第三章平面設(shè)計(jì)1

1、第第3 3章章 平面設(shè)計(jì)平面設(shè)計(jì) 1. 道路平面線形概述道路平面線形概述 2. 直線線形的應(yīng)用與指標(biāo)直線線形的應(yīng)用與指標(biāo) 3. 圓曲線線形與半徑指標(biāo)圓曲線線形與半徑指標(biāo)教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容： （第（第5 5講）講） 重點(diǎn)解決的問(wèn)題：重點(diǎn)解決的問(wèn)題： 如何確定圓曲線的最小半徑？如何確定圓曲線的最小半徑？ 怎樣合理運(yùn)用圓曲線半徑指標(biāo)？怎樣合理運(yùn)用圓曲線半徑指標(biāo)？第第3 3章章 平面設(shè)計(jì)平面設(shè)計(jì) 1. 1. 基本概念基本概念n 道路組成：路基、路面、橋梁、涵道路組成：路基、路面、橋梁、涵洞洞、隧道和沿線設(shè)施等、隧道和沿線設(shè)施等 帶狀構(gòu)造物帶狀構(gòu)造物n 路線路線：是指道路中線的空間位置。是指道路中線的空

2、間位置。n 路線平面圖：路線在水平面上的投影路線平面圖：路線在水平面上的投影為路線的平面。為路線的平面。n 路線縱斷面圖：沿道路中線的豎向剖面圖，再行展開(kāi)即是路線的縱斷面。路線縱斷面圖：沿道路中線的豎向剖面圖，再行展開(kāi)即是路線的縱斷面。n 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。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。 n 路線設(shè)計(jì)：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。指確定路線空間位置和各部分幾何尺寸的工作。3.1 3.1 道路平面線形概述道路平面線形概述 路線平面設(shè)計(jì)路線平面設(shè)計(jì) 路線縱斷面設(shè)計(jì)路線縱斷面設(shè)計(jì) 路線橫斷面設(shè)計(jì)路線橫

3、斷面設(shè)計(jì) 在路線平面圖上研究道路在路線平面圖上研究道路的基本走向及線形的過(guò)程。的基本走向及線形的過(guò)程。2. 平面線形要素構(gòu)成平面線形要素構(gòu)成（三要素）（三要素）n行駛中汽車(chē)行駛中汽車(chē)的的導(dǎo)向輪與車(chē)身縱軸之導(dǎo)向輪與車(chē)身縱軸之間間的的關(guān)系：關(guān)系：n 1 1角度為零：角度為零： n 2 2角度為常數(shù)：角度為常數(shù)：n 3 3角度為變數(shù)：角度為變數(shù)：n汽車(chē)行駛軌跡線汽車(chē)行駛軌跡線曲率為曲率為0 0直線直線曲率為常數(shù)曲率為常數(shù)圓曲線圓曲線曲率為變數(shù)曲率為變數(shù)緩和曲線緩和曲線現(xiàn)代道路平面線形正是由上述三種基本線形構(gòu)成的，稱(chēng)為平面線形三現(xiàn)代道路平面線形正是由上述三種基本線形構(gòu)成的，稱(chēng)為平面線形三要素。要素。n

4、（1 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)）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；頭和破折；3. 3. 汽車(chē)行駛軌跡的幾何特征汽車(chē)行駛軌跡的幾何特征n（2 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。）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。n（1 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)）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；頭和破折；3. 3. 汽車(chē)行駛軌跡的幾何特征汽車(chē)行駛軌跡的幾何特征3.3.汽車(chē)行駛軌跡的幾何特征汽車(chē)行駛軌跡的幾何特征n（

5、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）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?，F(xiàn)兩個(gè)曲率變化率的值。n（2 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。）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。n（1 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)）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；頭和破折；3.2 3.2 直線直線3.2.1 3.2.1 直線的特點(diǎn)直線的特點(diǎn)n 直線距離短，直直線距離短，直捷捷，通視條件好，通視條件好。n 汽車(chē)在直線上行駛受力

6、簡(jiǎn)單，方向明確，駕駛操作簡(jiǎn)易。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。n 便便于測(cè)設(shè)于測(cè)設(shè)。n 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：n 直線線形直線線形靈活性差，靈活性差，大多難于與地形相協(xié)調(diào)，若長(zhǎng)度運(yùn)用不當(dāng)，不僅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)。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)。n 過(guò)長(zhǎng)的直線易使駕駛?cè)烁械絾握{(diào)、疲倦過(guò)長(zhǎng)的直線易使駕駛?cè)烁械絾握{(diào)、疲倦；n 難以難以準(zhǔn)確準(zhǔn)確目測(cè)車(chē)間距離。目測(cè)車(chē)間距離。n（4）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、）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

7、等措施，以改善單調(diào)的景觀。廣告牌等措施，以改善單調(diào)的景觀。3.2.2 3.2.2 直線的運(yùn)用直線的運(yùn)用 1. 宜采用直線線形的路段：宜采用直線線形的路段：n（1）不受地形、地物限制的平坦地區(qū)或山間的開(kāi)闊谷地；）不受地形、地物限制的平坦地區(qū)或山間的開(kāi)闊谷地；n（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)；）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)；n（3）長(zhǎng)的橋梁、隧道等構(gòu)造物路段；）長(zhǎng)的橋梁、隧道等構(gòu)造物路段； n（4）路線交叉點(diǎn)及其前后；）路線交叉點(diǎn)及其前后；n（5）雙車(chē)道公路提供超車(chē)的路段。）雙車(chē)道公路提供超車(chē)的路段。 2. 當(dāng)采用長(zhǎng)的直線線形時(shí)，應(yīng)注意的問(wèn)題當(dāng)采用長(zhǎng)

8、的直線線形時(shí)，應(yīng)注意的問(wèn)題n（1）在直線上縱坡不宜過(guò)大，因長(zhǎng)直線加陡坡易導(dǎo)致高速度。）在直線上縱坡不宜過(guò)大，因長(zhǎng)直線加陡坡易導(dǎo)致高速度。n（2 2）長(zhǎng)直線盡頭的平曲線半徑應(yīng)盡量大一些。）長(zhǎng)直線盡頭的平曲線半徑應(yīng)盡量大一些。n（3）長(zhǎng)直線與大半徑凹豎曲線組合為宜。）長(zhǎng)直線與大半徑凹豎曲線組合為宜。 長(zhǎng)直線與長(zhǎng)直線與直坡組合直坡組合長(zhǎng)直線與凹形長(zhǎng)直線與凹形豎曲線組合豎曲線組合u（1 1）直線的最大長(zhǎng)度（）直線的最大長(zhǎng)度（標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)未明確規(guī)定）未明確規(guī)定）u直線的長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)。受地形條件或其他特殊情況限制而采用長(zhǎng)直線時(shí)，直線的長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)。受地形條件或其他特殊情況限制而采用長(zhǎng)直線時(shí)，應(yīng)結(jié)合沿線具體情況

9、采取相應(yīng)的技術(shù)措施。（不超過(guò)應(yīng)結(jié)合沿線具體情況采取相應(yīng)的技術(shù)措施。（不超過(guò)20V） u（2 2）直線的最小長(zhǎng)度）直線的最小長(zhǎng)度u兩圓曲線間以直線徑相連接時(shí)，直線的長(zhǎng)度不宜過(guò)短。兩圓曲線間以直線徑相連接時(shí)，直線的長(zhǎng)度不宜過(guò)短。u設(shè)計(jì)速度大于或等于設(shè)計(jì)速度大于或等于60kmh時(shí)，時(shí)，u 同向圓曲線間以不小于設(shè)計(jì)速度的同向圓曲線間以不小于設(shè)計(jì)速度的6倍為宜（倍為宜（6V）；）；(以以m計(jì)計(jì))u 反向圓曲線間以不小于設(shè)計(jì)速度的反向圓曲線間以不小于設(shè)計(jì)速度的2倍為宜（倍為宜（2V）。）。u設(shè)計(jì)速度小于或等于設(shè)計(jì)速度小于或等于40km/h時(shí)，可參照上述規(guī)定執(zhí)行。時(shí)，可參照上述規(guī)定執(zhí)行。 3. 直線長(zhǎng)度的限

10、制直線長(zhǎng)度的限制同向曲線同向曲線間插入短間插入短直線透視直線透視圖圖 3.3.1 3.3.1 圓曲線的幾何元素圓曲線的幾何元素n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。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。n常用的平曲線：?jiǎn)吻€、復(fù)曲線、雙交點(diǎn)或多交點(diǎn)曲線、虛交點(diǎn)曲線、回常用的平曲線：?jiǎn)吻€、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。頭曲線等。n特點(diǎn)：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)特點(diǎn)：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。點(diǎn)，使用十分普遍。 n圓曲線幾何元素為：圓曲線幾何元素為：3.3 3.3 圓曲線圓

11、曲線L2TJ1)2R(secER180L2RtgT1.1.圓曲線半徑的計(jì)算圓曲線半徑的計(jì)算公式與公式與影響影響因素因素n根據(jù)汽車(chē)行駛在曲線上力的平衡式根據(jù)汽車(chē)行駛在曲線上力的平衡式計(jì)算曲線半徑計(jì)算曲線半徑：3.3.2 3.3.2 圓曲線半徑圓曲線半徑XYihhhiRVigRv12722)(1272hiVR在公路等級(jí)和地形條件已定時(shí)，設(shè)計(jì)車(chē)速也就唯一確定了，圓曲線半徑的在公路等級(jí)和地形條件已定時(shí)，設(shè)計(jì)車(chē)速也就唯一確定了，圓曲線半徑的大小取決于橫向力系數(shù)大小取決于橫向力系數(shù)和曲線的橫坡度和曲線的橫坡度ih的取值范圍的取值范圍。 曲線內(nèi)側(cè)取曲線內(nèi)側(cè)取“+”曲線外側(cè)取曲線外側(cè)取“-”n 1 1）考慮汽

12、車(chē)行駛的橫向穩(wěn)定性）考慮汽車(chē)行駛的橫向穩(wěn)定性n 保證橫向滑移穩(wěn)定性的條件保證橫向滑移穩(wěn)定性的條件: :n fn 式中：式中：f輪胎與路面之間所能提供的橫向摩阻系數(shù)，（輪胎與路面之間所能提供的橫向摩阻系數(shù)，（ x ） 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路面上約為0.40.8，在潮濕的黑色路面上汽車(chē)高速行駛時(shí)，降低到，在潮濕的黑色路面上汽車(chē)高速行駛時(shí)，降低到0.250.40。路面結(jié)冰和積雪時(shí)，降到。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以下，在光滑的冰面上可降到0.06（不加（不加防滑鏈）。防滑鏈）。（

13、1 1）橫向力系數(shù)橫向力系數(shù)的的確定：確定：n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。胎的中間平面與輪跡前進(jìn)方向形成一個(gè)橫向偏移角。（1 1）橫向力系數(shù)橫向力系數(shù)的的確定：確定：n 1 1）考慮汽車(chē)行駛的橫向穩(wěn)定性）考慮汽車(chē)行駛的橫向穩(wěn)定性n 2 2）考慮考慮駕駛駕駛操作操作n由于橫向力的影響，行駛在曲線上的汽車(chē)比在直線上的燃料消耗和輪胎磨由于橫向力的影響，行駛在曲線上的汽車(chē)比在直線上的燃料消耗和輪胎磨損都要大。損都要大。 （1 1）橫向力系數(shù)橫向力系數(shù)的的確定

14、：確定：n 1 1）考慮汽車(chē)行駛的橫向穩(wěn)定性）考慮汽車(chē)行駛的橫向穩(wěn)定性n 2 2）考慮考慮駕駛駕駛操作操作n 3 3）考慮考慮燃料消耗和輪胎磨損燃料消耗和輪胎磨損（1 1）橫向力系數(shù)橫向力系數(shù)的的確定：確定：n 1 1）考慮汽車(chē)行駛的橫向穩(wěn)定性）考慮汽車(chē)行駛的橫向穩(wěn)定性n 2 2）考慮考慮駕駛駕駛操作操作n 3 3）考慮考慮燃料消耗和輪胎磨損燃料消耗和輪胎磨損n 4 4）考慮乘車(chē)的考慮乘車(chē)的舒適舒適性性 值的增大，乘值的增大，乘車(chē)車(chē)舒適舒適感惡化。感惡化。 當(dāng)當(dāng)2%3. 3. 圓曲線最大半徑圓曲線最大半徑選用圓曲線半徑時(shí)，在與地形等條件相適應(yīng)的前提下應(yīng)盡量采用大半徑選用圓曲線半徑時(shí)，在與地形等

15、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。和測(cè)量上的麻煩。規(guī)范規(guī)范規(guī)定圓曲線的最大半在不宜超過(guò)規(guī)定圓曲線的最大半在不宜超過(guò)10000m10000m。3.3.3 圓曲線半徑的確定圓曲線半徑的確定（1）在條件許可時(shí)，爭(zhēng)取選用不設(shè)超高的圓曲線半徑。）在條件許可時(shí)，爭(zhēng)取選用不設(shè)超高的圓曲線半徑。（2）在一般情況下，宜采用極限最小半徑的）在一般情

16、況下，宜采用極限最小半徑的48倍或超高橫坡度為倍或超高橫坡度為（24）%的圓曲線半徑。的圓曲線半徑。（3）當(dāng)?shù)匦螚l件受到限制時(shí)，曲線半徑應(yīng)盡量大于或接近于一般最小半）當(dāng)?shù)匦螚l件受到限制時(shí)，曲線半徑應(yīng)盡量大于或接近于一般最小半徑。徑。（4）在自然條件特殊困難或受其它條件嚴(yán)格限制而不得已時(shí)，方可采用）在自然條件特殊困難或受其它條件嚴(yán)格限制而不得已時(shí)，方可采用圓曲線的極限最小半徑。圓曲線的極限最小半徑。（5）圓曲線的最大半徑不宜超過(guò)）圓曲線的最大半徑不宜超過(guò)10000m 。 結(jié)結(jié) 論論 1. 確定圓曲線的最小半徑的方法：確定圓曲線的最小半徑的方法：u 圓曲線的最小半徑可根據(jù)汽車(chē)在曲線上行駛的橫向力平

17、衡方程式計(jì)算得到，圓曲線的最小半徑可根據(jù)汽車(chē)在曲線上行駛的橫向力平衡方程式計(jì)算得到，即即)(1272hiVRu 其中橫向力系數(shù)其中橫向力系數(shù)必須根據(jù)行駛條件先行確定下來(lái)。必須根據(jù)行駛條件先行確定下來(lái)。u 橫向力系數(shù)橫向力系數(shù)的確定應(yīng)考慮汽車(chē)在曲線上行駛時(shí)的橫向穩(wěn)定性、駕駛操作、的確定應(yīng)考慮汽車(chē)在曲線上行駛時(shí)的橫向穩(wěn)定性、駕駛操作、燃料消耗與輪胎磨損、乘車(chē)舒適性等四個(gè)條件的要求綜合確定（選擇滿(mǎn)足燃料消耗與輪胎磨損、乘車(chē)舒適性等四個(gè)條件的要求綜合確定（選擇滿(mǎn)足四個(gè)條件的最小值）四個(gè)條件的最小值） 。 2. 合理運(yùn)用圓曲線半徑指標(biāo)的基本原則：合理運(yùn)用圓曲線半徑指標(biāo)的基本原則：u 圓曲線半徑的最小指標(biāo)

18、有三個(gè)，分別是極限最小半徑、一般最小半徑和不圓曲線半徑的最小指標(biāo)有三個(gè)，分別是極限最小半徑、一般最小半徑和不設(shè)超高的最小半徑等。設(shè)超高的最小半徑等。u 在條件許可時(shí)，爭(zhēng)取選用不設(shè)超高的圓曲線半徑；在條件許可時(shí)，爭(zhēng)取選用不設(shè)超高的圓曲線半徑；u 在一般情況下，宜采用極限最小半徑的在一般情況下，宜采用極限最小半徑的48倍或超高橫坡度為（倍或超高橫坡度為（24）%的圓曲線半徑；的圓曲線半徑；u 當(dāng)?shù)匦螚l件受到限制時(shí)，應(yīng)盡量大于或接近于一般最小半徑；當(dāng)?shù)匦螚l件受到限制時(shí)，應(yīng)盡量大于或接近于一般最小半徑；u 在自然條件特殊困難或受其它條件嚴(yán)格限制而不得已時(shí)，方可采用圓曲線在自然條件特殊困難或受其它條件嚴(yán)格限制而不得已時(shí)，方可采用圓曲線的極限最小半徑。的極限最小半徑。1分別計(jì)算高速公路、一、二級(jí)公路在積雪寒冷地區(qū)采分別計(jì)算高速公路、一、二級(jí)公路在積雪寒冷地區(qū)采用極限最小半徑時(shí)的橫向力系數(shù)。用極限最小半徑時(shí)的橫向力系數(shù)。2已知平原區(qū)