1、第二章 平面設(shè)計(jì),2.1 概述 2.2 直線 2.3汽車行駛的橫向穩(wěn)定性與圓曲線 2.4 緩和曲線 2.5 平面線形設(shè)計(jì) 2.6 道路平面設(shè)計(jì)成果 需進(jìn)一步研究的問題,一、路 線 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。 路線：是指道路中線的空間位置。 路線平面圖：路線在水平面上的投影。 路線縱斷面圖：沿道路中線的豎向剖面圖，再行展開即是路線的縱斷面。 路線橫斷面圖：道路中線上任意一點(diǎn)的法向切面是道路在該點(diǎn)橫斷面。,第一節(jié) 道路平面線形概述,待續(xù),路線平面設(shè)計(jì)：在路線平面圖上研究道路的基本走向及線形的過程。 路線縱斷面設(shè)計(jì)：在路線縱斷面圖上研

2、究道路縱坡及坡長(zhǎng)的過程。 路線橫斷面設(shè)計(jì)：在路線橫斷面圖上研究路基斷面形狀的過程。,路線設(shè)計(jì)：指確定路線空間位置和各部分幾何尺寸的工作。,二、平面線形設(shè)計(jì)的基本要求,行駛中汽車的軌跡的幾何特征： （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)上下出現(xiàn)錯(cuò)頭和破折；,（一）汽車行駛軌跡,（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。,（二）平面線形要素,行駛中汽車的導(dǎo)向輪與車身縱軸之間的關(guān)系： 1角度為零： 2角度為常數(shù)： 3角度為變數(shù)：,汽車行駛軌跡線 曲率為0直線 曲率為常數(shù)圓曲線

3、 曲率為變數(shù)緩和曲線,現(xiàn)代道路平面線形正是由上述三種基本線形構(gòu)成的，稱為平面線形三要素。 本章討論的內(nèi)容三要素之間的合理組合與配置。,BACK,第二節(jié) 直線,一、直線的特點(diǎn),直線距離短，直捷，通視條件好。 汽車在直線上行駛受力簡(jiǎn)單，方向明確，駕駛操作簡(jiǎn)易。 便于測(cè)設(shè)。 直線線形大多難于與地形相協(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)。 過長(zhǎng)的直線易使駕駛?cè)烁械絾握{(diào)、疲倦，難以目測(cè)車間距離。,二、直線的運(yùn)用,1. 宜采用直線線形的路段： （1）不受地形、地物限制的平坦地區(qū)或山間的開闊谷地； （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

4、橋梁、隧道等構(gòu)造物路段； （4）路線交叉點(diǎn)及其前后； （5）雙車道公路提供超車的路段。,（1）在直線上縱坡不宜過大，因長(zhǎng)直線再加下陡坡更易導(dǎo)致高速度。 （2）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。,2. 當(dāng)采用長(zhǎng)的直線線形時(shí)，應(yīng)注意的問題：,待續(xù),2. 當(dāng)采用長(zhǎng)的直線線形時(shí)，應(yīng)注意的問題：,（3）道路兩側(cè)過于空曠時(shí)，宜采取植不同樹種或設(shè)置一定建筑物、雕塑、廣告牌等措施，以改善單調(diào)的景觀。 （4）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。,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：直線的最大與最小長(zhǎng)度應(yīng)有所限制。一條公路

5、的直線與曲線的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)應(yīng)合理。 德國(guó)規(guī)定直線的最大長(zhǎng)度（以m計(jì)）為20V（計(jì)算行車速度，km/h）（適于高速公路V100km/h）。 公路線形首先考慮的不是在平面線形上盡量多采用直線，或者是必須由連續(xù)的曲線所構(gòu)成，而是必須采用與自然地形相協(xié)調(diào)的線形。 合理利用地形和避免采用長(zhǎng)直線。,3. 最大直線長(zhǎng)度問題：,1同向曲線間的直線最小長(zhǎng)度 規(guī)范：同向曲線間的最短直線長(zhǎng)度以不小于設(shè)計(jì)速度的6倍為宜（6V）。,三、直線的最小長(zhǎng)度,2反向曲線間的直線最小長(zhǎng)度,規(guī)范規(guī)定：反向曲線間最小直線長(zhǎng)度（以m計(jì)）以不小于設(shè)計(jì)速度（以kmh計(jì)）的2倍為宜。,BACK,第三節(jié) 汽車行駛的橫向穩(wěn)定性與圓曲線,一、圓曲線的

6、幾何要素 二、汽車行駛橫向穩(wěn)定性 三、圓曲線半徑,一、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。,第三節(jié) 汽車行駛的橫向穩(wěn)定性與圓曲線,圓曲線幾何元素為：,計(jì)算基點(diǎn)為交點(diǎn)里程樁號(hào)，記為JD， ZY=JD-T YZ=ZY+L QZ=ZY+L/2 JD=QZ+J/2,曲線主點(diǎn)里程樁號(hào)計(jì)算：,BACK,二、汽車行駛的橫向穩(wěn)定性,汽車在平曲線上行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力，其作用

7、點(diǎn)在汽車的重心，方向水平背離圓心。,受力分析： 橫向力X失穩(wěn) 豎向力Y穩(wěn)定,1汽車在平曲線上行駛時(shí)力的平衡,離心力,將離心力F與汽車重力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，,由于路面橫向傾角一般很小，則sintg=ih，cos1，其中ih稱為橫向超高坡度，,將離心力F與汽車重力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，,采用橫向力系數(shù)來衡量穩(wěn)定性程度，其意義為單位車重的橫向力，即,橫向傾覆：汽車在平曲線上行駛時(shí)，由于橫向力的作用，使汽車?yán)@外側(cè)車輪觸地點(diǎn)產(chǎn)生向外橫向傾覆。 汽車內(nèi)側(cè)車輪支反力N1為0。,2.橫向傾覆條件分析,傾覆力矩等于或大于穩(wěn)定力矩。,傾覆力矩：Xhg

8、,橫向傾覆平衡條件分析：,穩(wěn)定力矩：,b汽車輪距（m）； hg汽車重心高度（m）,傾覆力矩：Xhg,橫向傾覆平衡條件分析：,穩(wěn)定力矩：,穩(wěn)定、平衡條件：,汽車在平曲線上行駛時(shí)，不產(chǎn)生橫向傾覆的最小平曲線半徑R min：,3.橫向滑移條件分析,橫向滑移：汽車在平曲線上行駛時(shí)，因橫向力的存在，可能使汽車沿橫向力的方向產(chǎn)生橫向滑移。 橫向力大于輪胎和路面之間的橫向附著力。,極限平衡條件：,橫向滑移穩(wěn)定條件：,4橫向穩(wěn)定性的保證,汽車在平曲線上行駛時(shí)的橫向穩(wěn)定性主要取決于橫向力系數(shù)值的大小。 現(xiàn)代汽車在設(shè)計(jì)制造時(shí)重心較低，一般b2hg，而 h0.5,即,汽車在平曲線上行駛時(shí)，在發(fā)生橫向傾覆之前先產(chǎn)生橫

9、向滑移現(xiàn)象。 在道路設(shè)計(jì)中只要保證不產(chǎn)生橫向滑移現(xiàn)象發(fā)生，即可保證橫向穩(wěn)定性。 保證橫向穩(wěn)定性的條件：,BACK,（一）計(jì)算公式與因素 根據(jù)汽車行駛在曲線上力的平衡式計(jì)算曲線半徑：,三、圓曲線半徑,（一）計(jì)算公式與因素,根據(jù)汽車行駛在曲線上力的平衡式計(jì)算曲線半徑：,式中：V計(jì)算行車速度，（km/h）； 橫向力系數(shù)； ih超高橫坡度； i1路面橫坡度。,當(dāng)設(shè)超高時(shí) ：,不設(shè)超高時(shí) ：,（1）危及行車安全 汽車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)低于輪胎與路面之間所能提供的橫向摩阻系數(shù)h : h h與車速、路面種類及狀態(tài)、輪胎狀態(tài)等有關(guān)，一般在干燥路面上約為0.40.8

10、，在潮濕的黑色路面上汽車高速行駛時(shí)，降低到0.250.40。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（不加防滑鏈）。,1橫向力系數(shù)對(duì)行車的影響及其值的確定：,（2）增加駕駛操縱的困難,彎道上行駛的汽車，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。增加了汽車在操控上的難度,（3）增加燃料消耗和輪胎磨損,使車輛的燃油消耗和輪胎磨損增加。 橫向力系數(shù) 燃料消耗（%） 輪胎磨損（%） 0 100 100 0.05 105 160 0.10 110 220 0.15 115 300 0.20 120 390,（4）行旅不舒適,值的增大

11、，乘車舒適感惡化。 當(dāng)0.10時(shí)，不感到有曲線存在，很平穩(wěn)； 當(dāng)= 0.15時(shí)，稍感到有曲線存在，尚平穩(wěn)； 當(dāng)= 0.20時(shí)，己感到有曲線存在，稍感不穩(wěn)定； 當(dāng)= O.35時(shí)，感到有曲線存在，不穩(wěn)定； 當(dāng)= 0.40時(shí)，非常不穩(wěn)定，有傾車的危險(xiǎn)感。,的舒適界限，由0.11到0.16隨行車速度而變化，設(shè)計(jì)中對(duì)高、低速路可取不同的數(shù)值。 美國(guó)AASHTO認(rèn)為V 70km/h時(shí)=0.16，V=80 km/h時(shí)，= 0.12是舒適感的界限。,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定： 高速公路、一級(jí)公路的超高橫坡度不應(yīng)大于10%， 其它各級(jí)公路不應(yīng)大于8%。 在積雪冰凍地區(qū)，最大超高橫坡度不宜大于6%。,2關(guān)于最大超高：,ih,標(biāo)準(zhǔn)

12、中規(guī)定的最小平曲線半徑是汽車在曲線部分能安全而又順適的行駛的條件而確定的。 最小平曲線半徑的實(shí)質(zhì)是汽車行駛在公路曲線部分時(shí)，所產(chǎn)生的離心力等橫向力不超過輪胎與路面的摩阻力所允許的界限，并使乘車人感覺良好的曲線半徑值。,（二）最小半徑的計(jì)算,是各級(jí)公路按設(shè)計(jì)速度行駛的車輛能保證安全行車的最小允許半徑。,1極限最小半徑,一般最小半徑是指各級(jí)公路按設(shè)計(jì)速度行駛的車輛能保證安全、舒適行車的最小允許半徑。,2一般最小半徑,圓曲線半徑大于一定數(shù)值時(shí)，可以不設(shè)置超高，而允許設(shè)置等于直線路段路拱的反超高。 從行駛的舒適性考慮，必須把橫向力系數(shù)控制到最小值。,3不設(shè)超高的最小半徑,4.最小半徑指標(biāo)的應(yīng)用,4.最小半徑指標(biāo)的應(yīng)用,（1）公路線形設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)沿線地形等情況，盡量選用較大半徑。在不得已情況下方可使用極限最小半徑； （2）當(dāng)?shù)匦螚l件許可時(shí)，應(yīng)盡量采用大于一般最小半徑的值； （3）有條件時(shí)，最好采用不設(shè)超高的最小半徑。 （4）選用曲線半徑時(shí)，應(yīng)注意前后線形的協(xié)調(diào)，不應(yīng)突然采用小半徑曲線； （5）長(zhǎng)直線或線形較好路段，不能采用極限最小半徑。