第二章公路平面設(shè)計(jì)課件

1、第二章 公路平面設(shè)計(jì)前 言 平面設(shè)計(jì)主要考察汽車的行駛軌跡，平面線形要與汽車行駛軌跡相符，才能保證行車安全。 汽車行駛軌跡在幾何性質(zhì)上有軌跡連續(xù)且圓滑，不出現(xiàn)斷頭和轉(zhuǎn)折；曲率連續(xù)，在任一點(diǎn)上不出現(xiàn)兩個(gè)曲率值；曲率變化是連續(xù)的，在同一點(diǎn)上不出現(xiàn)兩個(gè)變化值等特征。 路線是指公路中線的空間位置。公路的平面是空間路線在水平面上的投影；縱斷面是沿道路中線豎直剖切再拓展開的斷面，而橫斷面則是道路中線上的任意一點(diǎn)的法向方向豎直剖切的斷面。 路線設(shè)計(jì)是確定路線空間的位置和各部分幾何尺寸的工作。制約路線設(shè)計(jì)的因素主要有社會經(jīng)濟(jì)、自然地理、技術(shù)條件等。 路線設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是滿足汽車行駛、工程費(fèi)用最省和平縱橫指標(biāo)均

2、衡、合理、恰當(dāng)?shù)确矫娴囊蟆?路線設(shè)計(jì)的基本程序是先進(jìn)行平面線形設(shè)計(jì)（高程測量、橫斷面測量），再進(jìn)行縱斷面設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行橫斷面設(shè)計(jì)（使土石方數(shù)量最?。?。 平面線形要素是指汽車行駛的軌跡與汽車車身縱軸之間的角度關(guān)系，分三種情況：角度為零 行駛軌跡與車身縱軸之間的角度為零，則是汽車的行駛軌跡曲率為零，而行駛軌跡曲率為零的線形是直線。角度為常數(shù) 行駛軌跡與車身縱軸之間的角度為常數(shù)，即是汽車的行駛軌跡曲率為常數(shù)，而行駛軌跡的曲率為常數(shù)的線形是圓曲線。角度為變數(shù) 行駛軌跡與車身縱軸之間的角度為變數(shù)，即是汽車的行駛軌跡曲率為變數(shù)，而行駛軌跡的曲率為變數(shù)的線形是緩和曲線。 平面線形由直線、圓曲線、緩和曲線三

3、要素構(gòu)成。三要素組合使用情況通常是：低等級公路以直線和圓曲線組合為主；高等級公路以圓曲線和緩和曲線的組合為主。各要素在使用中應(yīng)配置合理得當(dāng)，并滿足汽車安全行駛的要求。第一節(jié) 圓曲線半徑 圓曲線是路線平面設(shè)計(jì)中的主要組成部分，常用的單曲線、復(fù)曲線、雙（多）交點(diǎn)曲線、虛交點(diǎn)曲線、回頭曲線等均包含了圓曲線，圓曲線具有易與地形相協(xié)調(diào)、可循性好、線形美觀、容易測設(shè)等優(yōu)點(diǎn)，使用十分普遍。圓曲線的優(yōu)點(diǎn)：符合地形、布線靈活線形優(yōu)美圓曲線的缺點(diǎn)：路線較直線長行車受力復(fù)雜視距受阻駕駛勞動(dòng)強(qiáng)度大測設(shè)、施工等工作量大、計(jì)算復(fù)雜一、汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)力的平衡 汽車在平曲線上行駛時(shí)會產(chǎn)生離心力，其作用點(diǎn)在汽車的重心，方向水平背離

4、圓心。 受力分析： 橫向力X失穩(wěn) 豎向力Y穩(wěn)定（一）離心力的計(jì)算 離心力 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。 橫向力系數(shù):（二）橫向力系數(shù)1、橫向滑移條件分析 橫向滑移： 極限平衡條件：橫向滑移穩(wěn)定條件：（三）汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)橫向穩(wěn)定性分析橫向傾覆：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。2、橫向傾覆條件分析傾覆力矩：Xhg橫向傾覆平衡條件分析： 穩(wěn)定力矩： 傾覆力矩：Xhg 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

5、覆的最小平曲線半徑R min：3、橫向穩(wěn)定性的保證現(xiàn)代汽車在設(shè)計(jì)制造時(shí)重心較低，一般b2hg，而 hZ0（軌跡線與障礙線間的距離）要清除。當(dāng)橫凈距ZZ0時(shí)無需清除障礙。 五、平面視距保證（一）視距包絡(luò)圖 視距包絡(luò)圖的作圖步驟： （1）按比例畫出彎道平面圖，在圖上示出路面兩邊緣線（包括路面加寬在內(nèi)）、路基邊緣線（包括路基加寬在內(nèi)）、路中心線和行車軌跡線。行車軌跡線是距加寬前路面邊緣1.5m處的軌跡線，有緩和曲線時(shí)也應(yīng)示出。 （2）量取設(shè)計(jì)視距長度定出1點(diǎn)。由平曲線的起點(diǎn)與終點(diǎn)向直線方向沿軌跡線量取。 （3）從1點(diǎn)向平曲線方向沿軌跡線把設(shè)計(jì)視距長度，分成若干等分。一般以視距長度進(jìn)行等分。（4）用直

6、線分別連接相應(yīng)各點(diǎn)，即保持弧長為視距長度。（5）用曲線板內(nèi)切于各交叉點(diǎn)，畫出內(nèi)切曲線，即為視距包絡(luò)線。（6）視距包絡(luò)線兩端與障礙線相交，在視距包絡(luò)線與障礙線之間的部分，就是應(yīng)該清除障礙物的范圍，軌跡線至包絡(luò)線間的距離就是橫凈距。（二）視距臺開挖 用視距包絡(luò)圖法，求出其橫凈距后，就可以按比例在各樁號的橫斷面圖上畫出視距包絡(luò)線與障礙線之間應(yīng)清除障礙物的距離，供施工放樣所用。 1平面線形應(yīng)直捷、連續(xù)、順適，并與地形、地物相適應(yīng)，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)； 2行駛力學(xué)上的要求是最基本的，視覺和心理上的要求對高速路應(yīng)盡量滿足； 3保持平面線形的均衡與連貫；線形要素應(yīng)保持連續(xù)性，不應(yīng)出現(xiàn)技術(shù)指標(biāo)的突變，并注意：1

7、）長直線盡頭不能接小半徑曲線，特別是下坡方向的盡頭； 2）高、低指標(biāo)間的使用應(yīng)有過渡段。 4應(yīng)避免連續(xù)急彎的線形一、平面線形設(shè)計(jì)的一般原則第八節(jié) 平面線形的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 直線具有視線較好、行駛方向明確、距離最短、選線容易等優(yōu)點(diǎn)；但當(dāng)直線過長時(shí)，又具有線形單調(diào)、司機(jī)易疲勞、速度過高、曲率為無窮大的缺點(diǎn)。 1適宜采用直線路段 （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）長大橋梁、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。二、直線的運(yùn)用 2當(dāng)采用長直線時(shí)應(yīng)注意的問題 任何情況下都要避免追求

8、長直線的錯(cuò)誤傾向。若確實(shí)需要采用長直線，則應(yīng)采用相應(yīng)的措施予以彌補(bǔ)。如： （1）長直線上縱坡不宜過大。 （2）長直線與大半徑凹形豎曲線組合為宜。 （3）道路兩側(cè)地形過于空曠時(shí)，宜采用植樹，設(shè)置構(gòu)造物等措施來改善單調(diào)性。 （4）長直線或長下坡盡頭的平曲線，滿足半徑、超高、視距、標(biāo)志、抗滑的要求。 3最小直線長度的限制 相鄰曲線之間（如緩和曲線終點(diǎn)與直線的交點(diǎn)HZ至直線與緩和曲線起點(diǎn)的交點(diǎn)ZH或圓曲線終點(diǎn)與直線的交點(diǎn)YZ至直線與圓曲線起點(diǎn)的交點(diǎn)ZY）應(yīng)有一定的直線長度。 對于同向曲線間的直線最小長度，規(guī)范中規(guī)定在通常情況下應(yīng)以6V控制，若無法滿足其要求，則應(yīng)將同向曲線改成復(fù)曲線。 對于反向曲線間的

9、直線最小長度，規(guī)范中規(guī)定應(yīng)以2V控制，否則以設(shè)置緩和曲線相連。4直線長度的限制 通過調(diào)查100km/h的車速時(shí)駕駛員與乘客的心理反應(yīng)和感受，得出以下規(guī)律： （1）在城市附近，由于建筑物多，無單調(diào)感覺，駕駛員與乘客無不良反應(yīng)，故可采用20V以上的長直線。 （2）在鄉(xiāng)間平原，由于景色單調(diào)，情緒受影響，希望盡快駛完直線，故應(yīng)將直線控制在20V以內(nèi)。 （3）在戈壁、大草原，由于地形特殊，設(shè)置彎道已不能改善單調(diào)狀況，故采用直線更好。（一）基本型 按直線回旋線1圓曲線回旋線2直線的順序組合，如圖所示。 回旋線參數(shù)與回旋線參數(shù)可相等，也可不相等，各線形要素的比例宜按1：1：1設(shè)置。三、回旋線的運(yùn)用圖2-19

10、 基本型（二）S型 兩反向曲線用回旋線連接的組合，如圖所示。 回旋線參數(shù)A1與回旋線參數(shù)A2宜相等；不相等時(shí)，A1/A22.0。 回旋線間不宜設(shè)短直線，需大于2V，不得已時(shí)可采用P50式2-70計(jì)算其短直線。 半徑比R2/R1=11/3，R2為小圓半徑，R1為大圓半徑。 圖2-20 S型（三）卵型 用一個(gè)回旋線連接兩個(gè)同向圓曲線的組合，如圖2-21所示。 回旋線參數(shù)A應(yīng)滿足規(guī)范要求，且滿足： 兩圓曲線半徑之比的界限： 兩圓曲線的間距D的界限：圖2-21 卵型（四）凸型 兩同向回旋線徑相銜接的組合如圖2-22所示，僅在特殊情況下采用。 設(shè)置凸型曲線的幾何條件為：=1+2 回旋線參數(shù)和圓曲線一般最

11、小半徑均需符合容許值的要求。圖2-22凸型（五）復(fù)合型 兩個(gè)以上同向回旋線間在曲率相等處相互連接的形式如圖所示。 回旋線參數(shù)之比宜為：A1：A2=1：1.5 圖2-23 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組合。沒有直線長度，對行車和線形都帶來一些不利的影響，如圖所示，僅在特殊情況下采用。圖2-24 C型8個(gè) 見書P5-52四、平面線形設(shè)計(jì)要求 直線、曲線及轉(zhuǎn)角表能全面反映路線的平面位置和路線平面線形的各項(xiàng)指標(biāo)，它是道路設(shè)計(jì)的主要成果之一。只有在完成“直線、曲線及轉(zhuǎn)角表”后，才能據(jù)此計(jì)算“逐樁坐標(biāo)表”和繪制“路線平面設(shè)計(jì)圖”，同時(shí)在作路線的縱斷面設(shè)計(jì)、橫斷面設(shè)計(jì)和其他構(gòu)造

12、物設(shè)計(jì)時(shí)都要使用本表的數(shù)據(jù)。一、直線、曲線及轉(zhuǎn)角表第九節(jié) 平面設(shè)計(jì)成果 1坐標(biāo)系統(tǒng)的采用 根據(jù)測區(qū)內(nèi)原坐標(biāo)系統(tǒng)，一般可作下列幾種選擇： （1）采用統(tǒng)一的高斯正投影3帶平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)； （2）采用高斯正投影3帶或任意帶平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)，投影面可采用1985年國家高程基準(zhǔn)、測區(qū)抵償高程面或測區(qū)平均高程面； （3）三級和三級以下公路、獨(dú)立橋梁、隧道及其他構(gòu)造物等小測區(qū)，可不經(jīng)投影，采用平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)在平面上直接進(jìn)行計(jì)算； （4）在已有平面控制網(wǎng)的地區(qū)，應(yīng)盡量沿用原有的坐標(biāo)系統(tǒng)，如精度不合要求，也應(yīng)充分利用其點(diǎn)位，選用其中一點(diǎn)的坐標(biāo)及含此點(diǎn)的方位角，作為平面控制的起算依據(jù)。二、逐樁坐標(biāo)表 2中樁坐標(biāo)的計(jì)算 “逐樁坐標(biāo)”即各中樁的坐標(biāo)，其計(jì)算和測量的方法是按“從整體到局部”的原則進(jìn)行的。其步驟如下： （1）計(jì)算導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo) （2）計(jì)