第3讲 平面设计PPT讲稿.ppt

第3讲 平面设计第1页，共46页，编辑于2022年，星期二 路路线线：是指道路中是指道路中线线的空的空间间位置。位置。n 路路线线平面平面图图：路路线线在水平面上的投影在水平面上的投影。n 路线纵断面图：路线纵断面图：沿道路中线的竖向剖面图，再行展开即沿道路中线的竖向剖面图，再行展开即是路线的纵断面。是路线的纵断面。n 路线横断面图：路线横断面图：道路中线上任意一点的法向切面是道路中线上任意一点的法向切面是道路在该点横断面。道路在该点横断面。第2页，共46页，编辑于2022年，星期二n 路路线线平平面面设设计计：在在路路线线平平面面图图上上研研究究道道路路的的基基本本走走向向及及线形的过程。线形的过程。n 路路线线设设计计：指指确确定定路路线线空空间间位位置置和和各各部部分分几几何何尺尺寸寸的的工作。工作。第3页，共46页，编辑于2022年，星期二路路线线纵纵断断面面设设计计：在在路路线线纵纵断断面面图图上上研研究究道道路路纵纵坡坡及及坡坡长的过程。长的过程。第4页，共46页，编辑于2022年，星期二n路路线线横横断断面面设设计计：在在路路线线横横断断面面图图上上研研究究路路基基断断面面形形状的过程。状的过程。第5页，共46页，编辑于2022年，星期二n路路线线横横断断面面设设计计：在在路路线线横横断断面面图图上上研研究究路路基基断断面面形形状状的的过程。过程。第6页，共46页，编辑于2022年，星期二二、汽车行驶轨迹与道路平面线形二、汽车行驶轨迹与道路平面线形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：n（1 1）轨轨迹迹连连续续。这这个个轨轨迹迹是是连连续续的的和和圆圆滑滑的的，即即在在任何一点上不出现错头和破折；任何一点上不出现错头和破折；（一）汽车行驶轨迹（一）汽车行驶轨迹第7页，共46页，编辑于2022年，星期二n（2 2）曲曲率率连连续续。其其曲曲率率是是连连续续的的，即即轨轨迹迹上上任任一一点点不出现两个曲率的值。不出现两个曲率的值。第8页，共46页，编辑于2022年，星期二n（3 3）曲曲率率变变化化连连续续。其其曲曲率率的的变变化化率率是是连连续续的的，即即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。第9页，共46页，编辑于2022年，星期二l（二）平面（二）平面线线形要素形要素n行行驶驶中中汽汽车车的的导导向向轮轮与与车车身身纵轴纵轴之之间间的的关系：关系：n 1 1角度角度为为零：零：n 2 2角度角度为为常数：常数：n 3 3角度角度为变为变数：数：n汽汽车车行行驶轨驶轨迹迹线线曲率为曲率为0 0直直线线曲率为常数曲率为常数圆圆曲曲线线曲率为变数曲率为变数缓缓和曲和曲线线现现代代道道路路平平面面线线形形正正是是由由上上述述三三种种基基本本线线形形构构成成的的，称为平面线形三要素。称为平面线形三要素。第10页，共46页，编辑于2022年，星期二第二节第二节 直线直线一、直线的特点一、直线的特点n 直线距离短，直直线距离短，直捷捷，通视条件好，通视条件好。n 汽汽车车在直在直线线上行上行驶驶受力受力简单简单，方向明确，方向明确，驾驶驾驶操作操作简简易。易。n 便便于测设于测设。n直直线线线线形形大大多多难难于于与与地地形形相相协协调调，若若长长度度运运用用不不当当，不不仅仅破破坏了坏了线线形的形的连续连续性，也不便达到性，也不便达到线线形形设计设计自身的自身的协调协调。n过过长长的的直直线线易易使使驾驾驶驶人人感感到到单单调调、疲疲倦倦，难难以以目目测测车车间间距离。距离。第11页，共46页，编辑于2022年，星期二标标准准规规定定：直直线线的的最最大大与与最最小小长长度度应应有有所所限限制制。一一条条公公路的直线与曲线的长度设计应合理。路的直线与曲线的长度设计应合理。德德国国规规定定直直线线的的最最大大长长度度（以以米米计计）为为20V（计计算算行行车车速速度，度，km/h）（）（适于高速公路适于高速公路V100km/hV100km/h）。）。公公路路线线形形首首先先考考虑虑的的不不是是在在平平面面线线形形上上尽尽量量多多采采用用直直线线，或或者者是是必必须须由由连连续续的的曲曲线线所所构构成成，而而是是必必须须采采用用与与自自然然地地形相协调的线形形相协调的线形。合理利用地形和避免采用合理利用地形和避免采用长长直直线线。二、直线的最大长度二、直线的最大长度第12页，共46页，编辑于2022年，星期二1 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同向向曲曲线线是是指指两两个个转转向向相相同同的的相相邻邻曲曲线线之之间间连连以以直直线线而而形形成的平面线形。成的平面线形。规规范范：当当设设计计速速度度60km/h时时，同同向向曲曲线线间间的的直直线线最小长度（以最小长度（以m计）以不小于设计速度的计）以不小于设计速度的6倍为宜（倍为宜（6V）。）。对于低速道路（对于低速道路（V40km/h）则有所放宽，参考执行即可。）则有所放宽，参考执行即可。三、直线的最小长度三、直线的最小长度第13页，共46页，编辑于2022年，星期二第14页，共46页，编辑于2022年，星期二2 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 反反向向曲曲线线是是指指两两个个转转向向相相反反的的相相邻邻曲曲线线之之间间连连以以直直线所形成的平面线形。线所形成的平面线形。n规规范范规规定定：当当设设计计速速度度60km/h60km/h时时，反反向向曲曲线线间间最最小小直直线线长长度度（以以m计计）以以不不小小于于设设计计速速度度（以以kmh计计）的的2倍为宜。倍为宜。n当当直直线线两两端端设设置置有有缓缓和和曲曲线线时时，也也可可以以直直接接相相连连，构构成成S S形曲线。形曲线。第15页，共46页，编辑于2022年，星期二三、直线的运用三、直线的运用n 1.宜采用直线线形的路段：宜采用直线线形的路段：n（1）不不受受地地形形、地地物物限限制制的的平平坦坦地地区区或或山山间间的的开开阔阔谷谷地；地；n（2）城城镇镇及及其其近近郊郊道道路路，或或以以直直线线为为主主体体进进行行规规划划的的地地区；区；n（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；n（4）路线交叉点及其附近；）路线交叉点及其附近；n（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。第16页，共46页，编辑于2022年，星期二n2.当采用长的直线线形时，应注意的问题当采用长的直线线形时，应注意的问题：n（3）道道路路两两侧侧过过于于空空旷旷时时，宜宜采采取取植植不不同同树树种种或或设设置置一定建筑物、雕塑、广告牌等措施，以改善单调的景观。一定建筑物、雕塑、广告牌等措施，以改善单调的景观。n（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、视距等必须符合规定外，还必须采取设置标志、超高、视距等必须符合规定外，还必须采取设置标志、增加路面抗滑能力等安全措施。增加路面抗滑能力等安全措施。n（1）在在直直线线上上纵纵坡坡不不宜宜过过大大，因因长长直直线线再再加加下下陡陡坡坡更更易导致高速度。易导致高速度。n（2）长长直直线线与与大大半半径径凹凹竖竖曲曲线线组组合合为为宜宜，这这样样可可以以使使生生硬硬呆板的直线得到一些缓和。呆板的直线得到一些缓和。第17页，共46页，编辑于2022年，星期二第18页，共46页，编辑于2022年，星期二第三节第三节 汽车行驶的横向稳定性与圆曲线半径汽车行驶的横向稳定性与圆曲线半径n汽车的行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，在外部因素作汽车的行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，在外部因素作用下，汽车尚能保持正常行驶状态和方向，不致失去控制用下，汽车尚能保持正常行驶状态和方向，不致失去控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。而产生滑移、倾覆等现象的能力。n 稳定性：纵向稳定性：纵向n 横向横向 n 表现：滑移表现：滑移n 倾覆倾覆第19页，共46页，编辑于2022年，星期二一、汽车行驶的横向稳定性一、汽车行驶的横向稳定性1 1汽车在圆曲线上行驶时力的平衡汽车在圆曲线上行驶时力的平衡n 汽车在圆曲线上行驶时会产生离心力，其作用汽车在圆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。点在汽车的重心，方向水平背离圆心。n 离心力离心力n受力分析：受力分析：n 横向力横向力X失稳失稳n 竖向力竖向力Y稳定稳定第20页，共46页，编辑于2022年，星期二n将离心力将离心力F与汽车重力与汽车重力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和垂直于路面的竖向力和垂直于路面的竖向力Y，第21页，共46页，编辑于2022年，星期二 由由于于路路面面横横向向倾倾角角一一般般很很小小，则则sintg=isintg=ih h，cos1cos1，其中，其中i ih h称为横向超高坡度，称为横向超高坡度，n将离心力将离心力F与汽车重力与汽车重力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和垂直于路面的竖向力和垂直于路面的竖向力Y，采采用用横横向向力力系系数数来来衡衡量量稳稳定定性性程程度度，其其意意义义为为单单位位车车重重的横向力，即的横向力，即第22页，共46页，编辑于2022年，星期二l横横向向倾倾覆覆：汽汽车车在在圆圆曲曲线线上上行行驶驶时时，由由于于横横向向力力的的作作用用，使使汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆。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N N1 1为为0 0。l 倾覆力矩等于或大于稳定力矩。倾覆力矩等于或大于稳定力矩。2.2.横向倾覆条件分析横向倾覆条件分析第23页，共46页，编辑于2022年，星期二l倾覆力矩：倾覆力矩：XhXhg g横向倾覆平衡条件分析：横向倾覆平衡条件分析：n 稳定力矩：稳定力矩：第24页，共46页，编辑于2022年，星期二l倾覆力矩：倾覆力矩：XhXhg g横向倾覆平衡条件分析：横向倾覆平衡条件分析：n 稳定力矩：稳定力矩：n 稳定、平衡条件：稳定、平衡条件：n 汽车在圆曲线上行驶时，不产生横向倾覆的最小圆曲线汽车在圆曲线上行驶时，不产生横向倾覆的最小圆曲线半径半径R min：第25页，共46页，编辑于2022年，星期二3.3.横向滑移条件分析横向滑移条件分析n 横横向向滑滑移移：汽汽车车在在圆圆曲曲线线上上行行驶驶时时，因因横横向向力力的的存存在，可能使汽车沿横向力的方向产生横向滑移。在，可能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：横向滑移稳定条件：横向滑移稳定条件：第26页，共46页，编辑于2022年，星期二4 4横向稳定性的保证横向稳定性的保证n 汽汽车车在在圆圆曲曲线线上上行行驶驶时时的的横横向向稳稳定定性性主主要要取取决决于于横横向向力力系系数数值的大小。值的大小。n 现现代代汽汽车车在在设设计计制制造造时时重重心心较较低低，一一般般b2hb2hg g，而而 h h0.5,0.5,即即n 汽汽车车在在圆圆曲曲线线上上行行驶驶时时，在在发发生生横横向向倾倾覆覆之之前前先先产产生生横向滑移现象。横向滑移现象。n 在在道道路路设设计计中中只只要要保保证证不不产产生生横横向向滑滑移移现现象象发发生生，即即可可保保证横向稳定性。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：第27页，共46页，编辑于2022年，星期二n（一）圆曲线的特点（一）圆曲线的特点n各各级级公公路路和和城城市市道道路路不不论论转转角角大大小小均均应应设设置置平平曲曲线线，而而圆圆曲曲线线是是平平曲曲线线中的重要组成部分。中的重要组成部分。n主要特点：主要特点：（1 1）曲曲线线上上任任意意点点曲曲率率半半径径R R为为常常数数，曲曲率率为为常常数数，故故测测设设和和计计算算简单简单；（2 2）曲曲线线上上任任意意一一点点都都在在不不断断改改变变方方向向，比比直直线线更更能能适适应应地地形形的的变变化化，尤尤其其是是由由不不同同半半径径的的多多个个圆圆曲曲线线组组合合而而成成的的复复曲曲线线，对对地地形形、地地物物和和环环境境有更有更强强适适应应能力；能力；（3 3）汽汽车车在在圆圆曲曲线线上上行行驶驶要要受受到到离离心心力力的的作作用用，而而且且往往往往要要比比在在直直线线上行上行驶驶多占用道路多占用道路宽宽度；度；（4 4）汽汽车车在在小小半半径径圆圆曲曲线线内内侧侧行行驶驶时时，视视距距条条件件较较差差，视视线线受到路受到路堑边堑边坡或其他障碍物影响大易坡或其他障碍物影响大易发发生行生行车车事故。事故。二、圆曲线半径第28页，共46页，编辑于2022年，星期二n圆圆曲曲线线几何元素几何元素为为：第29页，共46页，编辑于2022年，星期二n 计计算基点算基点为为交点里程交点里程桩桩号，号，记为记为JDJD，n ZY=JD-T ZY=JD-Tn YZ=ZY+L YZ=ZY+Ln QZ=ZY+L/2 QZ=ZY+L/2n JD=QZ+J/2 JD=QZ+J/2n曲曲线线主点里程主点里程桩桩号号计计算：算：第30页，共46页，编辑于2022年，星期二XY（二）（二）计算计算公式与影响因素公式与影响因素根据汽根据汽车车行行驶驶在曲在曲线线上力的平衡式上力的平衡式计算曲线半径计算曲线半径：二、圆曲线半径二、圆曲线半径第31页，共46页，编辑于2022年，星期二n（二）计算公式与影响因素（二）计算公式与影响因素n根据汽根据汽车车行行驶驶在曲在曲线线上力的平衡式上力的平衡式计算曲线半径计算曲线半径：n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在在指指定定车车速速V下下，最最小小Rmin决决定定于于容容许许的的最最大大横横向向力力系数系数max和曲线最大超高和曲线最大超高i h（max）。n当设超高时当设超高时：第32页，共46页，编辑于2022年，星期二n（1 1）危及行车安全）危及行车安全n 汽汽车车能能在在弯弯道道上上行行驶驶的的基基本本前前提提是是轮轮胎胎不不在在路路面面上上滑滑移移，这这就就要要求求横横向向力力系系数数低低于于轮轮胎胎与与路路面面之之间间所所能提供的横向摩阻系数能提供的横向摩阻系数h h:n h hnh h与与车车速速、路路面面种种类类及及状状态态、轮轮胎胎状状态态等等有有关关，一一般般在在干干燥燥路路面面上上约约为为0.40.40.80.8，在在潮潮湿湿的的黑黑色色路路面面上上汽汽车车高高速速行行驶驶时时，降降低低到到0.250.250.400.40。路路面面结结冰冰和和积积雪雪时时，降降到到0.20.2以以下下，在在光光滑滑的的冰冰面面上上可可降降到到0.060.06（不不加加防防滑滑链链）。1 1横向力系数横向力系数对行车的影响及其值的确定对行车的影响及其值的确定第33页，共46页，编辑于2022年，星期二l（2 2）增加驾驶操纵的困难）增加驾驶操纵的困难n曲曲线线上上行行驶驶的的汽汽车车，在在横横向向力力作作用用下下，弹弹性性的的轮轮胎胎会会产产生生横横向向变变形形，使使轮轮胎胎的的中中间间平平面面与与轮轮迹迹前前进进方方向向形成一个横向偏移角。形成一个横向偏移角。第34页，共46页，编辑于2022年，星期二n（3 3）增加燃料消耗和轮胎磨损）增加燃料消耗和轮胎磨损n 使使车辆车辆的燃油消耗和的燃油消耗和轮轮胎磨胎磨损损增加增加。n 横横向向力力系系数数 燃燃料料消消耗耗（%）轮轮胎胎磨磨损损（%）n 0 100 100 0 100 100n 0.05 105 160 0.05 105 160n 0.10 110 220 0.10 110 220n 0.15 115 300 0.15 115 300n 0.20 120 390 0.20 120 390第35页，共46页，编辑于2022年，星期二（4 4）旅行不舒适）旅行不舒适 值值的增大，乘的增大，乘车车舒适舒适感恶化。感恶化。当当0.100.10时时，不感到有曲，不感到有曲线线存在，很平存在，很平稳稳；当当=0.15=0.15时时，稍感到有曲，稍感到有曲线线存在，尚平存在，尚平稳稳；当当=0.20=0.20时时，己感到有曲，己感到有曲线线存在，稍感不存在，稍感不稳稳定；定；当当=O.35=O.35时时，感到有曲，感到有曲线线存在，不存在，不稳稳定；定；当当 0.40 0.40时时，非常不，非常不稳稳定，有定，有倾车倾车的危的危险险感。感。的舒适界限，由的舒适界限，由0.10到到0.16随行车速度而变化，设计中随行车速度而变化，设计中对高、低速路可取不同的数值。对高、低速路可取不同的数值。美国美国AASHTOAASHTO认为认为V 70km/hV 70km/h时时=0.16=0.16，V=80 km/hV=80 km/h时，时，=0.12=0.12是舒适感的界限。是舒适感的界限。第36页，共46页，编辑于2022年，星期二标准规定：标准规定：高速公路、一高速公路、一级级公路的超高横坡度不公路的超高横坡度不应应大于大于10%10%，其它各其它各级级公路不公路不应应大于大于8%8%。在在积积雪冰雪冰冻冻地区，最大超高横坡度不宜大于地区，最大超高横坡度不宜大于6%6%。城市道路城市道路:当设计速度为当设计速度为80km/h80km/h时，最大超高取时，最大超高取6%6%；当当设设计计速速度度为为60km/h、50km/h时时，最最大大超超高高取取4%；当当设设计计速速度度为为40km/h、30km/h、20km/h时时，最最大大超超高高取取2%。2 2关于最大超高关于最大超高第37页，共46页，编辑于2022年，星期二n 汽汽车车在在曲曲线线段段上上行行驶驶时时保保持持稳稳定定的的必必要要条条件件是是汽汽车车所所受受横横向向力力被被车车轮轮轮轮胎胎与与路路面面之之间间的的摩摩阻阻力力抵抵消消，若若横横向向力力大大于于摩摩阻阻力力，则则汽汽车车出出现现横横向向滑滑移移。因因此此，在在设设计计时时应应控控制横向力系数制横向力系数不能超不能超过过摩阻系数摩阻系数h h。n 因因此此，标标准准采采用用摩摩阻阻系系数数作作为为计计算算平平曲曲线线最最小小半半径径的指的指标标，即：，即：（三）最小半径的计算（三）最小半径的计算第38页，共46页，编辑于2022年，星期二n 标标准准根根据据不不同同的的h h值值，对对于于不不同同等等级级公公路路规规定定了了极极限限最小半径、一般最小半径和不最小半径、一般最小半径和不设设超高最小半径，超高最小半径，见见下表。下表。第39页，共46页，编辑于2022年，星期二是是各各级级公公路路在在采采用用允允许许最最大大超超高高和和允允许许的的横横向向摩摩阻阻系系数数情情况下，能保况下，能保证证汽汽车车安全行安全行驶驶的最小半径。的最小半径。即在即在规规定的定的设计设计速度下，按速度下，按i ih h=8%=8%、h h=0.1=0.10.160.16 计计算得到。算得到。极极限限最最小小半半径径是是路路线线设设计计中中的的极极限限值值，是是在在特特殊殊困困难难条条件件下不得已才使用的，一般不下不得已才使用的，一般不轻轻易采用。易采用。1 1极限最小半径极限最小半径第40页，共46页，编辑于2022年，星期二一一般般最最小小半半径径是是指指各各级级公公路路在在采采用用允允许许的的超超高高和和横横向向摩摩阻阻系系数数时时，能能保保证证汽汽车车以以设设计计速速度度安安全全、舒舒适适行行车车的最小半径。的最小半径。是在通常情况下推荐采用的最小半径。是在通常情况下推荐采用的最小半径。2 2一般最小半径一般最小半径第41页，共46页，编辑于2022年，星期二圆圆曲曲线线半半径径大大于于一一定定数数值值时时，可可以以不不设设置置超超高高，而而允允许设置等于直线路段路拱的反超高。许设置等于直线路段路拱的反超高。从从行行驶驶的的舒舒适适性性考考虑虑，必必须须把把横横向向力力系系数数控控制制到到最最小小值。值。3 3不设超高的最小半径不设超高的最小半径第42页，共46页，编辑于2022年，星期二4.4.最小半径指标的应用最小半径指标的应用第43页，共46页，编辑于2022年，星期二4.4.最小半径指标的应用最小半径指标的应用（1 1）公公路路线线形形设设计计时时应应根根据据沿沿线线地地形形等等情情况况，尽尽量量选选用用较大半径。在不得已情况下方可使用极限最小半径；较大半径。在不得已情况下方可使用极限最小半径；（2 2）当当地地形形条条件件许许可可时时，应应尽尽量量采采用用大大于于一一般般最最小小半半径径的的值；值；（3 3）有条件时，最好采用不设超高的最小半径。）有条件时，最好采用不设超高的最小半径。（4 4）选选用用曲曲线线半半径径时时，应应注注意意前前后后线线形形的的协协调调，不不应应突突然采用小半径曲线；然采用小半径曲线；（5 5）长直线或线形较好路段，不能采用极限最小半径。）长直线或线形较好路段，不能采用极限最小半径。（6 6）从从地地形形条条件件好好的的区区段段进进入入地地形形条条件件较较差差区区段段时时，线线形技术指标应逐渐过渡，防止突变。形技术指标应逐渐过渡，防止突变。第44页，共46页，编辑于2022年，星期二（四）圆曲线最大半径（四）圆曲线最大半径选选用用圆圆曲曲线线半半径径时时，在在与与地地形形等等条条件件相相适适应应的的前前提提下下应应尽量采用大半径尽量采用大半径。但但半半径径大大到到一一定定程程度度时时，其其几几何何性性质质和和行行车车条条件件与与直直线线无无太太大大区区别别，容容易易给给驾驾驶驶人人员员造造成成判判断断上上的的错错误误反反而而带带来来不不良良后后果，同果，同时时也无也无谓谓增加增加计计算和算和测测量上的麻量上的麻烦烦。规规范范规规定定圆圆曲曲线线的最大半在不宜超的最大半在不宜超过过10000m10000m。第45页，共46页，编辑于2022年，星期二（五）圆曲线最小长度（五）圆曲线最小长度为为便便于于驾驾驶驶操操作作和和行行车车安安全全与与舒舒适适，汽汽车车在在任任何何一一段段线线形形上上行行驶驶的的时时间间都都不不应应短短于于3S3S，在在曲曲线线上上行行驶驶里里程程需需要要9S9S。圆圆曲曲线线最小最小长长度一般要有度一般要有3S3S行程。行程。第46页，共46页，编辑于2022年，星期二