《公路平面设计》PPT课件

第二章公路平面设计,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,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。,受力分析：横向力X失稳竖向力Y稳定,（一）离心力的计算,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。,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,横向滑移：,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,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：,稳定力矩：,倾覆力矩：Xhg,稳定力矩：,稳定、平衡条件：,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Rmin：,3、横向稳定性的保证,现代汽车在设计制造时重心较低，一般b2hg，而hZ0（轨迹线与障碍线间的距离）要清除。当横净距ZZ0时无需清除障碍。,五、平面视距保证,（一）视距包络图视距包络图的作图步骤：（1）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）、路中心线和行车轨迹线。行车轨迹线是距加宽前路面边缘1.5m处的轨迹线，有缓和曲线时也应示出。（2）量取设计视距长度定出1点。由平曲线的起点与终点向直线方向沿轨迹线量取。（3）从1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。,（4）用直线分别连接相应各点，即保持弧长为视距长度。（5）用曲线板内切于各交叉点，画出内切曲线，即为视距包络线。（6）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，轨迹线至包络线间的距离就是横净距。（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。,1平面线形应直捷、连续、顺适，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调；2行驶力学上的要求是最基本的，视觉和心理上的要求对高速路应尽量满足；3保持平面线形的均衡与连贯；线形要素应保持连续性，不应出现技术指标的突变，并注意：1）长直线尽头不能接小半径曲线，特别是下坡方向的尽头；2）高、低指标间的使用应有过渡段。4应避免连续急弯的线形,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。1适宜采用直线路段（1）不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地。（2）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。（3）长大桥梁、隧道等构造物路段。（4）路线交叉点及其前后。（5）双车道公路提供超车的路段。,二、直线的运用,2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。若确实需要采用长直线，则应采用相应的措施予以弥补。如：（1）长直线上纵坡不宜过大。（2）长直线与大半径凹形竖曲线组合为宜。（3）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。（4）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。,3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HZ至直线与缓和曲线起点的交点ZH或圆曲线终点与直线的交点YZ至直线与圆曲线起点的交点ZY）应有一定的直线长度。对于同向曲线间的直线最小长度，规范中规定在通常情况下应以6V控制，若无法满足其要求，则应将同向曲线改成复曲线。对于反向曲线间的直线最小长度，规范中规定应以2V控制，否则以设置缓和曲线相连。,4直线长度的限制通过调查100km/h的车速时驾驶员与乘客的心理反应和感受，得出以下规律：（1）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20V以上的长直线。（2）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20V以内。（3）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。,（一）基本型按直线回旋线1圆曲线回旋线2直线的顺序组合，如图所示。回旋线参数与回旋线参数可相等，也可不相等，各线形要素的比例宜按1：1：1设置。,三、回旋线的运用,图2-19基本型,（二）S型两反向曲线用回旋线连接的组合，如图所示。回旋线参数A1与回旋线参数A2宜相等；不相等时，A1/A22.0。回旋线间不宜设短直线，需大于2V，不得已时可采用P50式2-70计算其短直线。半径比R2/R1=11/3，R2为小圆半径，R1为大圆半径。,图2-20S型,（三）卵型用一个回旋线连接两个同向圆曲线的组合，如图2-21所示。回旋线参数A应满足规范要求，且满足：两圆曲线半径之比的界限：两圆曲线的间距D的界限：,图2-21卵型,（四）凸型两同向回旋线径相衔接的组合如图2-22所示，仅在特殊情况下采用。设置凸型曲线的几何条件为：=1+2回旋线参数和圆曲线一般最小半径均需符合容许值的要求。,图2-22凸型,（五）复合型两个以上同向回旋线间在曲率相等处相互连接的形式如图所示。回旋线参数之比宜为：A1：A2=1：1.5,图2-23复合型,（六）C型同向曲线的两回旋线在曲率为零处径相衔接的组合。没有直线长度，对行车和线形都带来一些不利的影响，如图所示，仅在特殊情况下采用。,图2-24C型,8个见书P5-52,四、平面线形设计要求,直线、曲线及转角表能全面反映路线的平面位置和路线平面线形的各项指标，它是道路设计的主要成果之一。只有在完成“直线、曲线及转角表”后，才能据此计算“逐桩坐标表”和绘制“路线平面设计图”，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。,一、直线、曲线及转角表,第九节平面设计成果,1坐标系统的采用根据测区内原坐标系统，一般可作下列几种选择：（1）采用统一的高斯正投影3带平面直角坐标系统；（2）采用高斯正投影3带或任意带平面直角坐标系统，投影面可采用1985年国家高程基准、测区抵偿高程面或测区平均高程面；（3）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直接进行计算；（4）在已有平面控制网的地区，应尽量沿用原有的坐标系统，如精度不合要求，也应充分利用其点位，选用其中一点的坐标及含此点的方位角，作为平面控制的起算依据。,二、逐桩坐标表,2中桩坐标的计算“逐桩坐标”即各中桩的坐标，其计算和测量的方法是按“从整体到局部”的原则进行的。其步骤如下：（1）计算导线点坐标（2）计算交