平面线性设计PPT课件

JD1
α1
α2 JD2
第12页/共82页
三、直线设计要点
• 1、适用条件 • （1）路线不受地形、地物限制的平原区或山间的开阔谷地； • （2）城镇及其邻近或规划方正的农耕区等以直线为主体的地区； • （3）为缩短构造物长度以便于施工的长大桥梁、隧道路段； • （4）为争取较好的行车和通视条件的平面交叉前后； • （5）双车道公路在适当间隔内设置一定长度的直线，以提
供较好条件的超车路段。
第13页/共82页
2、直线运用注意问题
• （1）采用直线应特别注意它同地形的关系，在运用直线并 决定其长度时，必须持谨慎态度，并不宜采用长直线。
• （2）长直线或长下坡尽头的平面曲线，除曲线半径、超高、 视距等必须符合规定要求外，还必须采取设置标志、增加 路面抗滑能力等安全措施。
缓和曲线的曲率变化：
O
β0
HZ
β 0δ
φ
R
YH
p R(1-cosφ )
M
ZH
HY y
αn
q
Rsinφ
n
x
缓和 曲线
缓和 曲线
直线
圆曲线
直线
第37页/共82页
将缓和曲线插入圆曲线
1、圆曲线向内移动了⊿R；
2、切线长增加了q；
R
3、圆曲线转角减少为α-2β。
第38页/共82页
有缓和曲线的道路平曲线几何元素
距离。 • 5、笔直的道路给人以简捷、直达的良好印象。
第8页/共82页
二、直线长度限制
• 1、直线最大长度
• 由于长直线的安全性差，规范中对直线的最大 长度作了规定：一般不超宜过20V（V是设计车 速，用km/h表示，20V相当于72s的行程）。
• 总的原则是：道路线形应与地形相适应，与景 观相协调，直线的最大长度应有所限制，当采 用长直线时，为弥补景观单调的缺陷，应结合 具体情况采取相应的技术措施。
≥6V
第10页/共82页
断背曲线
在设计中应设法避免出现断背曲线!
第11页/共82页
2）反向曲线间的直线最小长度
• 反向曲线是指两个转向相反的相邻曲线间以直线形成的平面 的线形。
• 由于两弯道转弯方向相反，考虑其超高和加宽缓和的需要以 及驾驶员的操作方便，其间的直线最小长度应予以限制。
• 一般规定，反向曲线直线最小长度以不小于设计速度的2倍 为宜。
轮胎磨损（%） 100 160 220 300 390
第20页/共82页
（二）横向力系数的影响因素及其取值的确定
（2）横向力系数过大将降低旅行舒适程度
▪ μ值的增大，乘车舒适感恶化。 ▪ 当μ〈0.10时，不感到有曲线存在，很平稳； ▪ 当μ= 0.15时，稍感到有曲线存在，尚平稳； ▪ 当μ= 0.20时，己感到有曲线存在，稍感不稳定； ▪ 当μ= O.35时，感到有曲线存在，不稳定； ▪ 当μ= 0.40时，非常不稳定，站立不住有倾倒的危险感。
回旋线的性质
回旋线的起点，l=0，r=∞；
回旋线某一点，l＝Ls，r＝R。
则 RLs=A2，即回旋线的参数值为： A RLs
Y O
r l A2
式中r—回旋线上某点的曲
率半径（m）；
l—回旋线上某点到原点
的曲线长（m）；
Ls
A—回旋线的参数。A表
X 征回旋线曲率变化的缓
急程度。
第36页/共82页
第9页/共82页
2、直线的最小长度 • 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间以直线形成的平面 的线形。
• 当此直线长度很短时，在视觉上容易形成直线与两端的曲线 构成反弯的错觉，使整个组合线形缺乏连续性，形成所谓的 “断背曲线”。
• 一般规定同向曲线直线最小长度以不小于设计速度的6倍为宜。
μ——横向力系数；
ih——超高横坡度；
i0——路面横坡度。
②不设超高时：R
V2
i0
127( i0 )
第19页/共82页
（二）横向力系数的影响因素及其取值的确定
（1）横向力系数过大将增加燃料消耗和轮胎磨损
μ使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加。
横向力系数μ 0 0.05 0.1 0.15 0.2
燃料消耗（%） 100 105 110 115 120
第23页/共82页
（三）最小半径的计算
最小平曲线半径的实质是汽车行驶在道路的曲线部分时，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，并使乘车人感觉良好的曲线半径值。
极限最小半径：是各等级城市道路按设计速度行驶时，车辆 能保证安全行车的最小允许半径。对应最大超高、加宽。 一般最小半径：一般最小半径是指各等级道路按设计速度行 驶的车辆能保证安全、舒适行车的最小允许半径。有超高、 加宽，但不取最大值。 不设超高的最小半径：圆曲线半径大于一定数值时，可以不 设置超高，而允许设置与直线路段类似的双侧路拱。无超高、 加宽。
第一节 直线
第7页/共82页
一、直线的线形特征
• 1、直线距离短，直捷，通视条件好。 • 2、汽车在直线上行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易。 • 便于测设。 • 3、直线线形大多难于与地形相协调，若长度运用不当，不
仅破坏了线形的连续性，也不便达到线形设计自身的协调。 • 4、过长的直线易使驾驶人感到单调、疲倦，难以目测车间
平面线形规划设计的任务
根据道路网规划确定的道路走向和道路之间的方位关系，以道路中线为准，考虑 地形、地物、城市建设用地的影响；依据行车技术要求确定用地范围内的平面线 形，以及组成这些线形的直线、曲线和它们之间的衔接关系。 小半径曲线还应考虑行车视距、路段加宽和超高的设置。
第3页/共82页
平面线形要素
第27页/共82页
一、设置缓和曲线的目的
• 3．完成超高和加宽的过渡 • 当圆曲线需要设置超高和加宽时，其超高缓和段和加宽
缓和段，一般应在缓和曲线长度内完成超高或加宽的过 渡。 • 4．与圆曲线配合得当，增加线形美观 • 圆曲线与直线径相连接，而连接处曲率突变，在视觉上 有不平顺的感觉。但在圆曲线与直线间设置了缓和曲线 后，使线形连续圆滑，增加线形美观。
第16页/共82页
一、圆曲线的几何要素
切线长 曲线长 外距 超距
T Rt g α 2
L π αR 180
E R(sec α 1) 2
D 2T L
里程桩号计算 ZY=JD-T YZ=ZY+L QZ=ZY+L/2 JD=QZ+D/2
第17页/共82页
二、圆曲线半径
（一）计算公式与因素 根据汽车行驶在曲线上力的平衡式计算曲线半径：
三、设置缓和曲线的条件
• 计算行车速度大于或等于40km/h时，直线与圆曲线 或大半径圆曲线与小半径圆曲线之间应设缓和曲线。
• 除非： • 1、计算行车速度小于40km/h时，缓和曲线可用直
线代替。 • 2．圆曲线半径大于表3-2-8不设缓和曲线的最小圆
曲线半径时，直线与圆曲线可直接连接。
第32页/共82页
• 曲率半径：
• 为无限大
1
• 为常数
2
3
• 为渐变数
基本线性：
直线
平
面
圆曲线
线 形
三
缓和曲线
要
素
道路平面线形正是由上述三种线形，即直线、圆曲线和缓和曲线 构成，称之为“平面线形三要素”。
第4页/共82页
起点
曲中点
交点
圆缓点
方位角 N
转向角
直缓点 缓圆点
缓直点
导线
第5页/共82页
终点
N
第6页/共82页
• 2．消除离心力的突变，提高舒适性
• 当圆曲线半径较小时，离心力很大。为了使汽车能安全、 迅速、平稳、舒适地从没有离心力的直线逐渐驶入离心 力较大的圆曲线，或从离心力小的大半径圆曲线逐渐驶 入到离心力大的小半径圆曲线，消除离心力的突变，必 须在直线和圆曲线间，或大圆与小圆之间设置曲率半径 随弧长逐渐变化的缓和曲线。
横
与路面种类及状横态、轮R胎状1态2等7V有横2关。i0设计中可按附着
系数横计算，公式为：
横向摩阻 系数
横 0.6 0.7
第22页/共82页
如何确定 ？
附着系数
附着系数 的取值
附着系数表征道路所能提供给车辆的摩擦程度大小，主要与下 述因素有关： ①路面的租糙程度和潮湿泥泞程度； ⑦轮胎花纹和轮胎气压； ③车速； ④荷载。 道路上车速越高，要求路面越平整，越粗糙，则附着系数越高。 附着系数取值详见课本表1-2-12。
▪μ的舒适界限，由0.11到0.16随行车速度而变化，设计中对高、 低速路可取不同的数值。
第21页/共82页
（二）横向力系数的影响因素及其取值的确定
（3）横向力系数过大将导致行驶安全问题
汽车能在弯道上安全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μ低于轮胎与路面之间所能提供的
横向摩阻系数 ，即：
第24页/共82页
最小半径指标的应用
第25页/共82页
最小半径指标应用的原则
1．在地形、地物等条件许可时，优先选用大于或等于不设超高 的最小半径。 2．一般情况下宜采用极限最小曲线半径的4～8倍或超高为 2%～4%的圆曲线半径； 3. 当地形条件受限制时，应采用大于或接近一般最小半径的圆 曲线半径； 4. 在自然条件特殊困难或受其他条件严格限制而不得已时，方 可采用极限最小半径； 5. 《规范》规定圆曲线最大半径不宜超过10000m。
X Ccos α Gsinα
m v2 cos G sin
R
G 9.8
V 3.6
R
2
1
G
i0
G
V2 127R
i0
称为横向力 系数,记作μ
第18页/共82页
由前述分析可知：
如何确定μ？
V2 127R
i0
R
V2
127
i0
ih
①当设超高时： R
V2
127( ih )
式中：V——计算行车速度，（km/h）；
平纵横关系示意图
第1页/共82页
路线设计的任务
路线设计是指确定路线空间位置和各部分几何尺寸的工作， 主要包括：
路线平面设计：在路线平面图上确定道路的基本走向及线 形的过程。
路线纵断面设计：在路线纵断面图上确定道路纵坡及坡长 的过程。
路线横断面设计：在路线横断面图上确定路基断面形状的 过程。
第2页/共82页
• 道路平面线形三要素的基本组成是：直线-回旋线-圆曲 线-回旋线-直线。
• (1)几何元素的计算公式：
回旋线终点处内移值：
• （3）在长直线上纵坡不宜过大，因为长直线在陡坡下行时 很容易导致超速行车。长直线上的纵坡一般应小于3%。
• （4）长直线与大半径凹形竖曲线组合为宜，这样可以使生 硬呆板的直线得到一些缓和或改善。
• （5）道路两侧地形过于空旷时，宜采取种植不同树种或设 置不同风格的建筑物、雕塑等措施，以改善单调的景观。
城市道路缓和曲线最小长度 表3-2-7
计算行车速度（Km/h）
80
60
50
40 30 20
缓和曲线最小长度（m）
70
50
45
30 25 20
第34页/共82页
四、缓和曲线的性质
（一）汽车转弯时行驶的理论轨迹方程
▪ 汽车等速行驶，司机匀速转动方向 盘时，汽车的行驶轨迹呈回旋线。
Y
φ
O
Ls X
第35页/共82页
第14页/共82页
长直线与凸曲线组合 长直线与凹曲线组合
第15页/共82页
第二节 圆曲线
• 圆曲线是道路平面设计中最常用的线形之一，各等级道 路不论转角大小，在转折处均应设置平曲线，而圆曲线 是平曲线中的主要组成部分。圆曲线具有易与地形相适 应、可循性好、线形美观、易于测设等优点，使用十分 广泛。
第28页/共82页
弯道加宽示意
第29页/共82页
弯道超高示意
第30页/共82页
二、缓和曲线的形式
圆曲线R1
卵形线
D
回旋线 圆曲线R2
曲率为0，R=∞
基本型
R2 R1
α= β1+ β2
C形线
R=∞
R=∞
β1 R
凸形线
R=∞β2
圆曲线1
R1 回旋线1
S形线
回旋线2
R2 圆曲线2
第31页/共82页
四、缓和曲线的最小长度
• （一）旅客感觉舒适
V3 Ls(min) 0.036 R
（二）驾驶员操作方向盘所必需时间
V Ls(min) 1.2
（三）视觉平顺
R Ls 9 R
第33页/共82页
在综合三方面计算 的基础上，宜取大 较值，并且取5m的 整倍数
三、缓和曲线最小长度
• 按上述四种方法，计算缓和曲线长度之公式与设计速度的 关系最大，视半径大小存在差异。为此，我国《规范》 （ CJJ37-90 ） 规 定 按 设 计 速虑了行车时间和附加纵坡的要求，见表3-2-7。
第26页/共82页
第三节 缓和曲线
一、设置缓和曲线的目的 • 1．有利于驾驶员操纵方向盘
• 汽车从直线驶入圆曲线，即从无限大的半径到一定值的 半径或从大半径圆驶入小半径圆曲线时，从汽车前轮转 向角逐渐变化的必要性，其中间需要插入一个逐渐变化 的缓和曲线，才能保持车速不变而使汽车前轮的转向角 从0至α逐渐转向，从而有利于驾驶员操纵方向盘。