超全道路工程平面线型设计

一、道路平面线型概述

一、路线

道路：路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施构成的三维实体。路线：是指道路中线的空间位置。

平面图：路线在水平面上的投影。

纵断面图：沿道路中线的竖向剖面图，再行展开。

横断面图：道路中线上任意一点的法向切面。

路线设计：确定路线空间位置和各部分几何尺寸。

分解成三步：

路线平面设计：研究道路的基本走向及线形的过程。

路线纵断面设计：研究道路纵坡及坡长的过程。

路线横断面设计：研究路基断面形状与组成的过程。

二、汽车行驶轨迹与道路平面线形

（一）汽车行驶轨迹

行驶中汽车的轨迹的几何特征：点击☞工程资料免费下载

（1）轨迹连续：连续和圆滑的，不出现错头和折转；

（2）曲率连续：即轨迹上任一点不出现两个曲率的值。

（3）曲率变化连续：即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

行驶中汽车的导向轮与车身纵轴的关系：

现代道路平面线形正是由上述三种基本线形构成的，称为平面线形三要素。

二、直线

一、直线的特点

1.优点：

①距离短，直捷，通视条件好。

②汽车行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易。

③便于测设。

2.缺点

①线形难于与地形相协调

②过长的直线易使驾驶人感到单调、疲倦，难以目测车间距离。

③易超速

二. 最大直线长度问题：

《标准》规定：直线的最大与最小长度应有所限制。

德国：20V（m）。

美国：3mile（4.38km）

我国：暂无强制规定

景观有变化≧20V；<3KM

景观单调≦20V

公路线形设计不是在平面线形上尽量多采用直线，或者是必须由连续的曲线所构成，而是必须采用与自然地形相协调的线形。

采用长的直线应注意的问题：

公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，当采用长的直线线形时，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。（1）直线上纵坡不宜过大，易导致高速度。

（2）长直线尽头的平曲线，设置标志、增加路面抗滑性能

（3）直线应与大半径凹竖曲线组合，视觉缓和。

（4）植树或设置一定建筑物、雕塑等改善景观。

三、直线的最小长度

直线的长度：前一个曲线终点到下一个曲线起点之间的距离。

YZ(ZH)－ZH（ZY) 之间的距离点击☞工程资料免费下载

1．同向曲线间的直线最小长度

同向曲线：指两个转向相同的相邻曲线之间连以直线而形成的平面曲线《规》：当V≥60km时，Lmin≧6V；

当V≤40km时，参考执行

直线短，易产生是反向曲线的错觉，再短，易将两个曲线看成是一个曲线－断背曲线–操作失误－事故

2．反向曲线间的直线最小长度

反向曲线：指两个转向相反的相邻曲线之间连以直线而形成的平面曲线《规》规定：V≥60km时:不小于2V。--考虑超高加宽的需要。

设置缓和曲线时，可构成S形曲线；V≤40km时：参考执行

三、汽车行驶的横向稳定性与圆曲线半径

1．汽车在平曲线上行驶时力的平衡

受力分析：

横向力X——失稳

竖向力Y——稳定

离心力作用点：汽车重心，

方向：水平背离圆心。

离心力F与汽车重力G分解：

X－－平行于路面的横向力

Y－－垂直于路面的竖向力，

由于路面横向倾角α一般很小，则sinα≈tgα=ih，cosα≈1，其中ih称为横向超高坡度，

采用横向力系数来衡量稳定性程度，其意义为单位车重的横向力，即

(注：u越大，行车越不稳定)

2.横向倾覆条件分析

横向倾覆：汽车在平曲线上行驶时，由于横向力的作用，使汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆。

临界条件：倾覆力矩＝稳定力矩。

横向倾覆平衡条件分析：

倾覆力矩： X·hg

稳定力矩：

3.横向滑移条件分析

横向滑移：

平曲线上，因横向力的存在，汽车可能产生横向滑移。

产生条件：横向力大于轮胎与路面的横向附着力。

极限平衡条件：

横向滑移稳定条件：

4．横向稳定性的保证

横向稳定性主要取决于：μ的大小。

汽车重心较低，一般b≈2hg，而h<0.5,即

汽车在平曲线上行驶时，先滑移，后倾覆。

保证不产生横向滑移，即可保证横向稳定性。

保证横向稳定性的条件：

侧翻示例：

四、圆曲线

道路不论转角大小均应设平曲线来实现路线方向的改变一、圆曲线的特点点击☞工程资料免费下载

①圆曲线半径R＝常数，曲率1/R=常数，易测设计算。

②对地形、地物、环境的适应能力强。

③多占用车道宽。

④视距条件差（R小时）－路堑遮挡

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：

当设超高时：

式中：V——计算行车速度，（km/h）；

μ——横向力系数；

ih——超高横坡度；

i1——路面横坡度。

不设超高时：

1．横向力系数μ对行车的影响及其值的确定：

（1）危及行车安全

汽车轮胎不在路面上滑移，要求：

与车速、路面种类及状态、轮胎状态等有关；

干燥路面：0.40～0.80，

潮湿路面：0.25～0.40。

结冰和积雪：<0.2，

冰面:0.06（不加防滑链）。

（2）增加驾驶操纵的困难

在横向力作用下，轮胎会产生横向变形，使轮胎的中间平面与轮迹前进方向形成一个横向偏移角；影响操控性。

（3）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。

（4）旅行不舒适

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，有倾车的危险感，非常不稳定，

美国AASHTO认为：V≤70km/h时μ=0.16，