《公路平面设计》PPT课件.ppt

第二章第二章 公路平面设计公路平面设计 前 言 平面设计主要考察汽车的行驶轨迹，平面线形 要与汽车行驶轨迹相符，才能保证行车安全。 汽车行驶轨迹在几何性质上有轨迹连续且圆滑 ，不出现断头和转折；曲率连续，在任一点上不 出现两个曲率值；曲率变化是连续的，在同一点 上不出现两个变化值等特征。 路线是指公路中线的空间位置。公路的平面 是空间路线在水平面上的投影；纵断面是沿道路 中线竖直剖切再拓展开的断面，而横断面则是道 路中线上的任意一点的法向方向竖直剖切的断面 。 路线设计是确定路线空间的位置和各部分几 何尺寸的工作。制约路线设计的因素主要有社会经济 、自然地理、技术条件等。 路线设计的主要任务是满足汽车行驶、工程 费用最省和平纵横指标均衡、合理、恰当等方面的要 求。 路线设计的基本程序是先进行平面线形设计 （高程测量、横断面测量），再进行纵断面设计，最 后进行横断面设计（使土石方数量最省）。 平面线形要素是指汽车行驶的轨迹与汽车车身 纵轴之间的角度关系，分三种情况： 角度为零 行驶轨迹与车身纵轴之间的角度为零，则是汽 车的行驶轨迹曲率为零，而行驶轨迹曲率为零的线 形是直线。 角度为常数 行驶轨迹与车身纵轴之间的角度为常数，即是 汽车的行驶轨迹曲率为常数，而行驶轨迹的曲率为 常数的线形是圆曲线。 角度为变数 行驶轨迹与车身纵轴之间的角度为变数，即 是汽车的行驶轨迹曲率为变数，而行驶轨迹的曲率 为变数的线形是缓和曲线。 平面线形由直线、圆曲线、缓和曲线三要素 构成。三要素组合使用情况通常是：低等级公路以 直线和圆曲线组合为主；高等级公路以圆曲线和缓 和曲线的组合为主。各要素在使用中应配置合理得 当，并满足汽车安全行驶的要求。 第一节 圆曲线半径 圆曲线是路线平面设计中的主要组成部分， 常用的单曲线、复曲线、双（多）交点曲线、虚交点 曲线、回头曲线等均包含了圆曲线，圆曲线具有易与 地形相协调、可循性好、线形美观、容易测设等优点 ，使用十分普遍。 圆曲线的优点： 符合地形、布线灵活 线形优美 圆曲线的缺点： 路线较直线长 行车受力复杂 视距受阻 驾驶劳动强度大 测设、施工等工作量大、计算复杂 一、汽车转弯时力的平衡 n 汽车在平曲线上行驶时会产生离心力，其作用点在汽车的 重心，方向水平背离圆心。 n受力分析： n 横向力X失稳 n 竖向力Y稳定 （一）离心力的计算 n 离心力 由于路面横向倾角一般很小，则sintg=ih， cos1，其中ih称为横向超高坡度。 n 将离心力F与汽车重力G分解为平行于路面的横向力X 和垂直于路面的竖向力Y。 横向力系数 : （二）横向力系数 1、横向滑移条件分析 n 横向滑移 ： n 极限平衡条件： 横向滑移稳定条件： （三）汽车转弯时横向稳定性分析 v横向倾覆：汽车在 平曲线上行驶时，由于 横向力的作用，使汽车 绕外侧车轮触地点产生 向外横向倾覆。 2、横向倾覆条件分析 倾覆力矩：Xhg 横向倾覆平衡条件分析： n 稳定力矩： 倾覆力矩：Xhg n 稳定力矩： n 稳定、平衡条件： n 汽车在平曲线上行驶时，不产生横向倾覆的最小平曲线半 径R min： 3、横向稳定性的保证 n现代汽车在设计制造时重心较低，一般b2hg，而 hZZZ 0 0 （轨迹线与障碍线间的距离）要清除。当横净距（轨迹线与障碍线间的距离）要清除。当横净距ZZZZ 0 0 时无时无 需清除障碍。需清除障碍。 五、平面视距保证 （一）视距包络图（一）视距包络图 视距包络图的作图步骤：视距包络图的作图步骤： （1 1）按比例画出弯道平面图，在图上示出路面两边缘线）按比例画出弯道平面图，在图上示出路面两边缘线 （包括路面加宽在内）、路基边缘线（包括路基加宽在内）、（包括路面加宽在内）、路基边缘线（包括路基加宽在内）、 路中心线和行车轨迹线。行车轨迹线是距加宽前路面边缘路中心线和行车轨迹线。行车轨迹线是距加宽前路面边缘1.5m1.5m 处的轨迹线，有缓和曲线时也应示出。处的轨迹线，有缓和曲线时也应示出。 （2 2）量取设计视距长度定出）量取设计视距长度定出1 1点。由平曲线的起点与终点。由平曲线的起点与终 点向直线方向沿轨迹线量取。点向直线方向沿轨迹线量取。 （3 3）从）从1 1点向平曲线方向沿轨迹线把设计视距长度，分点向平曲线方向沿轨迹线把设计视距长度，分 成若干等分。一般以视距长度进行等分。成若干等分。一般以视距长度进行等分。 （4 4）用直线分别连接相应各点，即保持弧长为视距长度）用直线分别连接相应各点，即保持弧长为视距长度 。 （5 5）用曲线板内切于各交叉点，画出内切曲线，即为视）用曲线板内切于各交叉点，画出内切曲线，即为视 距包络线。距包络线。 （6 6）视距包络线两端与障碍线相交，在视距包络线与障）视距包络线两端与障碍线相交，在视距包络线与障 碍线之间的部分，就是应该清除障碍物的范围，轨迹线至包碍线之间的部分，就是应该清除障碍物的范围，轨迹线至包 络线间的距离就是横净距。络线间的距离就是横净距。 （二）视距台开挖（二）视距台开挖 用视距包络图法，求出其横净距后，就可以按比例在用视距包络图法，求出其横净距后，就可以按比例在 各桩号的横断面图上画出视距包络线与障碍线之间应清除障各桩号的横断面图上画出视距包络线与障碍线之间应清除障 碍物的距离，供施工放样所用。碍物的距离，供施工放样所用。 1 1平面线形应平面线形应直捷、连续、顺适直捷、连续、顺适，并与地形、地物相适应，并与地形、地物相适应 ，与周围环境相协调；，与周围环境相协调； 2 2行驶力学行驶力学上的要求是最基本的，上的要求是最基本的，视觉和心理视觉和心理上的要求对上的要求对 高速路应尽量满足；高速路应尽量满足； 3 3保持平面线形的保持平面线形的均衡与连贯；均衡与连贯； 线形要素应保持连续性，不应出现技术指标的突变，并注意线形要素应保持连续性，不应出现技术指标的突变，并注意 ： 1 1）长直线尽头不能接小半径曲线，特别是下坡方向的尽头；）长直线尽头不能接小半径曲线，特别是下坡方向的尽头； 2 2）高、低指标间的使用应有过渡段。）高、低指标间的使用应有过渡段。 4 4应避免应避免连续急弯连续急弯的线形的线形 一、平面线形设计的一般原则 第八节 平面线形的设计要点 直线具有视线较好、行驶方向明确、距离最短、选线容直线具有视线较好、行驶方向明确、距离最短、选线容 易等优点；但当直线过长时，又具有线形单调、司机易疲劳易等优点；但当直线过长时，又具有线形单调、司机易疲劳 、速度过高、曲率为无穷大的缺点。、速度过高、曲率为无穷大的缺点。 1 1适宜采用直线路段适宜采用直线路段 （1 1）不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地）不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地 。 （2 2）市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等以直线条为）市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等以直线条为 主的地区。主的地区。 （3 3）长大桥梁、隧道等构造物路段。）长大桥梁、隧道等构造物路段。 （4 4）路线交叉点及其前后。）路线交叉点及其前后。 （5 5）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 2 2当采用长直线时应注意的问题当采用长直线时应注意的问题 任何情况下都要避免追求长直线的错误倾向。若确实任何情况下都要避免追求长直线的错误倾向。若确实 需要采用长直线，则应采用相应的措施予以弥补。如：需要采用长直线，则应采用相应的措施予以弥补。如： （1 1）长直线上纵坡不宜过大。）长直线上纵坡不宜过大。 （2 2）长直线与大半径凹形竖曲线组合为宜。）长直线与大半径凹形竖曲线组合为宜。 （3 3）道路两侧地形过于空旷时，宜采用植树，设置构造）道路两侧地形过于空旷时，宜采用植树，设置构造 物等措施来改善单调性。物等措施来改善单调性。 （4 4）长直线或长下坡尽头的平曲线，满足半径、超高、）长直线或长下坡尽头的平曲线，满足半径、超高、 视距、标志、抗滑的要求。视距、标志、抗滑的要求。 3 3最小直线长度的限制最小直线长度的限制 相邻曲线之间（如缓和曲线终点与直线的交点相邻曲线之间（如缓和曲线终点与直线的交点HZHZ至直至直 线与缓和曲线起点的交点线与缓和曲线起点的交点ZHZH或圆曲线终点与直线的交点或圆曲线终点与直线的交点YZYZ 至直线与圆曲线起点的交点至直线与圆曲线起点的交点ZYZY）应有一定的直线长度。）应有一定的直线长度。 对于同向曲线间的直线最小长度，对于同向曲线间的直线最小长度，规范规范中规定在通中规定在通 常情况下应以常情况下应以6V6V控制，若无法满足其要求，则应将同向曲线控制，若无法满足其要求，则应将同向曲线 改成复曲线。改成复曲线。 对于反向曲线间的直线最小长度，对于反向曲线间的直线最小长度，规范规范中规定应以中规定应以 2V2V控制，否则以设置缓和曲线相连。控制，否则以设置缓和曲线相连。 4 4直线长度的限制直线长度的限制 通过调查通过调查100km/h100km/h的车速时驾驶员与乘客的心理反应和感受的车速时驾驶员与乘客的心理反应和感受 ，得出以下规律：，得出以下规律： （1 1）在城市附近，由于建筑物多，无单调感觉，驾驶员与）在城市附近，由于建筑物多，无单调感觉，驾驶员与 乘客无不良反应，故可采用乘客无不良反应，故可采用20V20V以上的长直线。以上的长直线。 （2 2）在乡间平原，由于景色单调，情绪受影响，希望尽快）在乡间平原，由于景色单调，情绪受影响，希望尽快 驶完直线，故应将直线控制在驶完直线，故应将直线控制在20V20V以内。以内。 （3 3）在戈壁、大草原，由于地形特殊，设置弯道已不能改）在戈壁、大草原，由于地形特殊，设置弯道已不能改 善单调状况，故采用直线更好。善单调状况，故采用直线更好。 （一）（一）基本型基本型 按直线按直线回旋线回旋线11 圆曲线圆曲线回旋线回旋线22直线直线 的顺序组合，如图所示的顺序组合，如图所示 。 回旋线参数与回旋回旋线参数与回旋 线参数可相等，也可不线参数可相等，也可不 相等，各线形要素的比相等，各线形要素的比 例宜按例宜按1 1：1 1：1 1设置。设置。 三、回旋线的运用 图2-19 基本型 （二）（二）S S型型 两反向曲线用回旋线两反向曲线用回旋线 连接的组合，如图所示。连接的组合，如图所示。 回旋线参数回旋线参数A A 1 1 与回旋与回旋 线参数线参数A A 2 2 宜相等；不相等宜相等；不相等 时，时，A A 1 1 /A/A 2 2 2.02.0。 回旋线间不宜设短直回旋线间不宜设短直 线，需大于线，需大于2V2V，不得已时，不得已时 可采用可采用P50P50式式2-702-70计算其短计算其短 直线。直线。 半径比半径比R R 2 2 /R/R 1 1 =1=11/31/3， R R2 2 为小圆半径，为小圆半径，R R 1 1 为大圆为大圆 半径。半径。 图2-20 S型 （三）卵型（三）卵型 用一个回旋线连接用一个回旋线连接 两个同向圆曲线的组合两个同向圆曲线的组合 ，如图，如图2-212-21所示。所示。 回旋线参数回旋线参数A A应满应满 足足规范规范要求，且满要求，且满 足：足： 两圆曲线半径之比两圆曲线半径之比 的界限：的界限： 两圆曲线的间距两圆曲线的间距D D 的界限：的界限： 图图2-212-21 卵型卵型 （四）（四）凸型凸型 两同向回旋线径相衔两同向回旋线径相衔 接的组合如图接的组合如图2-222-22所示，所示， 仅在特殊情况下采用。仅在特殊情况下采用。 设置凸型曲线的几何设置凸型曲线的几何 条件为：条件为： = = 1 1 + + 2 2 回旋线参数和圆曲线回旋线参数和圆曲线 一般最小半径均需符合容一般最小半径均需符合容 许值的要求。许值的要求。 图图2-222-22凸型凸型 （五）（五）复合型复合型 两个以上同向回旋两个以上同向回旋 线间在曲率相等处相互线间在曲率相等处相互 连接的形式如图所示。连接的形式如图所示。 回旋线参数之比宜回旋线参数之比宜 为：为：A1A1：A2=1A2=1：1.51.5 图图2-232-23 复合型复合型 （六）（六）C C型型 同向曲线的两同向曲线的两 回旋线在曲率为零回旋线在曲率为零 处径相衔接的组合处径相衔接的组合 。没有直线长度，。没有直线长度， 对行车和线形都带对行车和线形都带 来一些不利的影响来一些不利的影响 ，如图所示，仅在，如图所示，仅在 特殊情况下采用。特殊情况下采用。 图图2-242-24 C C型型 8 8个个 见书见书P5-52P5-52 四、平面线形设计要求 直线、曲线及转角表直线、曲线及转角表能全面反映路线的平面能全面反映路线的平面 位置和路线平面线形的各项指标，它是道路设计位置和路线平面线形的各项指标，它是道路设计 的主要成果之一。只有在完成的主要成果之一。只有在完成“ “直线、曲线及转角直线、曲线及转角 表表” ”后，才能据此计算后，才能据此计算“ “逐桩坐标表逐桩坐标表” ”和绘制和绘制“ “路线路线 平面设计图平面设计图” ”，同时在作路线的纵断面设计、横断，同时在作路线的纵断面设计、横断 面设计和其他构造物设计时都要使用本表的数据面设计和其他构造物设计时都要使用本表的数据 。 一、直线、曲线及转角表 第九节 平面设计成果 1 1坐标系统的采用坐标系统的采用 根据测区内原坐标系统，一般可作下列根据测区内原坐标系统，一般可作下列几种选择几种选择： （1 1）采用统一的高斯正投影）采用统一的高斯正投影33带平面直角坐标系统；带平面直角坐标系统； （2 2）采用高斯正投影）采用高斯正投影33带或任意带平面直角坐标系统，带或任意带平面直角坐标系统， 投影面可采用投影面可采用19851985年国家高程基准、测区抵偿高程面或测区年国家高程基准、测区抵偿高程面或测区 平均高程面；平均高程面； （3 3）三级和三级以下公路、独立桥梁、隧道及其他构造）三级和三级以下公路、独立桥梁、隧道及其他构造 物等小测区，可不经投影，采用平面直角坐标系统在平面上物等小测区，可不经投影，采用平面直角坐标系统在平面上 直接进行计算；直接进行计算； （4 4）在已有平面控制网的地区，应尽量沿用原有的坐标）在已有平面控