,两点之间以直线为最短。路线便捷,两点之间以直线为最短。3 3 测设简单,施工容易。测设简单,施工容易。4 4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出直线的急燥情绪,易超车。驶出直线的急燥情绪,易超车
6、。5 5 直线线形大多难于与地形相协调。直线线形大多难于与地形相协调。1 1下述路段可采用直线:下述路段可采用直线:受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地;受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地;市镇及其近郊,或规划方正的农耕区等以直线为条为主的地区;市镇及其近郊,或规划方正的农耕区等以直线为条为主的地区;长大桥梁、隧道等构造物路段;长大桥梁、隧道等构造物路段;路线交叉点及其前后;路线交叉点及其前后;双车道公路提供超车的路段。双车道公路提供超车的路段。二直线的运用二直线的运用 第5页/共84页 2 2 直线的应用直线的应用 直直线线的的最最大大长长度度应应有有所所限限制制。当当采采用用
7、长长的的直直线线线线形形时时,为为弥弥补补景景观观单单调调之缺陷,应结合沿线具体情况采取相应的技术措施并注意下述问题:之缺陷,应结合沿线具体情况采取相应的技术措施并注意下述问题:长直线上纵坡不宜过大,因长直线再加下陡坡行驶更易导致高速度长直线上纵坡不宜过大,因长直线再加下陡坡行驶更易导致高速度 长长直直线线与与大大半半径径凹凹形形竖竖曲曲线线组组合合为为宜宜,可可以以使使生生硬硬呆呆板板的的直直线线得得到到一些缓和一些缓和.第7页/共84页 两两侧侧地地形形过过于于空空旷旷时时,宜宜采采取取种种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、广告牌广告牌等措施,以改善单调的景观
8、。等措施,以改善单调的景观。长长直直线线或或长长下下坡坡尽尽头头的的平平曲曲线线必必须须采采取取设设置置标标志志、增增加加路路面面抗抗滑滑能能力力等安全措施等安全措施 德德国国和和日日本本规规定定直直线线的的最最大大长长度度(以以米米计计)为为2020v v,前前苏苏联联为为8 8kmkm,美美国国为为180180s s行行程程。我我国国地地域域辽辽阔阔,地地形形条条件件在在不不同同的的地地区区有有很很大大的的不不同同,对对直直线线最大长度很难作出统一的规定。最大长度很难作出统一的规定。直直线线的的最最大大长长度度,在在城城镇镇附附近近或或其其他他景景色色有有变变化化的的地地点点大大于于202
9、0V V是是可可以以的的;在景色单调的地点最好控制在在景色单调的地点最好控制在2020V V以内;而在特殊的地理条件下应特殊处理。以内;而在特殊的地理条件下应特殊处理。无无论论是是高高速速公公路路还还是是一一般般公公路路在在任任何何情情况况下下都都要要避避免免追追求求长长直直线线的的错错误误倾倾向。向。3 3“长直线长直线”的量化的量化第8页/共84页 1 1 同向曲线同向曲线(adjacent curve in one directionadjacent curve in one direction)间的直线最小长度间的直线最小长度 互互相相通通视视的的同同向向曲曲线线间间若若插插以以短短直
10、直线线,容容易易产产生生把把直直线线和和两两端端的的曲曲线线看看成成为为反反向向曲曲线线的的错错觉觉,当当直直线线过过短短时时甚甚至至把把两两个个曲曲线线看看成成是是一一个个曲曲线线,这这种种线线形形破破坏坏了了线线形形的的连连续续性性,且且容容易易造造成成驾驾驶驶操操作作的的失失误误,通通常常称称为为断断背背曲曲线线。设设计计中应尽量避免。中应尽量避免。规范推荐同向曲线间的最短直线长度以不小于规范推荐同向曲线间的最短直线长度以不小于6 6v v为宜。为宜。2 2反向反向曲线曲线(reverse curve)(reverse curve)间的直线最小长度间的直线最小长度 转转向向相相反反的的两
11、两圆圆曲曲线线之之间间,考考虑虑到到为为设设置置超超高高和和加加宽宽缓缓和和段段的的需需要要以以及驾驶员转向操作的需要如无缓和曲线时,宜设置一定长度的直线。及驾驶员转向操作的需要如无缓和曲线时,宜设置一定长度的直线。规规范范规规定定反反向向曲曲线线间间最最小小直直线线长长度度(以以m m计计)以以不不小小行行车车速速度度(以以km/hkm/h计)的计)的2 2倍倍为宜。为宜。三直线的最小长度三直线的最小长度第9页/共84页3 3相相邻邻回回头头曲曲线线(turning turning roundround curve)curve)间间的的直直线线最小长度最小长度 回回头头曲曲线线是是指指山山岭
12、岭地地区区公公路路为为克克服服高高差差在在同同一一坡坡面面上上回回头头展展线线时时所所使使用用的的曲曲线线。为为保保证证行行车车安安全全,两两相相邻邻回回头头曲曲线线之之间间,应应争争取取有有较较长长的的距距离离。由由一一个个回回头头曲曲线线的的终终点点至至下下一一个个回回头头曲曲线线起起点点的的距距离离,在在设设计计速速度度为为40km/h40km/h、30km/h30km/h、20km/h20km/h时时,分分别别应应不小于不小于200m200m、150m150m和和100m100m。第10页/共84页第三节第三节 圆曲线圆曲线一圆曲线的线形特征与几何要素一圆曲线的线形特征与几何要素圆曲线
13、具有如下的线形特征:圆曲线具有如下的线形特征:(1 1)曲率半径)曲率半径R R为常数,测设简单;为常数,测设简单;(2 2)较大半径的圆曲线线形美观、顺适,行车舒适;)较大半径的圆曲线线形美观、顺适,行车舒适;(3 3)较小半径的圆曲线内侧视距条件较差;)较小半径的圆曲线内侧视距条件较差;(4 4)受离心力作用相同:)受离心力作用相同:C=GC=Ga aV V2 2/127R/127R。圆曲线的适用条件:圆曲线的适用条件:(1 1)适用于四级公路的曲线设计;)适用于四级公路的曲线设计;(2 2)其它各级公路,当选取的平曲线半径大于或等)其它各级公路,当选取的平曲线半径大于或等于不设超高的最小
14、平曲线半径时,可以设置圆曲线。于不设超高的最小平曲线半径时,可以设置圆曲线。第11页/共84页第三节第三节 圆曲线圆曲线圆曲线的几何要素见图圆曲线的几何要素见图3737所示:所示:T第12页/共84页1 1确定半径的理论依据确定半径的理论依据二圆曲线半径(curve radiuscurve radius)的选择 1 1确定半径的理论依据确定半径的理论依据2最小半径的计算最小半径的计算3圆曲线最大半径圆曲线最大半径横向力系数横向力系数的确定的确定行车安全行车安全 要求横向力系数低于轮胎与路面之间所能提供的横向摩阻系数f:f(32)增加驾驶操纵的困难 轮胎产生横向变形,增加了汽车在方向操纵上的困难
15、。增加燃料消耗和轮胎磨损 的存在使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加。行旅不舒适值值过过大大,增增加加了了驾驾驶驶者者在在弯弯道道行行驶驶中中的的紧紧张张。对对于于乘乘客客来来说说,值值的的增增大大,同样感到不舒适,乘客随同样感到不舒适,乘客随的变化其心理反应如下。的变化其心理反应如下。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,已感到有曲线存在,稍感不稳定;时,已感到有曲线存在,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
16、不稳定,有倾车的危险感。时,非常不稳定,有倾车的危险感。综综上上所所述述,值值的的采采用用关关系系到到行行车车的的安安全全、经经济济与与舒舒适适。为为计计算算最最小小平平曲曲线线半半径径,应应考考虑虑各各方方面面因因素素采采用用一一个个舒舒适适的的值值。研研究究指指出出:设设计计中中对对高高、低低速速路可取不同的数值。路可取不同的数值。1 1确定半径的理论依据确定半径的理论依据第13页/共84页1 1确定半径的理论依据确定半径的理论依据二曲线半径二曲线半径1 1确定半径的理论依据确定半径的理论依据2最小半径的计算最小半径的计算3圆曲线最大半径圆曲线最大半径.关于最大超高关于最大超高 考虑慢车甚
17、至因故停在弯道上的车辆,其离心力接近0,或者等于0。因此 (33)fw 一年中气候恶劣季节路面的横向摩阻力系数。各级公路圆曲线部分最大超高值各级公路圆曲线部分最大超高值 表表3131公路等级高速公路一二二三四一般地区(%)108积雪冰冻地区(%)6 城市道路最大超高值城市道路最大超高值 表表3232计算行车速度(km/h)8060,5040,30,20最大超高横坡度(%)6421 1确定半径的理论依据确定半径的理论依据第14页/共84页二曲线半径1 1确定半径的理论依据确定半径的理论依据2最小半径的计算最小半径的计算3圆曲线最大半径圆曲线最大半径1 1确定半径的理论依据确定半径的理论依据2最小
18、半径的计算最小半径的计算极限最小半径极限最小半径 横向力系数视设计车速采用0.100.16,最大超高视道路的不同环境,公路用0.10、0.08、0.06,城市道路用0.06、0.04、0.022最小半径的计算最小半径的计算一般最小半径一般最小半径 考虑汽车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 注意到以在地形比较复杂的情况下不会过多地增加工程量。这种半径是全线绝大多数情况下可采用的半径,约为极限最小半径的1.52.0倍。“一般最小半径”,其值和ih(max).的取值见表33。车速(km/h)1201008060504030200.050.050.060.060.060.060.0
19、50.05ih(max).0.060.060.070.080.070.070.060.06一般最小半径”,其值和ih(max).的取值 表33。不设超高的最小半径不设超高的最小半径我国标准所制定的“不设超高的最小半径”是取=0.035,ih(max=0.015按式(31)计算取整得来的。表3-4各级公路最小平曲线半径公路等级高速公路一二三四计算行车速度(km/h)120100806010060804060304020极限最小半径(m)65040025012540012525060125306015一般最小半径(m)10007004002007002004001002006510030不设超高最
20、小半径(m)550040002500150040001500250060015003506001503 3圆曲线最大半径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下应应尽尽量量采采用用大大半半径径,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员员造造成成判判断断上上的的错错误误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的麻烦。上的麻烦。所以规范规定圆曲线的最大半径不宜超过所以规范规定圆曲线的最大半径不宜超过
21、1000010000m m。3圆曲线最大半径圆曲线最大半径第15页/共84页二曲线半径二曲线半径1 1确定半径的理论依据确定半径的理论依据2最小半径的计算最小半径的计算3圆曲线最大半径圆曲线最大半径1 1确定半径的理论依据确定半径的理论依据2最小半径的计算最小半径的计算3圆曲线最大半径圆曲线最大半径1 1确定半径的理论依据确定半径的理论依据2最小半径的计算最小半径的计算3圆曲线最大半径圆曲线最大半径极限最小半径极限最小半径一般最小半径一般最小半径不设超高的最小半径不设超高的最小半径10000米小结第16页/共84页三圆曲线设计与计算(三圆曲线设计与计算(curve curve designin
22、gdesigning)1.1.圆曲线半径圆曲线半径R R的选用的选用 通常情况下,应结合曲线所在的实际地形、地物、人通常情况下,应结合曲线所在的实际地形、地物、人工构造物以及其它条件,按照技术标准的要求,用地形或工构造物以及其它条件,按照技术标准的要求,用地形或地物所能提供的外距或切线长控制条件来反算圆曲线的半地物所能提供的外距或切线长控制条件来反算圆曲线的半径径R R。用外距用外距E E来反算来反算R R的计算公式为:的计算公式为:用切线长用切线长T T来反算来反算R R的计算公式为:的计算公式为:第17页/共84页2.JD及圆曲线主点桩桩号的计算JD桩号是确定道路中心线里程桩号的基本依据。
23、JD桩号应依据JD间的距离和曲线要素加以计算确定,且要书写规范。圆曲线主点桩桩号的计算应依据相应JD桩的桩号和圆曲线要素进行计算:JD -T ZY QZ 校核 +L +D/2 YZ JD -L/2 QZ第18页/共84页3.3.圆曲线的设计与计算圆曲线的设计与计算例1:北方某三级公路(V=30km/h)平面定线的JD1212如图所示,JD1212=K9+123.45,1212=271024,在弯道内侧有一古建筑不能迁移,基座离JD1212的距离为l=30.25m,拟在JD1212与古建筑之间设置弯道,公路路基宽度为B=7.50m,要求路基边缘离开基座至少10m,试合理选定该平曲线半径,计算平曲
24、线要素和里程桩号,并说明平曲线上各桩号的测设方法。JD1212=K9+123.45 1212=271024 l=30.25m l=30.25m 古建筑古建筑第19页/共84页解:解:(1 1)平曲线半径的选择)平曲线半径的选择标准规定:三级公路标准规定:三级公路V=30km/hV=30km/h极限最小平曲线半径极限最小平曲线半径R Rminmin30m30m,一般最小平曲线半径,一般最小平曲线半径R Rminmin65m65m,不设超高的最,不设超高的最小平曲线半径小平曲线半径R Rminmin350m350m。由提设条件可知,该平曲线半径的选择应根据弯道所提供由提设条件可知,该平曲线半径的选
25、择应根据弯道所提供的地形、地物条件,用外距来加以控制确定。的地形、地物条件,用外距来加以控制确定。地形提供的最大外距地形提供的最大外距E Emaxmaxl-10-B/2=16.5ml-10-B/2=16.5m。由由E=R(secE=R(sec/2-1/2-1)得到得到R RmaxmaxE Emaxmax/(sec/2-1)=573.12m/(sec/2-1)=573.12m。设计取设计取R=550mR=550m,此时切线长,此时切线长T=Rtg/2=132.92mT=Rtg/2=132.92m。要保证路基边线不影响古建筑,除了在外距方向满足基本要保证路基边线不影响古建筑,除了在外距方向满足基本
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