道路勘測設(shè)計(第三版)-第3章-縱斷面設(shè)計概要課件

第三章縱斷面設(shè)計1一二請在這里輸入您的主要敘述內(nèi)容整體概述三請在這里輸入您的主要敘述內(nèi)容請在這里輸入您的主要敘述內(nèi)容2

本章主要內(nèi)容：

縱斷面的概念及組成要素

最大縱坡和最小縱坡坡長限制和緩和坡段

平均縱坡和合成坡度豎曲線要素與豎曲線最小半徑

視覺分析與平、縱配合縱斷面設(shè)計方法、步驟及成果3第一節(jié)概述定義：沿道路中線豎向剖面的展開圖即為路線縱斷面?？v斷面設(shè)計：研究路線線位高度及坡度、坡長變化情況的過程。任務(wù)：研究縱斷面線形的幾何構(gòu)成及其大小與長度。依據(jù)：汽車的動力特性、道路等級、當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩項l件以及工程經(jīng)濟性等。4地面線：根據(jù)中樁點的高程繪的一條折線；設(shè)計線：路線上各點路基設(shè)計高程的連線。變坡導(dǎo)線：變坡點間的連線路線縱斷面圖構(gòu)成：5地面線：根據(jù)中樁點的高程繪的一條折線；設(shè)計線：路線上各點路基設(shè)計高程的連線。變坡導(dǎo)線：變坡點間的連線路線縱斷面圖構(gòu)成：地面高程：中線上地面點高程。設(shè)計高程：兩種規(guī)定公路：城市道路：路基6設(shè)計標高一般公路，路基未設(shè)加寬超高前的路肩邊緣的高程。7設(shè)計標高設(shè)分隔帶公路，一般為分隔帶外邊緣。8設(shè)計標高城市道路：行車道中線

中央分隔帶中線9路基高度：橫斷面上設(shè)計高程與地面高程之高差。

路堤：設(shè)計高程大于地面高程。

路塹：設(shè)計高程小于地面高程。縱斷面設(shè)計內(nèi)容：坡度及坡長豎曲線10路堤11路塹12(一).行駛力學(xué)1.汽車的驅(qū)動力2.汽車的行駛阻力3.汽車的行駛條件第二節(jié)汽車的動力特性13一、汽車的驅(qū)動力汽車的動力來源：汽車行駛的驅(qū)動力來自它的內(nèi)燃發(fā)動機。汽油燃燒－熱能－機械能P－曲軸扭矩M－驅(qū)動輪Mk－驅(qū)動車輪

汽車傳動系統(tǒng)：14功率N與產(chǎn)生的扭矩M的關(guān)系：1．發(fā)動機功率N\曲軸扭矩M

及發(fā)動機轉(zhuǎn)速n的關(guān)系TrMN－有效功率15N-n曲線（功率曲線）、M-n曲線（扭矩曲線）發(fā)動機轉(zhuǎn)速特性曲線：16發(fā)動機曲軸上的扭矩M經(jīng)過變速箱（速比ik）和主傳動器（速比i0）兩次變速總變速比為：γ=i0·ik；傳動效率為：ηT<1.0；傳到驅(qū)動輪上的扭矩Mk為：

Mk=MγηT驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)速nk為：2．驅(qū)動輪扭矩Mk

車速V與發(fā)動機轉(zhuǎn)速關(guān)系：變速的目的：增加扭矩173．汽車的驅(qū)動力

大驅(qū)動力與高速不可兼得18

1．空氣阻力

迎面空氣質(zhì)點的壓力＋車后的真空吸力＋空氣質(zhì)點與車身摩擦力＝空氣阻力。

二、汽車的行駛阻力

式中：K——空氣阻力系數(shù)，它與汽車的流線型有關(guān)；

ρ——空氣密度，一般ρ=1.2258（N·s2／m4）；

A——汽車迎風(fēng)面積（或稱正投影面積）（m2）；

v——汽車與空氣的相對速度（m／s），可近似地取汽車的行駛速度。

19將車速v（m／s）化為V（km／h）并化簡，得對汽車列車的空氣阻力，一般可按每節(jié)掛車的空氣阻力為其牽引車的20%折算。V=100km/h時，一半的功率用來克服空氣阻力20

2．道路阻力道路阻力：由彈性輪胎變形和道路的不同路面類型及縱坡度而產(chǎn)生的阻力，主要包括滾動阻力和坡度阻力。（1）滾動阻力產(chǎn)生功率消耗原因：①輪胎變形時，材料內(nèi)部摩擦；②柔性路面變形，產(chǎn)生摩擦；③路面不平整造成震動和撞擊。21

滾動阻力與汽車的總重力成正比，若坡道傾角為α?xí)r，其值可用下式計算。

Rf＝Gfcosαα一般較小，認為cosα≈1，則

Rf=Gf

（N）式中：Rf——滾動阻力（N）；

G——車輛總重力（N）；

f——滾動阻力系數(shù)，與路面類型、輪胎結(jié)構(gòu)和行駛速度等有關(guān)，如水泥瀝青路面f＝0.01－0.02，土路f＝0.07－0.15。22汽車在傾角為α的道路上行駛：車重G產(chǎn)生水平分力Gsinα，上坡時阻礙汽車行駛；下坡時助推汽車行駛。計算式：

Ri=Gsinα

因α較小，認為sinα≈tgα＝i，則

Ri=Gi

（N）式中：Ri——坡度阻力（N）；G——車輛總重力（N）；i——道路縱坡度，上坡為正；下坡為負。（2）坡度阻力23RR=G（f+i）滾動阻力和坡度阻力均與道路狀況有關(guān)，且都與汽車的總重力成正比，將它們統(tǒng)稱為道路阻力，以RR表示式中：f+i——統(tǒng)稱道路阻力系數(shù)。24汽車的質(zhì)量：平移質(zhì)量旋轉(zhuǎn)質(zhì)量克服質(zhì)量變速運動時產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩稱為慣性阻力，用RI表示。

3．慣性阻力平移質(zhì)量的慣性力

旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩

25慣性阻力計算：式中：δ——慣性力系數(shù)（或旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)）。

δ＝l＋δ1＋δ2ik2

式中：δ1——表示汽車車輪慣性力的影響系數(shù)，δ1=0.03～0.05；

δ2——表示發(fā)動機飛輪慣性力的影響系數(shù)，小客車δ2=0.05～0.07，載重汽車δ2=0.04～0.05；

ik——變速箱的速比。汽車的總行駛阻力R為：

R=Rw十RR十RI261．汽車的運動方程式驅(qū)動力＝各阻力之和，稱為驅(qū)動平衡。其驅(qū)動平衡方程式（也稱汽車的運動方程式）為

T=R=Rw+RR+RI代入表達式，汽車的運動方程式為：三、汽車的運動方程式與行駛條件U－負荷率（節(jié)流閥部分開啟），一般U＝80－90％272．汽車的行駛條件汽車在道路上行駛:驅(qū)動力＝行駛阻力時，汽車就等速行駛；驅(qū)動力>行駛阻力時，汽車就加速行駛；驅(qū)動力<行駛阻力時，汽車就減速行駛，直至停車。汽車行駛的必要條件（即驅(qū)動條件）：

T≥R

28驅(qū)動力小于或等于輪胎與路面之間的附著力，即

T≤Gk式中：——附著系數(shù)，取決于:路面的粗糙和潮濕泥濘程度，軋?zhí)サ幕y和氣壓，車速和荷載等；

Gk——驅(qū)動輪荷載，小汽車=(0.5～0.65)G;載重車=(0.65～0.80)G.汽車行駛的充分條件：29四.汽車的動力特性及行駛狀態(tài)

汽車的動力因數(shù)汽車的行駛狀態(tài)301.汽車動力特性對不同類型汽車不考慮道路條件而事先通過計算繪出其動力特性圖，即D=f(V)的關(guān)系圖。動力因素修正公式：動力因數(shù)D：表征某型汽車在海平面高程上，滿載情況下，每單位車重克服道路阻力和慣性阻力的性能。312.汽車的行駛狀態(tài)汽車的行駛狀態(tài)有以下三種情況：加速行駛等速行駛減速行駛在動力特性圖上，等速行駛的速度稱為平衡速度。每一排檔都存在各自的最大動力因數(shù)，與之對應(yīng)的速度稱作臨界速度。32第三節(jié)縱坡及坡長設(shè)計

一、縱坡設(shè)計的一般要求

1．必須滿足《標準》的各項規(guī)定。

2．縱坡設(shè)計應(yīng)對沿線地面、地下管線、地質(zhì)、水文、氣候和排水等綜合考慮。33忽上忽下3．滿足行駛要求，縱坡應(yīng)平順，起伏不宜過大和頻繁。344．山嶺重丘區(qū)：縱坡設(shè)計應(yīng)考慮填挖平衡，移挖作填。

5．平原微丘區(qū)：縱坡滿足最小縱坡要求，

滿足最小填土高度要求。

6．對連接段縱坡、交叉處前后的縱坡應(yīng)平緩，（如大、中橋引道及隧道兩端接線等）

7．充分考慮通道、農(nóng)田水利等方面的要求。35二、理想的最大縱坡和不限長度的最大縱坡1.理想的最大縱坡i1：設(shè)計車型（載重車）在油門全開情況下，持續(xù)以理想速度V1等速行駛所能克服的坡度。V1取值：低速路：V1=設(shè)計速度，高速路:V1=載重車的最高速度。

i1=λD1-f2.容許速度V2：其值一般應(yīng)不小于設(shè)計速度的1/2～2/3。不限長最大縱坡i2：i2=λD2-f難以爭取，V1降到V2高速取低，低速取高36三、最大縱坡最大縱坡：縱坡設(shè)計時各級道路允許使用的最大坡度值。影響因素：

①汽車動力特性：汽車在規(guī)定速度下的爬坡能力。

上坡：下坡：

②道路等級：等級高，行駛速度大，要求坡度阻力小。

③自然條件：海拔高程、氣候（積雪寒冷等）。

縱坡度大小的優(yōu)劣：坡度大：行車困難：上坡速度低，下坡較危險。山區(qū)公路可縮短里程，降低造價。37注：城市道路相應(yīng)降低1%。特殊情況：（1）地形困難，增加1%（2）冰凍地區(qū)，不超過8%（3）大、中橋≤4%，橋頭引道≤5%（4）隧道內(nèi)≤3%（≤50m的除外）（5）非機動車道：平原微丘區(qū)2~3%，山嶺重丘≤4~5%各級公路最大縱坡的規(guī)定設(shè)計速度（km/h）1201008060403020最大縱坡（%）3456789綜合考慮：交通組成、汽車性能、工程費用和營運經(jīng)濟381.《規(guī)范》規(guī)定：H≧3000m最大縱坡折減。折減后若小于4%，則仍采用4%。四、高原縱坡折減高原縱坡折減值在高海拔地區(qū)：發(fā)動機的功率下降驅(qū)動力降低，爬坡能力下降。冷卻水易于沸騰破壞冷卻系統(tǒng)。2．高原為什么縱坡要折減？39最小縱坡：

各級公路在特殊情況下容許使用的最小坡度值。最小縱坡值：0.3%，一般情況下0.5%為宜。適用條件：排水不暢路段：長路塹、橋梁、隧道、設(shè)超高的平曲線等。當(dāng)必須設(shè)計平坡（0%）或小于0.3%的縱坡時，邊溝應(yīng)作縱向排水設(shè)計。干旱少雨地區(qū)最小縱坡可不受上述限制。五、最小縱坡40坡長：相鄰變坡點間的長度

內(nèi)容：最小坡長限制：任何路段最大坡長：陡坡路段

1．最短坡長限制《標準》規(guī)定，各級公路最短坡長不應(yīng)小于9－15s行程。六、坡長限制120*9/3.6＝300m4142《標準》規(guī)定各級公路最大坡長限制。

2．最大坡長限制最大坡長：汽車在坡道上行駛，當(dāng)車速降低到某一最低允許速度時所行駛的距離

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城市道路最大坡長按表4.2.5選用。

2．最大坡長限制比公路苛刻4445464748495051七、緩和坡段《標準》規(guī)定，連續(xù)上坡(或下坡)時，應(yīng)在不大于限制坡長內(nèi)設(shè)置緩和坡段。緩和坡段：給車恢復(fù)速度的過程

i≦3％，

l－符合最小坡長要求。線形：宜采用直線。困難路段可用曲線；注：宜設(shè)在直線段或大半徑曲線上曲線半徑較小時，緩和坡段長度應(yīng)增加。

回頭曲線段不能作為緩和坡段。實際設(shè)計很難采用52八、平均縱坡平均縱坡：一定長度的路段所克服的高差H與路線長度L之比（連續(xù)升坡或降坡路段）?！稑藴省芬?guī)定：二、三、四級公路：越嶺路線連續(xù)上坡(或下坡)路段：相對H：200～500m時，i平≦5