第3章平面设计.pptx
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1、第一节 概 述一、路线的相关概念 道路:一条三维空间的实体,是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道等组成的空间带状构造物。路线:道路中线的空间位置。线形:道路中心线的立体形状。路线平面:路线在水平面上的投影。路线纵断面:沿中线竖直剖切再行展开的断面(展开是指展开平面、纵坡不变)。路线横断面:中线上任一点的法向切面。路线设计:确定路线空间位置和各部分的几何尺寸。第1页/共100页 第2页/共100页二、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(一)汽车行驶轨迹 行驶中的汽车其重心的轨迹在几何性质上有以下特征:轨迹是连续的、圆滑的,任一点不出现错头和破折。曲率是连续的,任一点不出现两个曲
2、率值。曲率变化是连续的,任一点不出现两个曲率变化率值。第3页/共100页 直线圆直线:不满足第二、三条性质,但满足第一条要求,满足了车辆的直行和转向要求,可作为低等级山区道路采用。第4页/共100页直缓圆缓直:为满足第二条要求,在直线与圆曲线间引入了一条曲率逐渐变化的“缓和曲线”,使整条线形符合汽车行驶轨迹特性的第一条和二条,保持了线形的曲率连续。它不满足第三条要求,不是最理想的,但与汽车行驶轨迹接近,国内外普遍采用。第5页/共100页 平面线形三要素:直线、圆曲线和缓和曲线。道路平面线形设计,是根据汽车行驶的力学性质和行驶轨迹要求,合理地确定各线形要素的几何参数,保持线形的连续性和均衡性,避
3、免采用长直线,并注意使线形与地形、地物、环境和景观等协调。对于车速较高的道路,线形设计还应考虑汽车行驶美学及驾驶员视觉和心理上的要求。(二)平面线形要素第6页/共100页第二节第二节 直直 线线一、直线的特点 优点u两点之间距离最短。u具有短捷、直达的印象。u行驶受力简单,方向明确,驾驶操作简易。u测设简单方便(用简单的就可以精确量 距、放样等)。u在直线上设构造物更具经济性。第7页/共100页 缺点u直线单一无变化,与地形及线形自身难以协 调。u过长的直线在交通量不大且景观缺乏变化时,易使驾驶人员感到单调、疲倦。u在直线纵坡路段,易错误估计车间距离、行车 速度及上坡坡度。u易对长直线估计得过
4、短或产生急躁情绪,超速 行驶。第8页/共100页 采用直线线形时必须注意线形与地形的关系,在运用直线线形并决定其长度时,必须慎重考虑,一般不宜采用长直线。u路线完全不受地形、地物限制的平坦地区或山间的宽阔河谷 地带;u城镇及其近郊道路,或以直线为主体进行规划的地区;u长大桥梁、隧道等构造物路段;u路线交叉点及其附近;u双车道公路提供超车的路段。二、直线的运用第9页/共100页 三.直线设计及计算1.实地定交点:选线人员根据道路等级和地形条件定出一系列直线,相邻两直线相交得到各个交点(JD1、JD2、),通过测量交点的距离,确定交点之间的关系;或通过测量交点与导线点的坐标关系,确定交点坐标,再根
5、据相邻交点坐标算出交点偏角和距离。第10页/共100页偏角的测量:偏角或称转角,是指路线由一个方向偏向另一个方向时,偏转后的方向与原方向的夹角。偏转后的方向位于原方向左侧时,称左偏,位于原方向右侧时,称右偏。在路线测量中,一般规定测交点右角,由右角计算偏角。右角是指前进方向右侧夹角,一般用全测回法测量。右角大小为,右角(后视读数)(前视读数),当后视读数小于前视读数时,上式为,右角(后视读数360)(前视读数)。偏角按下式计算:第11页/共100页 以直线为主定交点:主要用于平原、微丘区,是根据地形、地物条件,选设定作为路线基本轴线的直线,再根据两两直线相交得交点,继而设置圆曲线和缓和曲线,该
6、方法称以直线为主定交点法,也是传统的方法。以曲线为主定交点:常用于互通立交匝道布线、定线或山岭、重丘区高速公路、一级公路选线、定线,是根据地形及环境条件和路线技术要求设置圆曲线(或圆曲线与缓和曲线组合)作为基本轴线,再把曲线的切线画出,延长各切线两两相交定出交点。2.纸上定线第12页/共100页路线偏角的计算:已知相邻两边方位角i和i+1,计算该交点的偏角。=i+1-i 当 0时,路线为右偏R;当 0时,路线为左偏L。第13页/共100页四、直线的最大长度和最小长度四、直线的最大长度和最小长度1直线的最大长度 我国标准和规范对直线的最大长度没有具体的规定,但原则规定直线的最大长度应有所限制,尽
7、量避免长直线。最大长度主要应根据驾驶员的视觉反应及心理上的承受能力来确定。一般认为:直线的最大长度在城镇附近或其他景色有变化的地点大于20V20V是可以接受的;在景色单调的地点最好控制在20V20V以内;而在特殊的地理条件下应特殊处理。第14页/共100页当直线长度大于1km1km时,可采用下列技术措施予以弥补:u纵坡不应过大,一般应小于3%3%。u同大半径凹型竖曲线结合为宜。u两侧地形过于空旷时,宜采取栽植不同树种或设置 一定建筑物等措施。u长直线或长下坡尽头的平曲线,应对路面超高、停 车视距等进行检验,必要时须采用设置标志、增加 路面抗滑能力等安全措施。第15页/共100页 相邻两曲线之间
8、应有一定长度的直线,这个直线是指前一曲线的终点(HZHZ或YZYZ)到后一曲线的起点(ZHZH或ZYZY)之间的长度。(1 1)同向曲线间的直线最小长度 同向曲线:是指两个转向相同的相邻曲线之间连以直线而形成的平面线形。断背曲线:同向曲线间连以短的直线。2直线的最小长度第16页/共100页断背曲线的错觉 当直线较短时,在视觉上容易形成直线与两端曲线构成反弯的错觉;当直线过短甚至把两个曲线看成是一个曲线。危害:破坏了线形的连续性,造成驾驶操作失误,应尽量避免。解决办法:因为是视觉上的判断错觉,最好的办法是在两同向曲线间插入长的直线段,让驾驶员在前一个曲线上看不到下一个曲线。第17页/共100页规
9、范规定:当设计速度60km/h60km/h时,同向曲线间的直线最小长度(以m m计)以不小于设计速度(以km/hkm/h计)的6 6倍为宜;当地形条件及其它特殊情况限制时,最小直线长度不得小于设计速度(以km/hkm/h计)的3 3倍。对于设计速度40km/h40km/h时,参考执行即可。在受到条件限制时,宜将同向曲线改为大半径曲线或将两曲线作成复曲线、卵形曲线或C C形曲线。第18页/共100页(2 2)反向曲线间直线的最小长度)反向曲线间直线的最小长度 反向曲线:两个转向相反的相邻曲线之间连以直线所形成的平面线形。对反向曲线间直线最小长度的规定,主要考虑考虑到其超高和加宽缓和的需要,以及驾
10、驶人员操作的方便。第19页/共100页规范规定:当设计速度60km/h60km/h时,反向曲线间直线最小长度(以m m计)以不小于设计速度(以km/hkm/h计)的2 2倍为宜。当设计速度40km/h40km/h时,可参照上述规定执行。当直线两端设置有缓和曲线时,也可以直接相连,构成S S型曲线。第20页/共100页 第三节第三节 圆曲线圆曲线 一、圆曲线的特点一、圆曲线的特点 各级公路和城市道路不论转角大小均应设置圆曲线。圆曲线作为公路平面线形具有以下主要特点:u曲率1/R=常数,测设和计算简单;u比直线更能适应地形的变化;u在圆曲线上行驶要受到离心力的作用;u要比在直线上行驶多占用道路宽度
11、;u在小半径的圆曲线内侧行驶时,视距条件较差。第21页/共100页 二汽车行驶时的横向稳定性二汽车行驶时的横向稳定性 1.1.汽车在弯道上行驶所受的离心力汽车在弯道上行驶所受的离心力YX第22页/共100页 二汽车行驶时的横向稳定性二汽车行驶时的横向稳定性 1.1.汽车在弯道上行驶所受的离心力汽车在弯道上行驶所受的离心力假定:汽车在圆曲线上作匀速圆运动。离心力:汽车在弯道上,由于惯性产生离心力。作用点:汽车重心 方向:水平背离圆心大小:离心力的影响:对汽车在平曲线上行驶的稳定性影响很大,可能产生横向滑移或横向倾覆。超高:为了减少离心力的作用,保证汽车在平曲线上稳定行驶,必须使平曲 线上的路面做
12、成外侧高、内侧低呈单向横披的形式,称为横向超高。第23页/共100页2.2.曲线上汽车的受力分析曲线上汽车的受力分析 将离心力F和车重分解为平行于路面的横向力和垂直于路面的竖向力,即:横向力:XFcosGSin 竖向力:YFSinGcos 很小,可以认为sintgih ,cos1,ih称为横向超高坡度第24页/共100页2.2.曲线上汽车的受力分析曲线上汽车的受力分析 引入横向力系数,作为衡量稳定性程度的指标,其意义为单位车重的横向力,即 用V V(km/hkm/h)表达上述公式,则:第25页/共100页3.3.横向倾覆条件分析横向倾覆条件分析 横向倾覆:汽车在横向力的作用下,可能产生绕外侧车
13、轮触地点向外倾覆的危险。XhgbY第26页/共100页 横向滑移:汽车在横向力的作用下,可能产生沿横向力方向的侧向滑移。稳定条件:横向力大于或等于轮胎与路面之间的横向附着力。即:利用此式可计算出汽车在平曲线上行驶时,不产生横向滑移的最小平曲线半径R R或最大允许行驶速度V V。3.横向滑移条件分析横向滑移条件分析 h横向附着系数横向附着系数 第27页/共100页4 4.横向倾覆条件分析横向倾覆条件分析 稳定条件:倾覆力矩小于或等于稳定力矩。即:F Fh hi i比G G小得多,可略去不计,则 第28页/共100页 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值的大小。现代汽车在设计制造
14、时重心较低,一般 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现象。在道路设计中应保证汽车不产生横向滑移,同时也就保证了横向倾覆的稳定性。5.5.横向稳定性的保证横向稳定性的保证 第29页/共100页三、圆曲线半径及圆曲线长度三、圆曲线半径及圆曲线长度(一)公式与因素 在指定车速V下,极限最小半径决定于容许的最大横向力系数和该曲线的最大超高。1关于横向力系数 (1)危及行车安全 为保证汽车用普通轮胎在最不利路面状况下能不产生横向滑移,应小于0.2。h (2)增加驾驶操纵的困难 要求0.3。第30页/共100页 (3 3)增加燃料消耗和轮胎磨损 的存在使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加。横
15、向力系数 为0.20.2时,其燃料消耗 与轮胎磨损 分别比0 0时多2020和近3 3倍。(4 4)行旅不舒适 当超过一定数值时,驾驶者在曲线行驶中驾驶紧张,乘客感到不舒适。0.10.10.150.15间,舒适性可以接受。综上所述对行车的安全、经济与舒适方面的要求,最大横向力系数采用:设计速度设计速度12012010010080806060404030302020横向力系数横向力系数0.10.10.120.120.130.130.150.150.150.150.160.160.170.17第31页/共100页 2 2关于最大超高 (1 1)要考虑车辆组成 在混合交通的道路上,要同时顾及快、慢车
16、,快车超高宜大,慢车超高宜小。(2 2)要考虑气候因素 慢车及停在弯道上的车辆在不利季节情况要能避免沿路面最大合成坡度下滑。(一年中气候恶劣季节路面的横向摩阻系数)(3 3)要考虑驾驶者和乘客以心理上的安全感 对重山区、城市附近、交叉口以及有相当数量非机动车行驶的道路,最大超高还要比一般道路小些。第32页/共100页 3关于最小超高 道路超高横坡度应该小于道路直线段的路拱坡度,否则不利于道路排水。第33页/共100页 标准根据不同横向摩阻系数值,对于不同等级的公路规定了极限最小半径、一般最小半径和不设超高的最小半径三个最小半径。1 1极限最小半径 定义:指各级公路在采用允许最大超高和允许的横向
17、摩阻系数情况下,能保证汽车安全行驶的最小半径。根据下列条件计算 强调说明:极限最小半径是路线设计中的极限值,是在特殊困难条件下不得已才使用的,一般不轻易采用。(二)最小半径的计算第34页/共100页 定义:指各级公路在采用允许最大超高和允许的横向摩阻系数情况下,能保证汽车安全行驶的最小半径。标准中计算一般最小半径时:适用:一般最小半径是在通常情况下推荐采用的最小半径。一方面考虑了汽车在这种曲线上以设计速度或以接近设计速度行驶时,旅客有充分的舒适感;另一方面考虑到在地形比较复杂的情况下不会过多增加工程量。2一般最小半径第35页/共100页 3 3不设超高的最小半径 定义:指平曲线半径较大,离心力
18、较小时,汽车沿双向路拱(不设超高)外侧行驶的路面摩阻力足以保证汽车行驶安全稳定所采用的最小半径。路面不设超高。,=0.0350.040=0.0400.050第36页/共100页当半径大到一定程度时:1.1.其几何性质与直线相差不大;2.2.容易给驾驶员造成判断上的错误,带来不良后果。因此,规范规定:圆曲线最大半径不宜超过10000m10000m。(三)圆曲线的最大半径第37页/共100页 (四)圆曲线半径的运用 1.1.在适应地形的情况下应选用较大的曲线半径。2.2.在确定圆曲线半径时,应注意:u一般情况下宜采用最小平曲线半径的4 48 8倍,或超高为 2%2%4%4%的圆曲线半径。u地形条件
19、受限制时,应采用大于或接近于圆曲线最小半 径的“一般值”。u地形条件特殊困难而不得已时,方可采用圆曲线最小半 径的“最小值”。u应同前后线形要素相协调,使之构成连续、均衡的曲线 线形。u应同纵面线形相配合,必须避免小半径曲线与陡坡相重 合。u选用曲线半径时,最大半径值一般不应超过10000m10000m为 宜。第38页/共100页第四节第四节 缓和曲线缓和曲线 缓和曲线是道路平面线形三要素之一。缓和曲线:设置在直线和圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线。规范规定:除四级公路外的其它各级公路都应设置缓和曲线,另外,当圆曲线半径大于“不设超高的最小半径”时可省
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