《道路平面》PPT课件.ppt

第二章第二章 道路平面道路平面 第一节第一节 道路平面线形概述道路平面线形概述 一、路线一、路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。路线：路线：是指道路中线的空间位置和几何构成。是指道路中线的空间位置和几何构成。路线平面图：路线平面图：路线在水平面上的投影。路线在水平面上的投影。路线纵断面图：路线纵断面图：沿道路中线的竖向剖面图，再行沿道路中线的竖向剖面图，再行展开即是路线的纵断面。展开即是路线的纵断面。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道路中线上任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。路线设计：路线设计：指确定路线空间位置和各部分几何尺指确定路线空间位置和各部分几何尺寸的工作。寸的工作。路线平面设计：路线平面设计：在路线平面图上研究道路的基本在路线平面图上研究道路的基本走向及线形的过程。走向及线形的过程。路线纵断面设计：路线纵断面设计：在路线纵断面图上研究道路纵在路线纵断面图上研究道路纵坡及坡长的过程。坡及坡长的过程。路线横断面设计：路线横断面设计：在路线横断面图上研究路基断在路线横断面图上研究路基断面形状的过程。面形状的过程。二、平面线形设计的基本要求二、平面线形设计的基本要求（一）汽车行驶轨迹（一）汽车行驶轨迹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：（1）轨迹连续。轨迹连续。这个轨迹是连续的和圆滑的，即这个轨迹是连续的和圆滑的，即在任何一点上不出现错头和破折；在任何一点上不出现错头和破折；（2）曲率连续。曲率连续。其曲率是连续的，即轨迹上任一其曲率是连续的，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。（3）曲率变化连续。曲率变化连续。其曲率的变化率是连续的，即其曲率的变化率是连续的，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。（二）平面线形要素（二）平面线形要素 在平面线形中，基本线形是和汽车的行驶状在平面线形中，基本线形是和汽车的行驶状态相对应的，具有如下性质：态相对应的，具有如下性质：（1 1）直线：曲率为零，汽车车身轴向与汽）直线：曲率为零，汽车车身轴向与汽车行驶方向的夹角为零。车行驶方向的夹角为零。（2 2）圆曲线：曲率为不为零的常数，汽车）圆曲线：曲率为不为零的常数，汽车车身轴向与汽车行驶方向的夹角为固定值。车身轴向与汽车行驶方向的夹角为固定值。（3 3）缓和曲线：曲率为变数，汽车车身轴）缓和曲线：曲率为变数，汽车车身轴向与汽车行驶方向的夹角为变数。向与汽车行驶方向的夹角为变数。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直直线线、圆圆曲曲线线和和缓缓和和曲曲线线构构成成的的，称称为为平平面面线形三要素。线形三要素。第二节第二节 直线直线一、直线的特点一、直线的特点 两点之间直线距离最短，直捷，通视条件好。两点之间直线距离最短，直捷，通视条件好。汽车在直线上行驶受力简单，方向明确，驾驶操汽车在直线上行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易。作简易。便于测设。便于测设。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，不不仅仅破破坏坏了了线线形形的的连连续续性性，也也不不便便达达到到线线形形设设计计自身的协调。自身的协调。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，难难以以目目测车间距离。测车间距离。二、直线的运用二、直线的运用1.1.宜采用直线线形的路段：宜采用直线线形的路段：（1 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地；谷地；（2 2）市市镇镇及及其其近近郊郊，或或规规划划方方正正的的农农耕耕区区等等以以直直线线条为主的地区；条为主的地区；（3 3）含有较长的桥梁、隧道等构造物路段；）含有较长的桥梁、隧道等构造物路段；（4 4）路线交叉点及其前后；）路线交叉点及其前后；（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。2.2.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：（1 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易导导致致高速度，造成交通事故。直线段的纵坡度一般应高速度，造成交通事故。直线段的纵坡度一般应小于小于3%3%。（2 2）长长直直线线适适宜宜与与大大半半径径凹凹形形竖竖曲曲线线组组合合，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。（3 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一一定定建建筑物、雕塑、广告牌等措施，以改善单调的景观。筑物、雕塑、广告牌等措施，以改善单调的景观。（4 4）长直线或长下坡的尽头应接大半径的平曲线。除曲线半）长直线或长下坡的尽头应接大半径的平曲线。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、径、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。（5 5）与一定的交通工程设施相配合，如设置距离确认标志、）与一定的交通工程设施相配合，如设置距离确认标志、门式可变信号装置等。门式可变信号装置等。3.3.最大直线长度问题：最大直线长度问题：德国规定直线的最大长度（以米计）为德国规定直线的最大长度（以米计）为20V（计算行车速度，（计算行车速度，km/h），即），即72s行程（行程（适于高速适于高速公路公路V100km/h）。）。前苏联不大于前苏联不大于8公里，美国规定为公里，美国规定为3min行程。行程。标准规定：直线的最大与最小长度应有所限制。标准规定：直线的最大与最小长度应有所限制。统一规定直线长度比较困难，直线的利用统一规定直线长度比较困难，直线的利用因地制因地制宜宜。（1）位于城市附近的道路，由于建筑物和城市风光的映）位于城市附近的道路，由于建筑物和城市风光的映衬，一般来说对于直线的长度没有太多的限制。衬，一般来说对于直线的长度没有太多的限制。（2）对于乡间的公路，由于道路周围的环境过于单调，）对于乡间的公路，由于道路周围的环境过于单调，直线不宜过长，事故的危害程度往往随路线的增长而加直线不宜过长，事故的危害程度往往随路线的增长而加大。大。（3）对于大戈壁、大草原等地域开阔的地区，有时直线）对于大戈壁、大草原等地域开阔的地区，有时直线长度会达到数十公里。长度会达到数十公里。三、直线的最小长度三、直线的最小长度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规范：同向曲线间的最短直线长度（以规范：同向曲线间的最短直线长度（以m计）计）以以不小于不小于设计速度（以设计速度（以km/h计）的计）的6倍为宜倍为宜（6V）。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规范：反向曲线间最小直线长度（以规范：反向曲线间最小直线长度（以m计）以计）以不小于不小于设计速度（以设计速度（以kmh计）的计）的2倍为宜。倍为宜。（2V）设计速度（设计速度（km/hkm/h）12012010010080806060404030302020直直线线长长度度同向同向曲线曲线间间一般值一般值720720600600480480360360240240180180120120最小值最小值12012090906060反向曲线间反向曲线间2402402002001601601201208080606040403 3相邻回头曲线间的直线最小长度相邻回头曲线间的直线最小长度 回头曲线是一种半径小、转弯急、线形标准回头曲线是一种半径小、转弯急、线形标准低、圆心角为接近于或者大于等于低、圆心角为接近于或者大于等于180180的曲线形的曲线形式。式。由一个回头曲线的终点到另一个回头曲线的由一个回头曲线的终点到另一个回头曲线的起点的距离，在设计速度为起点的距离，在设计速度为40km/h、30km/h、20km/h时，分别应不小于时，分别应不小于200m、150m、100m。一、圆曲线的几何元素一、圆曲线的几何元素第三节第三节 圆曲线圆曲线曲线主点里程桩号计算：曲线主点里程桩号计算：不设缓和曲线时，平曲线主点里程桩位有三不设缓和曲线时，平曲线主点里程桩位有三个，分别为个，分别为ZY点、点、QZ点、点、YZ点。点。计算基点为交点里程桩号，计算基点为交点里程桩号，记为记为JDJD，ZY ZY里程里程=JD=JD里程里程-T-T YZ YZ里程里程=ZY=ZY里程里程+L+L QZ QZ里程里程=YZ=YZ里程里程-L/2-L/2 JD JD里程里程=QZ=QZ里程里程+D/2+D/2二、汽车行驶的横向稳定性二、汽车行驶的横向稳定性横向失稳横向失稳向外滑移向外滑移向外倾覆向外倾覆XY1、汽车在曲线上行驶时受到附加力的影响、汽车在曲线上行驶时受到附加力的影响离离心力心力F2、抵抗部分离、抵抗部分离心力的工程措心力的工程措施施超高超高车辆行驶的稳定车辆行驶的稳定性取决于性取决于XY横向力系数的确定：横向力系数的确定：，单位车重所受的横向力，其值越大，汽车在，单位车重所受的横向力，其值越大，汽车在圆曲线上的稳定性就越差。圆曲线上的稳定性就越差。3、横向稳定性分析、横向稳定性分析（1）横向倾覆）横向倾覆横向力横向力X产生的倾覆力矩大于车重产生的稳定力矩。产生的倾覆力矩大于车重产生的稳定力矩。不产生横向倾覆的不产生横向倾覆的最小圆曲线半径最小圆曲线半径R、最大允许速度最大允许速度V（2）横向滑移）横向滑移横向力大于轮胎与地面之间的横向磨阻力。横向力大于轮胎与地面之间的横向磨阻力。不产生横向滑移的不产生横向滑移的最小圆曲线半径最小圆曲线半径R、最大允许速度最大允许速度V（3）两种失稳的比较）两种失稳的比较滑移先于倾覆？滑移先于倾覆？倾覆先于滑移？倾覆先于滑移？不产生横向倾覆的不产生横向倾覆的最小圆曲线半径最小圆曲线半径R、最大允许速度最大允许速度V不产生横向滑移的不产生横向滑移的最小圆曲线半径最小圆曲线半径R、最大允许速度最大允许速度V（二）圆曲线最小半径值影响因素（二）圆曲线最小半径值影响因素1、横向力系数、横向力系数（1 1）危及行车安全）危及行车安全 汽车能在弯道上行驶的基本前提是轮胎不在路汽车能在弯道上行驶的基本前提是轮胎不在路面上滑移，这就要求横向力系数面上滑移，这就要求横向力系数低于轮胎与路面低于轮胎与路面之间所能提供的横向摩阻系数之间所能提供的横向摩阻系数 :与车速、路面种类及状态、轮胎状态等有关，与车速、路面种类及状态、轮胎状态等有关，一般在一般在干燥路面干燥路面上约为上约为0.40.40.80.8，在，在潮湿的黑色路潮湿的黑色路面面上汽车高速行驶时，降低到上汽车高速行驶时，降低到0.250.250.400.40。路面。路面结结冰和积雪冰和积雪时，降到时，降到0.20.2以下以下，在，在光滑的冰面光滑的冰面上可降到上可降到0.060.06（不加防滑链）。（不加防滑链）。（2）增加燃料消耗和轮胎磨损）增加燃料消耗和轮胎磨损燃料消耗燃料消耗（%）轮胎磨损轮胎磨损（%）01001000.05105160 0.10 1102200.151153000.20120390（3）增加驾驶操纵的困难）增加驾驶操纵的困难 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进方胎会产生横向变形，使轮胎的中间平面与轮迹前进方向形成一个横向偏移角。向形成一个横向偏移角。（4）行旅不舒适）行旅不舒适 值的增大，会导致乘车舒适感恶化。值的增大，会导致乘车舒适感恶化。当当 0.10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=0.35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时，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。的舒适界限，由的舒适界限，由0.100.10到到0.170.17随行车速度而变随行车速度而变化，设计中对高、低速路可取不同的数值。化，设计中对高、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 V=80 km/hkm/h时，时，=0.12=0.12是舒适感的界限。是舒适感的界限。2、超高横坡度、超高横坡度 标准规定：超高横坡度按设计速度、半径大标准规定：超高横坡度按设计速度、半径大小，结合路面类型、自然条件和车辆组成等情况确小，结合路面类型、自然条件和车辆组成等情况确定。定。高速高速公路、公路、一级一级公路的超高横坡度不应大于公路的超高横坡度不应大于8%或或10%。其它各级其它各级公路不应大于公路不应大于8%。在在积雪冰冻积雪冰冻地区，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%。城市道路的最大超高横坡度：城市道路的最大超高横坡度：V8060，5040，30，206423、最小半径值得计算、最小半径值得计算 标准中规定的最小平曲线半径是根据汽车标准中规定的最小平曲线半径是根据汽车在曲线部分能安全而又顺适的行驶条件而确定的。在曲线部分能安全而又顺适的行驶条件而确定的。最小平曲线半径的实质是汽车行驶在公路曲最小平曲线半径的实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过轮胎线部分时，所产生的离心力等横向力不超过轮胎与路面的摩阻力所允许的界限，并使乘车人感觉与路面的摩阻力所允许的界限，并使乘车人感觉良好的曲线半径值。良好的曲线半径值。（1）极限最小半径）极限最小半径 是各级公路按设计速度行驶的车辆能保是各级公路按设计速度行驶的车辆能保证证安全安全行车的最小允许半径。行车的最小允许半径。（2）一般最小半径）一般最小半径 一般最小半径是指各级公路按设计速度行驶一般最小半径是指各级公路按设计速度行驶的车辆能保证的车辆能保证安全安全、舒适舒适行车的最小允许半径。行车的最小允许半径。（3）不设超高的最小半径）不设超高的最小半径汇总：汇总：4、圆曲线最大半径确定、圆曲线最大半径确定 选用圆曲线半径时，在与地形等条件相适应选用圆曲线半径时，在与地形等条件相适应的前提下应的前提下应尽量采用大半径尽量采用大半径。但半径大到一定程度时，其几何性质和行车但半径大到一定程度时，其几何性质和行车条件与直线无太大区别，容易给驾驶人员造成判条件与直线无太大区别，容易给驾驶人员造成判断上的错误反而带来不良后果，同时也无谓增加断上的错误反而带来不良后果，同时也无谓增加计算和测量上的麻烦。计算和测量上的麻烦。规范规定圆曲线的最大半径不宜超过规范规定圆曲线的最大半径不宜超过10000m10000m。（三）圆曲线半径的选用原则（三）圆曲线半径的选用原则1、在适应地形的情况下应选用较大的圆曲线半径。、在适应地形的情况下应选用较大的圆曲线半径。2、在确定圆曲线半径时，应注意：、在确定圆曲线半径时，应注意：一般情况下宜采用超高为一般情况下宜采用超高为2%4%的圆曲线半径。的圆曲线半径。地形受限时，应采用大于或接近于一般最小半径地形受限时，应采用大于或接近于一般最小半径值。值。地形特别困难时，方可采用极限值。地形特别困难时，方可采用极限值。前后线形要素要协调，使之构成连续均衡的曲线前后线形要素要协调，使之构成连续均衡的曲线线形。线形。应同纵断面线形相配合，避免小半径圆曲线与陡应同纵断面线形相配合，避免小半径圆曲线与陡坡相重合。坡相重合。城市道路：城市道路：圆曲线最小半径应采用大于或等于表规定圆曲线最小半径应采用大于或等于表规定的不设超高的最小半径值。的不设超高的最小半径值。当地形受限时，可采用设超高推荐半径值。当地形受限时，可采用设超高推荐半径值。地形条件特别困难时可采用设超高最小半地形条件特别困难时可采用设超高最小半径值。径值。