《平面设计》 (2)ppt课件

1、l2.1 概述l2.2 直线l2.3汽车行驶的横向稳定性与圆曲线l2.4 缓和曲线l2.5 平面线形设计l2.6 道路平面设计成果l需进一步研讨的问题 一、路一、路 线线 道路是一条三维空间的实体。道路是一条三维空间的实体。 它是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设它是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设备所组成的线形构造物。备所组成的线形构造物。 道路：是指道路中线的空间位置。道路：是指道路中线的空间位置。 道路平面图：道路在程度面上的投影。道路平面图：道路在程度面上的投影。 道路纵断面图：沿道路中线的竖向剖面图，再行道路纵断面图：沿道路中线的竖向剖面图，再行展开即是道路的纵断面。展开即

2、是道路的纵断面。 道路横断面图：道路中线上恣意一点的法向切面道路横断面图：道路中线上恣意一点的法向切面是道路在该点横断面。是道路在该点横断面。 第一节第一节 道路平面线形概述道路平面线形概述 待续待续n 道路平面设计：在道路平面图上研讨道路的根本道路平面设计：在道路平面图上研讨道路的根本走向及线形的过程。走向及线形的过程。n 道路纵断面设计：在道路纵断面图上研讨道路纵道路纵断面设计：在道路纵断面图上研讨道路纵坡及坡长的过程。坡及坡长的过程。n 道路横断面设计：在道路横断面图上研讨路基断道路横断面设计：在道路横断面图上研讨路基断面外形的过程。面外形的过程。 n 道路设计：指确定道路空间位置和各部

3、分几何尺道路设计：指确定道路空间位置和各部分几何尺寸的任务。寸的任务。二、平面线形设计的根本要求二、平面线形设计的根本要求n行驶中汽车的轨迹的几何特征：行驶中汽车的轨迹的几何特征：n1 1轨迹延续。这个轨迹是延续的和圆滑的，即轨迹延续。这个轨迹是延续的和圆滑的，即在任何一点上下出现错头和破折；在任何一点上下出现错头和破折；一汽车行驶轨迹一汽车行驶轨迹n2 2曲率延续。其曲率是延续的，即轨迹上任一曲率延续。其曲率是延续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率的值。点不出现两个曲率的值。n3 3曲率变化延续。其曲率的变化率是延续的，曲率变化延续。其曲率的变化率是延续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的

4、值。即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。l二平面线形要素二平面线形要素行驶中汽车的导向轮与行驶中汽车的导向轮与车身纵轴之间的关系：车身纵轴之间的关系： 1 1角度为零：角度为零： 2 2角度为常数：角度为常数： 3 3角度为变数：角度为变数：汽车行驶轨迹线汽车行驶轨迹线曲率为曲率为00直线直线曲率为常数曲率为常数圆曲线圆曲线曲率为变数曲率为变数缓和曲缓和曲线线 现代道路平面线形正是由上述三种根本线形构现代道路平面线形正是由上述三种根本线形构成的，称为平面线形三要素。成的，称为平面线形三要素。 本章讨论的内容三要素之间的合理组合与配置。本章讨论的内容三要素之间的合理组合与配置。BACK第二节

5、第二节 直线直线一、直线的特点一、直线的特点n 直线间隔短，直捷，通视条件好。直线间隔短，直捷，通视条件好。n 汽车在直线上行驶受力简单，方向明确，驾驶操作汽车在直线上行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易。简易。n 便于测设。便于测设。n直线线形大多难于与地形相协调，假设长度运用不直线线形大多难于与地形相协调，假设长度运用不当，不仅破坏了线形的延续性，也不便到达线形设计当，不仅破坏了线形的延续性，也不便到达线形设计本身的协调。本身的协调。n过长的直线易使驾驶人感到单调、疲倦，难以目测过长的直线易使驾驶人感到单调、疲倦，难以目测车间间隔。车间间隔。二、直线的运用二、直线的运用 1. 1. 宜采用

6、直线线形的路段：宜采用直线线形的路段：1 1不受地形、地物限制的平坦地域或山间的开阔不受地形、地物限制的平坦地域或山间的开阔谷地；谷地；2 2市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等以直线市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等以直线条为主的地域；条为主的地域；3 3长的桥梁、隧道等构造物路段；长的桥梁、隧道等构造物路段； 4 4道路交叉点及其前后；道路交叉点及其前后；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。1在直线上纵坡不宜过大，因长直线再加下陡坡在直线上纵坡不宜过大，因长直线再加下陡坡更易导致高速度。更易导致高速度。2长直线与大半径凹竖曲线组合为宜，这样可以长直线与大半径凹竖曲线组合

7、为宜，这样可以使生硬呆板的直线得到一些缓和。使生硬呆板的直线得到一些缓和。2. 当采用长的直线线形时，应留意的问题：当采用长的直线线形时，应留意的问题：待待续续2. 当采用长的直线线形时，应留意的问题：当采用长的直线线形时，应留意的问题：3道路两侧过于空阔时，宜采取植不同树种或设道路两侧过于空阔时，宜采取植不同树种或设置一定建筑物、雕塑、广告牌等措施，以改善单调置一定建筑物、雕塑、广告牌等措施，以改善单调的景观。的景观。4长直线或长下坡的尽头的平曲线，除曲线半径、长直线或长下坡的尽头的平曲线，除曲线半径、超高、视距等必需符合规定外，还必需采取设置标超高、视距等必需符合规定外，还必需采取设置标志

8、、添加路面抗滑才干等平安措施。志、添加路面抗滑才干等平安措施。 规定：直线的最大与最小长度应有所限制。规定：直线的最大与最小长度应有所限制。一条公路的直线与曲线的长度设计应合理。一条公路的直线与曲线的长度设计应合理。 德国规定直线的最大长度以德国规定直线的最大长度以m m计为计为20V20V计算行计算行车速度，车速度，km/hkm/h适于高速公路适于高速公路V100km/hV100km/h。 公道路形首先思索的不是在平面线形上尽量多采用公道路形首先思索的不是在平面线形上尽量多采用直线，或者是必需由延续的曲线所构成，而是必需直线，或者是必需由延续的曲线所构成，而是必需采用与自然地形相协调的线形。

9、采用与自然地形相协调的线形。 合理利用地形和防止采用长直线。合理利用地形和防止采用长直线。3. 最大直线长度问题：最大直线长度问题：1同向曲线间的直线最小长度同向曲线间的直线最小长度：同向曲线间的最短直线长度以不小于设计速：同向曲线间的最短直线长度以不小于设计速度的度的6倍为宜倍为宜6V。三、直线的最小长度三、直线的最小长度2反向曲线间的直线最小长度反向曲线间的直线最小长度n 规定：反向曲线间最小直线长度以规定：反向曲线间最小直线长度以m m计以计以不小于设计速度以不小于设计速度以kmkmh h计的计的2 2倍为宜。倍为宜。 BACKl一、圆曲线的几何要素l二、汽车行驶横向稳定性l三、圆曲线半

10、径 一、圆曲线的几何元素一、圆曲线的几何元素各级公路和城市道路不论转角大小均应设置平曲线，各级公路和城市道路不论转角大小均应设置平曲线，而圆曲线是平曲线中的主要组成部分。而圆曲线是平曲线中的主要组成部分。道路平面线形中常用的单曲线、复曲线、双交点或道路平面线形中常用的单曲线、复曲线、双交点或多交点曲线、虚交点曲线、回头曲线等中普通均包多交点曲线、虚交点曲线、回头曲线等中普通均包含了圆曲线。含了圆曲线。圆曲线具有易与地形相顺应、可循性好、线形美观、圆曲线具有易与地形相顺应、可循性好、线形美观、易于测设等优点，运用非常普遍。易于测设等优点，运用非常普遍。 第三节 汽车行驶的横向稳定性与圆曲线n圆曲

11、线几何元素为：圆曲线几何元素为：L2TJ1)2R(secER180L2RtgT计算基点为交点里程桩号，记为计算基点为交点里程桩号，记为JDJD， ZY=JD-TZY=JD-T YZ=ZY+L YZ=ZY+L QZ=ZY+L/2 QZ=ZY+L/2 JD=QZ+J/2 JD=QZ+J/2曲线主点里程桩号计算：曲线主点里程桩号计算：BACK二、汽车行驶的横向稳定性二、汽车行驶的横向稳定性n 汽车在平曲线上行驶时会产生离心力，其作用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，方向程度背叛圆心。点在汽车的重心，方向程度背叛圆心。 gRGvF2n受力分析：受力分析：n 横向力横向力X失稳失稳

12、n 竖向力竖向力Y稳定稳定1 1汽车在平曲线上行驶时力的平衡汽车在平曲线上行驶时力的平衡n 离心力离心力n将离心力将离心力F F与汽车重力与汽车重力G G分解为平行于路面的横向分解为平行于路面的横向力力X X和垂直于路面的竖向力和垂直于路面的竖向力Y Y， GcosFsinYGsinFcosX 由 于 路 面 横 向 倾 角由 于 路 面 横 向 倾 角 普 通 很 小 ， 那 么普 通 很 小 ， 那 么sintg=ihsintg=ih，cos1cos1，其中，其中ihih称为横向超高称为横向超高坡度，坡度，n将离心力将离心力F F与汽车重力与汽车重力G G分解为平行于路面的横向分解为平行于

13、路面的横向力力X X和垂直于路面的竖向力和垂直于路面的竖向力Y Y， 采用横向力系数来衡量稳定性程度，其意义为单位车采用横向力系数来衡量稳定性程度，其意义为单位车重的横向力，即重的横向力，即GcosFsinYGsinFcosX)igRv(GGigRGvGiFXh2h2hh2igRvGXh2iR127Vl横向倾覆：汽车在平曲线上行驶时，由于横向力的横向倾覆：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。作用，使汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆。l汽车内侧车轮支反力汽车内侧车轮支反力N1N1为为0 0。 2.2.横向倾覆条件分析横向倾覆条件分析l倾覆力矩等于倾

14、覆力矩等于或大于稳定力或大于稳定力矩。矩。l倾覆力矩：倾覆力矩：XhgXhg横向倾覆平衡条件分析：横向倾覆平衡条件分析：2bG2bG)(Fi2bYhn 稳定力矩：稳定力矩：b汽车轮距m；hg汽车重心高度ml倾覆力矩：倾覆力矩：XhgXhg横向倾覆平衡条件分析：横向倾覆平衡条件分析：2bGXhggh2bGX2bG2bG)(Fi2bYhn 稳定力矩：稳定力矩：n 稳定、平衡条件：稳定、平衡条件：)i2hb127(VRhg2minh2iR127Vn 汽车在平曲线上行驶时，不产生横向倾覆的最小平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曲线半径R minR min：3.3.横向滑移条件分析横

15、向滑移条件分析n 横向滑移：汽车在平曲线上行驶时，因横向力的存横向滑移：汽车在平曲线上行驶时，因横向力的存在，能够使汽车沿横向力的方向产生横向滑移。在，能够使汽车沿横向力的方向产生横向滑移。n 横向力大于轮胎和路面之间的横向附着力。横向力大于轮胎和路面之间的横向附着力。n 极限平衡条件：极限平衡条件：hhGYXhGX横向滑移稳定条件：横向滑移稳定条件：h)i127(VRhh2或4 4横向稳定性的保证横向稳定性的保证n 汽车在平曲线上行驶时的横向稳定性主要取决于汽车在平曲线上行驶时的横向稳定性主要取决于横向力系数横向力系数值的大小。值的大小。n 现代汽车在设计制造时重心较低，普通现代汽车在设计制

16、造时重心较低，普通b2hgb2hg，而而 h0.5,h0.5,即即n 汽车在平曲线上行驶时，在发生横向倾覆之前先产汽车在平曲线上行驶时，在发生横向倾覆之前先产生横向滑移景象。生横向滑移景象。n 在道路设计中只需保证不产生横向滑移景象发生，在道路设计中只需保证不产生横向滑移景象发生，即可保证横向稳定性。即可保证横向稳定性。 n保证横向稳定性的条件：保证横向稳定性的条件：h)i127(VRhh2或ghh2bBACKXY一计算公式与要素一计算公式与要素根据汽车行驶在曲线上力的平衡式计算曲线半径：根据汽车行驶在曲线上力的平衡式计算曲线半径：三、圆曲线半径三、圆曲线半径GsinFcosX)igRvG(G

17、igRGvGiFXh2h2hh2iR127V一计算公式与要素一计算公式与要素n根据汽车行驶在曲线上力的平衡式计算曲线半径：根据汽车行驶在曲线上力的平衡式计算曲线半径：)(1272hiVRn式中：式中：V计算行车速度，计算行车速度，km/h；n 横向力系数；横向力系数；n ih超高横坡度；超高横坡度；n i1路面横坡度。路面横坡度。n当设超高时当设超高时 ：)(12712iVRn不设超高时不设超高时 ：1 1危及行车平安危及行车平安 汽车能在弯道上行驶的根本前提是轮胎不在路面汽车能在弯道上行驶的根本前提是轮胎不在路面上滑移，这就要求横向力系数上滑移，这就要求横向力系数低于轮胎与路面之低于轮胎与路

18、面之间所能提供的横向摩阻系数间所能提供的横向摩阻系数h :h : h h h h与车速、路面种类及形状、轮胎形状等有关，与车速、路面种类及形状、轮胎形状等有关，普通在枯燥路面上约为普通在枯燥路面上约为0.40.40.80.8，在潮湿的黑色路，在潮湿的黑色路面上汽车高速行驶时，降低到面上汽车高速行驶时，降低到0.250.250.400.40。路面结。路面结冰和积雪时，降到冰和积雪时，降到0.20.2以下，在光滑的冰面上可降以下，在光滑的冰面上可降到到0.060.06不加防滑链。不加防滑链。1 1横向力系数横向力系数对行车的影响及其值确实定：对行车的影响及其值确实定：l2 2添加驾驶支配的困难添加

19、驾驶支配的困难n弯道上行驶的汽车，在横向力作用下，弹性的轮弯道上行驶的汽车，在横向力作用下，弹性的轮胎会产生横向变形，使轮胎的中间平面与轮迹前胎会产生横向变形，使轮胎的中间平面与轮迹前进方向构成一个横向偏移角。添加了汽车在操控进方向构成一个横向偏移角。添加了汽车在操控上的难度上的难度n3 3添加燃料耗费和轮胎磨损添加燃料耗费和轮胎磨损n 使车辆的燃油耗费和轮胎磨损添加。使车辆的燃油耗费和轮胎磨损添加。n 横向力系数横向力系数 燃料耗费燃料耗费% % 轮胎磨损轮胎磨损% %n 0 100 1000 100 100n 0.05 105 160 0.05 105 160n 0.10 110 220

20、0.10 110 220n 0.15 115 300 0.15 115 300n 0.20 120 390 0.20 120 3904 4行旅不温馨行旅不温馨 值的增大，乘车温馨感恶化。值的增大，乘车温馨感恶化。 当当0.100.10时，不感到有曲线存在，很平稳；时，不感到有曲线存在，很平稳； 当当= 0.15= 0.15时，稍感到有曲线存在，尚平稳；时，稍感到有曲线存在，尚平稳； 当当= 0.20= 0.20时，己感到有曲线存在，稍感不稳定；时，己感到有曲线存在，稍感不稳定； 当当= O.35= O.35时，感到有曲线存在，不稳定；时，感到有曲线存在，不稳定； 当当= 0.40= 0.40时

21、，非常不稳定，有倾车的危险感。时，非常不稳定，有倾车的危险感。的温馨界限，由的温馨界限，由0.11到到0.16随行车速度而变化，设随行车速度而变化，设计中对高、低速路可取不同的数值。计中对高、低速路可取不同的数值。 美国美国AASHTO以为以为V 70km/h时时=0.16，V=80 km/h时，时，= 0.12是温馨感的界限。是温馨感的界限。 规定：规定： 高速公路、一级公路的超高横坡度不应大于高速公路、一级公路的超高横坡度不应大于10%10%， 其它各级公路不应大于其它各级公路不应大于8%8%。 在积雪冰冻地域，最大超高横坡度不宜大于在积雪冰冻地域，最大超高横坡度不宜大于6%6%。2 2关

22、于最大超高：关于最大超高：ihn 中规定的最小平曲线半径是汽车在曲线部分中规定的最小平曲线半径是汽车在曲线部分能平安而又顺适的行驶的条件而确定的。能平安而又顺适的行驶的条件而确定的。n最小平曲线半径的本质是汽车行驶在公路曲线部分最小平曲线半径的本质是汽车行驶在公路曲线部分时，所产生的离心力等横向力不超越轮胎与路面的时，所产生的离心力等横向力不超越轮胎与路面的摩阻力所允许的界限，并使乘车人觉得良好的曲线摩阻力所允许的界限，并使乘车人觉得良好的曲线半径值。半径值。二最小半径的计算二最小半径的计算)i127(VRh2是各级公路按设计速度行驶的车辆能保证平安行车是各级公路按设计速度行驶的车辆能保证平安行车的最小允许半径。的最小允许半径。1 1极限最小半径极限最小半径)i127(VRh2 普通最小半径是指各级公路按设计速度行驶的车辆普通最小半径是指各级公路按设计速度行驶的车辆能保证平安、温馨行车的最小允许半径。能保证平安、温馨行车的最小允许半径。2 2普通最小半径普通最小半径)i127(VRh2 圆曲线半径大于一定数值时，可以不设置超高，而圆曲线半径大于一定数值时，可以不设置超高，而允许设置等于直线路段路拱的反超高。允许设置等于直线路段路拱的反超高。 从行驶的温馨性思索，必需把横向力系数控制