第章城市道路线形ppt课件.ppt

第8章城市道路线形 主要介绍城市道路平面规划设计及道路纵断面规划设计等内容 道路是一条三维空间的带状构造物 几何尺寸描述了道路的空间形态 道路在水平面上的投影称作路线的平面 平面中间位置的一条纵向线即为道路的中线 沿中线竖直剖切再行展开的道路剖面即是路线的纵断面 与中线垂直的道路法向切面是道路的横断面 路线几何设计是指确定路线空间位置的工作 包括 路线平面设计 路线纵断面设计 横断面设计 三者关系 既要分别进行 又相互关联 需综合考虑 特别是现代道路许多新的技术要求更是需要进行三维的协调设计 8 1道路平面规划设计8 1 1概述 路线 道路中心线路线线形 道路中心线的空间形状道路平面线形 道路中心线在水平面上的投影道路平面 道路路幅范围在水平面上的投影城市道路平面设计 在城市道路系统规划基础上进行的 根据道路系统规划确定的线路走向 路与路之间的方位关系 确定城市道路的平面位置 选定合适的平面线形及各种设施的平面布置 汽车行驶轨迹与道路平面线形 大量的观测和研究表明 行驶中的汽车 其导向轮旋转面与车身纵轴之间的关系对应的行驶轨迹为 1 角度为0时 汽车的行驶轨迹为直线 2 角度不变时 汽车的行驶轨迹为圆曲线 3 角度匀速变化时 汽车的行驶轨迹为缓和曲线 行驶中的汽车 其轨迹在几何性质上有以下特征 1 轨迹是连续和圆滑的 2 曲率是连续的 3 曲率的变化是连续的 直线一圆曲线一直线符合第 1 条规律直一缓一圆一缓一直符合第 1 2 条规律 8 1 1概述 平面线形指道路中心线在水平面上的投影线 一般由直线和平面曲线 平曲线 构成 平面线形三要素 直线 曲率为零 曲率半径为无穷大 的线形 圆曲线 曲率为常数的线形 缓和曲线 曲率为变数的线形 8 1道路平面规划设计8 1 1概述 曲率不连续的路线 曲率连续的路线 平面设计的主要内容 平面线形设计 包括直线 圆曲线 缓和曲线各自的设计及其组合设计 同时要考虑行车视距问题 弯道部分的特殊设计 如弯道加宽 弯道超高等 沿线桥梁 隧道 道口 平面交叉口 广场和停车场等的平面布设 分隔带及其断口的平面布置 路侧带缘石断口的平面布置 道路照明及道路绿化的平面布置 8 1道路平面规划设计8 1 1概述 1直线 tangent 具有路线短捷 缩短里程 行车方向明确 视距良好 行车快速 驾驶操作简单的特点 同时 直线线形简单 容易测设 另外 直线路段能提供较好的超车条件 注意事项 直线长度要适中 太短不利于相邻圆曲线的连接 太长容易引起疲劳驾驶 8 1道路平面规划设计8 1 2道路平面线性设计要素 国内关于直线的最大长度还没有统一标准 国外资料显示 直线最大长度以3分钟的行程为限比较理想 德国和日本 直线的最大长度 以米计 为20 苏联 8km 美国 3mile 4 83km 1 直线 tangent 8 1道路平面规划设计8 1 2道路平面线性设计要素 1 直线 tangent 当车速 60公里 小时 应满足 同向曲线间的最小直线长度宜 6倍设计车速反向曲线间的最小直线长度宜 2倍设计车速当车速小于60公里 小时 地形条件困难时 直线长度应满足设置缓和曲线的需要 8 1道路平面规划设计8 1 2道路平面线性设计要素 2 圆曲线 circularcurve 在平面线形中 圆曲线常在路线遇到障碍或地形需要改变方向时设置 各级道路无论转角大小均应设置圆曲线 圆曲线能较好地适应地形变化 易与地形 地物 景观等配合协调 圆曲线配合得当 可获得圆滑舒顺的路线 圆曲线设计重在曲线半径与曲线长度确定 8 1道路平面规划设计8 1 2道路平面线性设计要素 圆曲线要素 曲线半径R m 曲线转角 度 圆曲线长L R 180 m 切线长T R tg 2 m 外距E R sec 2 1 m 圆曲线的半径与长度 式中m 汽车的质量 kg G 汽车的重量 N g 重力加速度 9 81m s2 v 汽车行驶速度 m s V 计算行车速度 km h R 圆曲线半径 m 弯道内侧 弯道外侧 把作用在汽车上 通过重心 的汽车重力G和水平方向的离心力C沿垂直于路面方向和平行于路面方向进行分解 可以把离心力所提取的 指向运动轨迹外侧的水平力称为横向力 则横向力为 由于 很小 故 于是有 式中 道路横坡 表示车辆在弯道内侧车道上行驶 表示车辆在未设超高的曲线外侧车道上行驶 单位车重的横向力称为横向力系数 表示汽车在做圆周运动时 每单位车辆所受的横向力 即汽车 乘客 车上装载物所受到的横向力与其自身重量的比值 把上式移项 可得圆曲线半径的计算公式 式中V 计算行车速度 km h 横向力系数 道路横坡 表示车辆在未设超高的曲线外侧车道上行驶 表示车辆在曲线外内车道上行驶 不设超高的最小半径 指道路半径较大 离心力较小时 汽车若沿双向路拱外侧行驶时 路面的摩擦力足以保证汽车安全行驶所采用的最小半径 在计算过程中 公路一般 采用0 035 城市道路一般 采用0 067 极限最小半径 指圆曲线半径采用的极限最小值 它指当地形困难或条件受限制时方可使用 采用极限最小半径时 设置最大超高 城市道路在郊区的超高横坡度可采用2 6 一般采用0 15 一般最小半径 指设超高时的推荐半径 其数值介于不设超高的最小半径和极限最小半径之间 超高值随半径增大而按比例减小 由式3 2 7算出的R值 称为圆曲线不设超高容许的最小半径 3 小半径弯道路面的超高与加宽1 超高设置如果因为地形 地物的原因 道路实际允许的最大转弯半径小于不设超高的圆曲线的最小半径时 车辆在弯道外侧行驶就要减速 否则就会产生过大的横向力 为了减小横向力 就需要把弯道外侧横坡做成与内侧同向的单向横坡 即称为超高横坡度i超 式中V 计算行车速度 km h R 圆曲线半径 m 横向力系数 0 10时 感觉平稳 0 15时 略感有曲线存在 感觉尚平稳 0 20时 感到有曲线存在 略感不平稳 0 35时 感到有曲线存在且不平衡 0 40时 感到很不稳定 站立不住 有倾倒危险 由公式可知 圆曲线半径越大 横向力系数越小 汽车就越安全 所以从汽车行驶稳定的角度出发 圆曲线半径越大越好 但有时因受地形 地质 地物等因素的影响 圆曲线半径不可能布设得很大 往往会采用小半径的圆曲线半径 但是如果半径选用太小 又会使汽车行驶不稳定 影响行车安全 所以必须综合考虑行车安全 迅速 舒适和经济 并兼顾美观 来求出合理的最小半径 以保证满足某种程度的行车要求 为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力 在该路段横断面上设置的外侧高于内侧的单向横坡 称之为超高 为了克服离心力 保证行车安全 在曲线段将双面坡做成单面坡 超高缓和段 为了使道路从直线段的双坡面顺利转换到具有超高的单坡面 需要一个渐变的过渡段 超高缓和段的设置 为保证安全 各等级道路设计超高时应满足最大超高横坡度的要求 2 加宽设置为了保证汽车在转弯时不侵占相邻车道 凡小于250m半径的曲线路段均需要加宽 对于双车道路面总加宽值可按下式确定 式中e 双车道加宽值 m V 计算行车速度 km h L 小型汽车 普通汽车前保险杠至后轴轴心线的距离 铰接车前保险杠到中轴轴心线的距离 m R 设加宽的圆曲线半径 m 当道路有三四条车道时 可按e的一倍半 两倍来计算车道总加宽值 更多车道可以此类推 4 缓和曲线 transitioncurve 设置目的 缓和离心加速度的急骤变化 且使驾驶员容易做到匀顺地操纵方向盘 提高视觉的平顺度 保持线形的连续性 设置位置 设置在直线与圆曲线间或不同半径的两圆曲线之间缓和曲线的形式 回旋线 双纽线 抛物线 多心复曲线等 8 1道路平面规划设计8 1 2道路平面线性设计要素 缓和曲线的作用 线形缓和若直线与圆曲线径连接 在连接处形成曲率突变点 加入缓和曲线 则曲率渐变 线形圆滑 有良好的视觉效果和心理作用感 行车缓和汽车由直线直接驶入圆曲线其离心力发生了突变 使行车舒适感和安全感受到影响 加入缓和曲线 有利于驾驶员操纵方向盘 超高和加宽缓和为适应汽车转弯的特点 公路在圆曲线上设置有超高和加宽 设置超高和加宽也需要有一个缓和过渡段 设置超高缓和段时 加宽的缓和段长度与超高缓和段长度相等不设置超高时 加宽缓和段长度应按加宽侧路面边缘宽度渐变率1 15 1 30设置 最短不小于15 20m 城市道路最小缓和曲线的长度 在宽阔的平原微丘区 路线应直捷顺畅 在起伏的山岭和丘陵地区 线形以曲线为主 在没有任何障碍物的戈壁 草原等开阔地区 应以直线为主 5 平面线形组合 简单型曲线 当一个弯道由直线与圆曲线组合时叫简单型曲线 即按直线 圆曲线 直线的顺序组合 8 1道路平面规划设计8 1 2道路平面线性设计要素 5 平面线形组合 基本型曲线 按直线 回旋线 圆曲线 回旋线 直线的顺序组合的曲线称为基本型 8 1道路平面规划设计8 1 2道路平面线性设计要素 5平面线形组合 S型 两个反向圆曲线用两段回旋线连接的组合线形形式 8 1道路平面规划设计8 1 2道路平面线性设计要素 5平面线形组合 8 1道路平面规划设计8 1 2道路平面线性设计要素 5平面线形组合 8 1道路平面规划设计8 1 2道路平面线性设计要素 8 1 3行车视距 指从驾驶员视线高度 1 1 1 2米 能看到汽车前方车道上高为10厘米的物体顶点的距离内 沿车道中心线量得的长度 为了行车安全 驾驶人员应能随时看到汽车前面相当远的一段路面 一旦发现前方道路上有障碍物或迎面来车 能及时采取措施 避免相撞所必须的最短距离 停车视距会车视距超车视距 8 1道路平面规划设计 8 1 3行车视距 1 停车视距 驾驶员发现障碍物到汽车在障碍物前停车所需要的最短距离 安全间距S3 5m 8 1道路平面规划设计 2 会车视距 两辆对向行驶的汽车在同一车道上相遇 及时刹车所必需的最短距离 会车视距大约是停车视距的2倍 8 1 3行车视距 8 1道路平面规划设计 3 超车视距 8 1 3行车视距 8 1道路平面规划设计 汽车在直线上行驶时 会车视距 停车视距和超车视距是容易保证的 汽车在弯道上行驶时 弯道内侧树木 路堑边坡及建筑物等可能会阻挡行车视线 要保证汽车的平面视距 必须清除弯道内侧一定范围内的障碍物 4 平面线形视距的保证 为使高速公路上车辆之间保持安全距离 通常采用200米 150米 100米 50米等距离法 将标志放在右侧 北京 中国 为使高速公路上车辆之间保持安全距离 通常采用200米 150米 100米 50米等距离法 将标志放在右侧 英国最近采用路面划标线的办法 保持两个波距 英国公路上最近采用路面划标线的办法 使车辆保持两个波距 为使高速公路上车辆之间保持安全距离 通常采用200米 150米 100米 50米等距离法 将标志放在右侧 英国最近采用路面划标线的办法 保持两个波距 道路纵断面 是指沿车行道的中心线所做的剖面 地面线 根据中线各桩点的高程而点绘的一条不规则的折线 反映了沿中线地面的起伏变化情况 设计线 它是经过技术上 经济上以及美学上诸多方面比较后定出的一条有规则形状的几何线 它反映了道路路线的起伏变化情况 施工高度 设计线上各点的标高与地面线上各对应点的标高之差 称为施工高度 施工高度的大小 说明在道路纵断面上需要填土的高度或挖土的深度 8 2 1概述 8 2道路纵断面规划设计 城市道路纵断面设计要求 8 2道路纵断面规划设计 8 2 2纵坡及坡长设计 最大纵坡确定原理 1 汽车动力特性 2 道路等级 3 自然条件 4 工程 运营经济因素 道路最小纵坡一般不小于0 5 特殊路段不小于0 3 8 2道路纵断面规划设计 城市道路机动车道最大纵坡 8 2 2纵坡及坡长设计 8 2道路纵断面规划设计 坡长 变坡点与变坡点之间的水平长度 避险车道 竖曲线 纵断面上两个坡段的变坡处 为了保证行车安全 舒适及视距的需要 用一段纵向曲线来缓和 称为竖曲线 变坡角 相邻两条坡度线的坡角差 通常用坡度值之差代替 用 表示 2 1 tg 2 tg 1 i2 i1 0 凹型竖曲线 8 2 3竖曲线 8 2道路纵断面规划设计 竖曲线的作用 缓冲作用 以平缓曲线取代折线可消除汽车在变坡点的冲击 将竖曲线与平曲线恰当的组合 有利于路面排水和改善行车的视线诱导和舒适感 凸形竖曲线主要控制因素 行车视距 凹形竖曲线的主要控制因素 缓和冲击力 竖曲线的线形 可采用圆曲线或二次抛物线 规范 规定采用二次抛物线作为竖曲线的线形 凹形竖曲线 凸形竖曲线 平 纵组合的设计原则应在视觉上能自然地引导驾驶员的视线 并保持视觉的连续性 注意保持平 纵线形的技术指标大小应均衡 使线形在视觉上 心理上保持协调 选择组合得当的合成坡度 以利于路面排水和行车安全 应注意线形与自然环境和景观的配合与协调 8 2 4平纵组合设计 8 2道路纵断面规划设计 平面直线与纵面直线组合 纵坡不变的直线 平面的长直线与纵断面的直坡配合 超车方便 在平坦地区易与地形相适应 但是行车单调 驾驶员易于疲劳 平面直线与竖曲线组合要素 凸型直线 凹型直线 直线上一次变坡是很好的平 纵组合 从美学观点讲以包括一个凸型竖曲线为好 而包括一个凹型线次之 直线中短距离内二次以上变坡会形成反复凸凹的 驼峰 和 凹陷 纵断面上 避免能看到纵坡起伏三次以上 直线与纵断面应避免的组合 只要路线有起伏 就不要采用长直线 平曲线与纵面直线组合组合时要注意平曲线半径与纵坡度协调 要避免急弯与陡坡相重合 平曲线与竖曲线的组合平曲线与竖曲线应相互重合 且平曲线应稍长于竖曲线 竖曲线的起终点最好分别放在平曲线的两个缓和曲线内 其中任一点都不要放在缓和曲线以外的直线上 也不要放在圆弧段之内 平曲线与竖曲线应相互重合 且平曲线应稍长于竖曲线 暗弯与凸形竖曲线组合 以及明弯与凹形竖曲线组合较为合理 且给人一种平顺舒适的感觉 注意避免 暗凹 组合 要避免使凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向