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1、第五章 路线平面计算机辅助设计,道路平面线形概述 圆曲线 缓和曲线 平面线形组合设计 行车视距及其保证 平面设计成果,内容提要,1、交互式平面CAD系统总体设计 1）路线平面计算机辅助设计的任务 2）交互式平面CAD系统的功能与结构 2、导线法平面设计原理,1.路线平面计算机辅助设计的任务,“直线型”设计方法： 根据选定的路线方案和几何标准，定出相适应的直线作为基本单元，将直线转折处用曲线予以连接。 “曲线型”设计方法： 与“直线型”设计方法相反，先根据地形、地物条件设置合适的圆曲线或直线，用适当的回旋线将其相连。,（1）设计方法,（1）设计者根据自己的经验初步定出路线的平面位置，即定出交点位

2、置、平曲线半径和缓和曲线长度； （2）检查所选路线是否满足规范要求及与地形的适应情况； （3）绘制与平面相对应的纵断面地面线图，并设计与之相适应的纵断面； （4）参照纵断面图，考虑地面横坡，协同参照平、纵、横，确定路线方案。,路线平面设计的一般过程：,1.路线平面计算机辅助设计的任务,平面CAD系统人机分工的内容,1.路线平面计算机辅助设计的任务,2.交互式平面CAD系统的功能与结构,（1）系统应能接收和处理不同数据来源的原始资料。 （2）系统应能进行与平面设计有关的线形特征值计算、中线桩号设置与加宽计算、任意桩号的坐标与切线方位角计算。,1、系统的功能,2.交互式平面CAD系统的功能与结构,

3、（3）系统应具有丰富的人机交互设计与修改功能，主要包括： 系统自动进行平曲线组合设计，为设计者提供智能导航。 支持分布式设计 自适应修改功能,1、系统的功能,2.交互式平面CAD系统的功能与结构,（4）信息反馈 （5）数据管理功能 （6）计算结果的输出,1、系统的功能,2.交互式平面CAD系统的功能与结构,（1）数据管理模块 高效的数据管理是事先交互式平面CAD系统各种功能的前提条件。 （2）平面计算模块 平面计算模块应能完成各种等级道路和常用线形组合的计算工作，包括曲线要素、曲线主点坐标、任意桩号坐标的计算以及边线坐标的计算等。,2、交互式平面CAD系统主要功能模块设计,2.交互式平面CAD

4、系统的功能与结构,（3）交互修改模块 平面设计过程中的反复修改和对设计者经验的依赖，决定了交互修改模块是系统的核心。交互修改模块应能够 实现智能导航、分布式设计、自适应修改等功能，而这些功能的实现则依赖于与其他模块的协同工作。,2、交互式平面CAD系统主要功能模块设计,2.交互式平面CAD系统的功能与结构,（4）输入输出模块 系统输入模块是系统其他模块沟通的渠道，通过输入模块将用户输入信息提供给工程数据库，并提供给平面计算模块完成计算工作。输入模块一方面将交互修改或计算结果反馈个给相应功能模块，另一方面将设计成果输出为图表形式。 交互式平面CAD系统流程如图5-2所示。,2、交互式平面CAD系

5、统主要功能模块设计,2.交互式平面CAD系统的功能与结构,二、导线法平面设计原理,第五章 路线平面计算机辅助设计,1.道路平面线形概述,轨迹连续、圆滑 曲率连续 曲率变化连续,（1）汽车行驶轨迹特征,“直线+圆曲线” 切点处曲率不连续,“直线+缓和曲线+圆曲线” 曲率变化不连续,“直线+缓和曲线（三次以上）+圆曲线” 三条特征都满足,规定：平面线形要素采用直线、圆曲线、缓和曲线（回旋线形式）,1.道路平面线形概述,对直线的最大与最小长度应有所限制，从理论上求解非常困难，应根据驾驶员的视觉反应及心理上的承受能力来确定。 直线的最大长度 长直线形多数情况下难与地物、地形相协调；过长直线易使驾驶员感

6、到单调、疲倦，易导致交通事故的发生 。 不宜大于20V（m），V为该路段的设计速度，以km/h为单位。 该项要求不是很严格，特殊地区可特殊考虑。,（2）直线,1.道路平面线形概述, 直线的最小长度,（2）直线,同向曲线 V60km/h，不宜小于6V（m）； 特殊情况下，不宜小于2.5V（m）。,反向曲线 V60km/h，不宜小于2V（m）； V60km/h，可参照执行，但有条件，一般都应不小于2V（m）。,1.道路平面线形概述,直线适用条件 不受地形、地物限制的平坦地区或山涧谷地，例如戈壁滩、草原、大平原等； 市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等； 长大桥梁、隧道等构造物路段； 路线交叉点及其前

7、后路段； 双车道公路提供超车的路段。,（2）直线,2.圆曲线,根据汽车在平曲线上行驶时的受力分析，有,（1）圆曲线最小半径,了确定圆曲线最小半径值，关键是合理确定横向力系数和路拱横向坡度i。,2.圆曲线,选用圆曲线半径时，在地形等条件允许的前提下，应尽量采用大半径曲线，使行车舒适。但半径过大，对测设和施工都不利，且过大的半径，其几何性质与直线无多大差异。 规范规定，圆曲线最大半径以不超过10000m为宜。,（2）圆曲线最大半径,2.圆曲线,一定不能小于Rmin极限； 一般情况下，大于Rmin一般； R应尽可能大一些，有条件应大于Rmin不设。,（3）圆曲线半径值的选定,公 路,城 市 道 路,

8、2.圆曲线,平曲线：道路上除直线外的部分，分为有缓和曲线的和没有缓和曲线的两种。 应大于2ls (2倍缓和曲线长)。 应大于6s行程。 平曲线中的圆曲线和每一个缓和曲线都应大于3s行程。 公路与城市道路设计规范中都给出了各级道路在不同的设计速度下的平曲线、圆曲线最小长度，和最小缓和曲线长度。,（4）平曲线最小长度,城市道路平曲线与圆曲线最小长度,2.圆曲线,一般来说，平曲线的转角都应尽可能地小，使路线直捷。但转角过小，曲线长度看上去要比实际的大，使驾驶者产生急转弯的错觉，这种倾向偏角越小越显著。所以偏角较小时，应设置较长的平曲线，使之形成公路是在顺适转弯的感觉，以避免驾驶者枉作减速转弯的准备。

9、 7为小偏角。 7时，平曲线长度不小于为6s行程。 7时的最小曲线长与成反比例增加， 式中，当2时，取 2 。,（5）关于小偏角的曲线长,2.圆曲线, 简单圆曲线,（6）圆曲线要素及其计算,J=2TL (校正数）,当R R min不设时，采用,ZY(桩号)JD(桩号)T YZ(桩号)ZY(桩号)L QZ(桩号)YZ(桩号)L/2 JD(桩号)QZ(桩号)J/2,2.圆曲线, 复曲线,（6）圆曲线要素及其计算,两个转向相同的平曲线，首尾相接，共用一个切点。,取定R1，计算相应的切线长T1，则R2：,3.缓和曲线,使汽车从一个曲线过渡到另一曲线的行驶过程中的离心加速度逐渐变化； 作为超高和加宽变化

10、的过渡段； 适应汽车转向操作的行驶轨迹及路线的顺畅，构成美观及视觉协调的最佳线形。,（1）缓和曲线的作用,要求：有合理的形式和足够的长度！,3.缓和曲线,缓和曲线的方程式应与汽车行驶轨迹一致。该轨迹的曲线半径与转角成反比例变化。汽车的转角从公路直线段上为零增到圆曲线上的固定值。,（2）缓和曲线形式,设汽车在缓和曲线上匀速行驶v(m/s)，t s后，行驶距离为l，方向盘转动角速度为，前轮的转动角为，则,半径,令,令,A回旋线参数，表示回旋线曲率变化缓急程度。,3.缓和曲线,（3）回旋线的数学表达,dld dxdlcos dydlsin,lA2,积分得,缓和曲线上任意一点的偏角,同理,3.缓和曲线

11、,（4）缓和曲线要素及主点桩号计算,LyLs2ls Js2 TsLs,ZH(桩号)JD(桩号)Ts HY (桩号)ZH(桩号)ls YH(桩号)HY(桩号)LY HZ(桩号)YH(桩号)ls QZ(桩号)HZ(桩号)Ls/2 JD(桩号)QZ(桩号)Js/2,3.缓和曲线, 离心加速度变化率不过大,（5）缓和曲线长度的确定,在缓和曲线上，车辆的离心加速度av2/,离心加速度增长率,驶过缓和曲线的时间,as一般取0.50.6m/s3,3.缓和曲线, 控制超高附加纵坡不过陡,（5）缓和曲线长度的确定,超高：为用车重抵消部分横向力，将曲线外侧车道升高，构成与内侧车道倾斜方向相同、具有一定横向坡度的单

12、坡横断面，称为超高。 超高附加纵坡(超高渐变率)是指超高后的外侧路面边缘纵坡比原设计纵坡增加的坡度。附加纵坡太大，会使行车左右明显摇摆，因此应加以控制。,B旋转轴至行车道外侧边缘的宽度，m； i超高坡度与路拱坡度代数差，； p超高渐变率。,3.缓和曲线, 控制行驶时间不过短 保证3s行程,（5）缓和曲线长度的确定, 符合视觉要求,选取原则：缓和曲线+圆曲线+缓和曲线，三部分长度大致相同，各占1/3。,3.缓和曲线,（6）不设缓和曲线的条件,小圆曲线半径大于不设超高圆曲线最小半径时； 复曲线中小圆半径临界半径，且符合下列条件之一时： 小圆曲线设置最小长度缓和曲线，且大圆与小圆的内移值之差不超过0

13、.10m； 设计速度80km/h时，大圆半径(R1)与小圆半径(R2)之比小于1.5； 设计速度80km/h时，大圆半径(R1)与小圆半径(R2)之比小于2。 标准规定，四级公路不设缓和曲线 。,复曲线中的小圆临界曲线半径,3.缓和曲线,用两个辅助交点代替真正交点来敷设路线主点桩， 计算方法： 按单交点方法计算曲线要素外； 用解虚交三角形方法求出a、b； 求从辅助交点A和B起算的切线长度TA和TB，方可确定曲线各主点桩桩位。,（7）虚交点曲线,当路线交点因地物、地形条件影响在实地无法钉设或路线转角较大、交点过远时，可在两相交直线方向，选择两个辅助交点(JDA、JDB)设置一条基线边AB，来代替

14、交点JD敷设的曲线叫虚交点曲线。,3.缓和曲线,凸曲线的前提条件：20,（8）凸型曲线,只有缓和曲线，没有圆曲线，即两和缓和曲线直接连起来。若两段缓和曲线长度相同，为对称型；否则，为非对称型。,已知,选定ls,选定R,用切线长控制，即Ts已知,用外距控制，即Es已知,对称型凸曲线,3.缓和曲线,通常选定一端缓和曲线长度及半径，再解算另一缓和曲线长度，即可求出所有曲线要素。,（8）凸型曲线非对称型,已知ls和R及，则第一缓和曲线的要素,长切线长TL1x01y01cot01,短切线长为TK1y01csc01,第二缓和曲线 缓和曲线角为0201,、x02、y02、TL2、TK2均可按上述公式计算,三

15、角形可得a、b,TS1TL1b TS2TL2a,3.缓和曲线,(1) 由已知的LS、R计算01、02、TK1、TL1、TK2、TL2。 (2) 计算主曲线转角y及主曲线切线长Ty： (3) 解BCD，求出d、c (4) 解ABE，求出a、b (5) 计算切线长TS1、TS2,（9）非对称型基本平曲线,基本型平曲线主曲线两端缓和曲线长度（或参数）不相等。曲线要素可用解三角形的方法求得。,4.平面线形组合设计,直线圆曲线直线,（1）简单型,（2）基本型,直线缓和曲线(A1)圆曲线缓和曲线(A2)直线 A1A2时，对称基本型；A1A2时，非对称基本型,直线缓和曲线(A1)缓和曲线(A2)直线 A1A

16、2时，对称基本型；A1A2时，非对称基本型,（3）凸型,4.平面线形组合设计,用缓和曲线连接两条反向圆曲线。应满足的条件：,（4）S 型,两圆曲线半径之比不宜过大，宜符合：,大圆回旋线参数Al和小圆回旋线参数A2宜相等，若不等，应满足：,特殊 情况下，两个回旋线未直接相连，插入短直线时，其长度应满足：,4.平面线形组合设计,（5）复曲线组合形式,圆曲线直接相连的组合形式 直线圆曲线(R1)圆曲线(R2)直线 两端带缓和曲线的组合形式 直线缓和曲线(A1)圆曲线(R1)圆曲线(R2)缓和曲线(A2)直线 卵型曲线 直线缓和曲线(A1)圆曲线(R1)圆曲线(R2)缓和曲线(A2)直线,4.平面线形

17、组合设计,两个及两上以上的同向缓和曲线，在曲率相等处径相连接。 两个回旋曲线参数之比以小于1:1.5为宜。 除互通式立体交叉、因受地形或其它特殊原因限制外，一般较少使用。,（6）复合型,4.平面线形组合设计,两同向缓和曲线在其零点径相连接(即连接处曲率为0，R)。 只在特殊地形条件下可采用。 两个回旋曲线的参数可相等，也可以不相等。,（7）C 型,4.平面线形组合设计,是由一个主曲线，两个辅助曲线和主、辅曲线间所夹的直线段而组成的复杂曲线。 主要用于一般公路的山区越岭公路段。 设计要求与一般平曲线的规定。半径R一般不能满足极限最小半径。,（8）回头曲线,规范规定的回头曲线极限指标,5.逐桩坐标

18、计算,5.逐桩坐标计算,5.逐桩坐标计算,6.行车视距及其保证,定义：为保证行车安全，驾驶员应能随时看到汽车前面足够远的一段距离，当前方有障碍物或对向来车时，能及时采取措施，避免相撞，这一必须的最短距离称为行车距。,（1）行车视距及其分类,分类,停车视距 会车视距 超车视距,递增,标准对设计视距的规定： 高速、一级公路采用停车视距； 二、三、四级公路应满足会车视距的要求，且二、三级公路中，宜在3min的行驶时间里，提供一次满足超车视距要求的超车路段。,6.行车视距及其保证,是指驾驶员发现前方有障碍物到汽车在障碍物前停住所需要的最短距离。 可分解为反应距离、制动距离、安全距离三部分。,（2）停车

19、视距, 反应距离,一般取 t2.5s, 制动距离, 安全距离 汽车完全停止后与障碍物间应保持的最小安全距离。 一般为5m10m。因数值较小，计算时已考虑在反应距离中，不另计。,急刹车时最大制动力,制动过程作的功,代入g9.81m/s2、20,V取值：设计速度为12080km/h，取其85%；设计速度为6040km/h，取其90%,6.行车视距及其保证,（2）停车视距,停车视距计算表,各级公路停车视距,城市道路停车视距,（3）会车视距 S会2S停,6.行车视距及其保证,（4）超车视距,快车利用对向车道超越前面慢车后再回到原来车道所需要的最短距离, 加速行驶距离S1, 超车汽车在对向车道上行驶的距

20、离S2, 安全距离S3 S315m100m, 对向汽车的行驶距离S4,理想超车过程 S超S1S2S3S4,6.行车视距及其保证,（4）超车视距,V0较计算行车速度V低5km/h20km/h，各阶段的行驶时间据实测大致为：t12.9s4.5s，t29.3s10.4s。,最小必要超车视距为,在地形困难或其它原因不得已时，可采用,二、三、四级公路超车视距,6.行车视距及其保证,（5）平面视距的保证,弯道内侧行车视线可能被障碍物遮挡，在路线设计时必须检查平曲线上的视距是否能得到保证，如有遮挡时，则必须清除视距区段内侧适当横净距内的障碍物 。,假设驾驶员的视线高距离路面1.2m，驾驶员座位距末加宽时路面内边缘的水平距离为1.5m。检查平面视距时应以视点为起算点。车辆在