演示文稿4资料课件

3第三章第三章 平面设计平面设计(1 )本章重点及思考题本章重点及思考题1何谓道路的平面?道路平面线形有哪些要素?2.在平面线形设计中，对直线段长度有何限制要求?3综述直线、圆曲线、缓和曲线的线形特征，并简述这三种线形在道路平面线形中运用的条件和注意问题。为什么说过长的直线不是好的线形?4.标准对公路平曲线半径规定了哪些技术指标?这些技术指标对路线平面设计有何意义?5为什么道路缓和曲线要采用回旋线?缓和曲线在公路平面线形中有何作用?6试从控制离心加速度的变化率出发，推导出缓和曲线最小长度计算公式。7在什么条件下可以省略缓和曲线?省略缓和曲线在路线平面设计中有何意义?8简要回答同向曲线、反向曲线和回头曲线的线形特征。在平面线形运用中要注意哪些问题?第三章第三章 平面设计平面设计 一、路一、路 线线n 道路是一条三维空间的实体。道路是一条三维空间的实体。n 它它是是由由路路基基、路路面面、桥桥梁梁、涵涵洞洞、隧隧道道和和沿沿线线设设施施所所组组成成的的线线形形构构造造物。物。n 路线路线：是指道路中线的空间位置。是指道路中线的空间位置。n 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。n 路线纵断面图：路线纵断面图：沿道路中线的竖向剖面图，再行展开即是路线的纵沿道路中线的竖向剖面图，再行展开即是路线的纵断面。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在该点横断道路中线上任意一点的法向切面是道路在该点横断面。面。第一节第一节 道路平面线形概述道路平面线形概述 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。n 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面形状在路线横断面图上研究路基断面形状的过程。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工作。作。道路定线平面图道路设计平面图互通立交平面图道路设计纵断面图道路设计标准横断面图二、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）汽车行驶轨迹不打方向盘不打方向盘a=0、等角速度等角速度W打方向盘打方向盘a=常数、常数、打方向盘的角速度均匀变化打方向盘的角速度均匀变化a=变数。变数。导向轮旋转面与纵轴之间夹角导向轮旋转面与纵轴之间夹角a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 1）轨迹连续。这个轨迹是连续的和圆滑的，即在任何）轨迹连续。这个轨迹是连续的和圆滑的，即在任何一点上下出现错头和破折；一点上下出现错头和破折；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不出出现两个曲率的值。现两个曲率的值。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，即即轨轨迹迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。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n行行驶驶中中汽汽车车的的导导向向轮轮与与车车身纵轴之间的关系：身纵轴之间的关系：n 1 1角度为零：角度为零：n 2 2角度为常数：角度为常数：n 3 3角度为变数：角度为变数：n汽车行驶轨迹线汽车行驶轨迹线曲率为曲率为0 0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线缓和曲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，称称为为平面线形三要素平面线形三要素。基本型曲线S型曲线复曲线回头曲线卵型曲线凸型曲线C型曲线第二节第二节 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 汽车在直线上行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易。汽车在直线上行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易。n 便于测设。便于测设。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，不不仅仅破破坏了线形的连续性，也不便达到线形设计自身的协调。坏了线形的连续性，也不便达到线形设计自身的协调。n过长的直线易使驾驶人感到单调、疲倦，难以目测车间距离。过长的直线易使驾驶人感到单调、疲倦，难以目测车间距离。直线的优点直线的优点.里程最短里程最短.定线、设计、量距、绘图、计算、放样方便。定线、设计、量距、绘图、计算、放样方便。.无视距障碍无视距障碍.驾驶方便驾驶方便.车辆不受离心力作用乘车舒适车辆不受离心力作用乘车舒适直线的缺点直线的缺点.对地形适应性差对地形适应性差.行车单调易产生疲劳行车单调易产生疲劳二、直线的运用二、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 1）不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地；）不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地；n（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条为为主主的地区；的地区；n（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；n（4 4）路线交叉点及其前后；）路线交叉点及其前后；n（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。n（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高速度。致高速度。n（2 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。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：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 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筑物、雕塑、广告牌等措施，以改善单调的景观。建筑物、雕塑、广告牌等措施，以改善单调的景观。n（4 4）长直线或长下坡的尽头的平曲线，除曲线半径、超高、）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、增加路面抗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。滑能力等安全措施。n（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高速度。致高速度。n（2 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。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20V20V（计计算算行行车车速速度度，km/hkm/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形相相协调的线形协调的线形。合理利用地形和避免采用长直线。合理利用地形和避免采用长直线。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规规范范：同同向向曲曲线线间间的的最最短短直直线线长长度度以以不不小小于于设设计计速速度度的的6 6倍为宜（倍为宜（6V6V）。）。三、直线的最小长度三、直线的最小长度同向曲线间最小长度：同向曲线间最小长度：若在同向曲线间插入短直线容易产若在同向曲线间插入短直线容易产生把直线和两端的曲线看成为反向曲线的错觉生把直线和两端的曲线看成为反向曲线的错觉,当直线过短时甚至可能把两当直线过短时甚至可能把两个曲线看成一个曲线，容易造成司机的判断错误。个曲线看成一个曲线，容易造成司机的判断错误。对于设计速度大于或等于对于设计速度大于或等于60km/h60km/h的公路，同向曲线之间直线的最小长度的公路，同向曲线之间直线的最小长度(以以m m计计)以不小于设计速度以不小于设计速度(以以km/h km/h 计计)的的6 6倍为宜。倍为宜。反向曲线间最小长度：反向曲线间最小长度：在转向相反的两个圆曲线之间，如在转向相反的两个圆曲线之间，如果没有设置缓和曲线，考虑到设置超高、加宽缓和段以及驾驶人员转向操果没有设置缓和曲线，考虑到设置超高、加宽缓和段以及驾驶人员转向操作的需要，宜设置一定长度的直线。作的需要，宜设置一定长度的直线。对于设计速度大于或等于对于设计速度大于或等于60km/h60km/h的公的公路，反向曲线之间的最小直线长度路，反向曲线之间的最小直线长度(以以m m 计计)以不小于设计速度以不小于设计速度(以以km/h km/h 计计)的的2 2倍为宜。倍为宜。n 一、圆曲线的几何元素一、圆曲线的几何元素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，而而圆圆曲线是平曲线中的主要组成部分。曲线是平曲线中的主要组成部分。n路路线线平平面面线线形形中中常常用用的的单单曲曲线线、复复曲曲线线、双双交交点点或或多多交交点点曲线、虚交点曲线、回头曲线等中一般均包含了圆曲线。曲线、虚交点曲线、回头曲线等中一般均包含了圆曲线。n圆圆曲曲线线具具有有易易与与地地形形相相适适应应、可可循循性性好好、线线形形美美观观、易易于于测设等优点，使用十分普遍。测设等优点，使用十分普遍。第三节 圆曲线n圆曲线几何元素为：圆曲线几何元素为：n 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，n ZY=JD-TZY=JD-Tn YZ=ZY+L YZ=ZY+Ln QZ=ZY+L/2 QZ=ZY+L/2n JD=QZ+J/2 JD=QZ+J/2n曲线主点里程桩号计算：曲线主点里程桩号计算：XY（一）一）计算计算公式与因素公式与因素n根据汽车行驶在曲线上力的平衡式根据汽车行驶在曲线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n（一）（一）计算计算公式与因素公式与因素n根据汽车行驶在曲线上力的平衡式根据汽车行驶在曲线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 i1路面横坡度。路面横坡度。n当设超高时当设超高时：n（一）（一）计算计算公式与因素公式与因素n根据汽车行驶在曲线上力的平衡式根据汽车行驶在曲线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 i1路面横坡度。路面横坡度。n当设超高时当设超高时：n不设超高时不设超高时：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所能提供的横向摩阻系数间所能提供的横向摩阻系数f:f:n f fn f f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（不加防滑链）。（不加防滑链）。1 1横向力系数横向力系数对行车对行车的的影响及其值的影响及其值的确定：确定：（2 2）增加驾驶操纵的困难）增加驾驶操纵的困难n弯弯道道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方向形成一个横向偏移角。进方向形成一个横向偏移角。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 使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加。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 1000 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（4 4）行旅不舒适）行旅不舒适 值的增大，乘值的增大，乘车车舒适舒适感恶化。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，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0.11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。标准标准规定：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%。在在积雪冰冻地区，最大超高横坡度不宜大于积雪冰冻地区，最大超高横坡度不宜大于6%6%。2 2关于最大超高关于最大超高：ihn标标准准中中规规定定的的最最小小平平曲曲线线半半径径是是汽汽车车在在曲曲线线部部分能安全而又顺适的行驶的条件而确定的。分能安全而又顺适的行驶的条件而确定的。n最最小小平平曲曲线线半半径径的的实实质质是是汽汽车车行行驶驶在在公公路路曲曲线线部部分分时时，所所产产生生的的离离心心力力等等横横向向力力不不超超过过轮轮胎胎与与路路面面的的摩摩阻阻力力所所允允许许的的界界限限，并并使使乘乘车车人人感感觉觉良良好好的的曲曲线线半径值。半径值。（二）最小半径的计算（二）最小半径的计算是是各各级级公公路路按按设设计计速速度度行行驶驶的的车车辆辆能能保保证证安安全全行行车车的最小允许半径。的最小允许半径。1 1极限最小半径极限最小半径一一般般最最小小半半径径是是指指各各级级公公路路按按设设计计速速度度行行驶驶的的车车辆辆能保证安全、舒适行车的最小允许半径。能保证安全、舒适行车的最小允许半径。2 2一般最小半径一般最小半径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值。小值。3 3不设超高的最小半径不设超高的最小半径4 4.最小最小半径半径指标的应用指标的应用（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，尽尽量量选选用较大半径。在不得已情况下方可使用极限最小半径；用较大半径。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的值；径的值；（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，不不应应突然采用小半径曲线；突然采用小半径曲线；（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，线形技术指标应逐渐过渡，防止突变。线形技术指标应逐渐过渡，防止突变。（三）圆曲线最大半径（三）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尽量采用大半径应尽量采用大半径。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果，同同时时也也无无谓谓增增加加计计算算和和测测量量上上的的麻麻烦。烦。规范规范规定圆曲线的最大半径不宜超过规定圆曲线的最大半径不宜超过10000m10000m。