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1、道路平面设计,学习要求,学习目的 掌握平面线形设计的确定依据，了解平面线形设计的具体要素。 学习重点 线形三要素及其组合设计 学习难点 缓和曲线及计算,平面线形三要素：直线、圆曲线和缓和曲线。 直线 （Straight line）曲率为零的线形。汽车车身轴向与汽车行驶方面的夹角为零。 圆曲线 （circular curve）曲率为常数的线形。汽车车身轴向与汽车行驶方面的夹角为常数。 缓和曲线（transition curve）曲率为变数的线形。汽车车身轴向与汽车行驶方面的夹角为变数。,第一节、平面线形要素,曲率表明曲线偏离直线的程度。曲率越大，表示曲线的弯曲程度越大,三要素是基本组成，各要素所
2、占比例及使用频率并无明确规定。各要素使用合理、配置得当，均可满足汽车行驶要求。至于它们的参数则要视地形情况、人的视觉、心理、道路技术等级等条件来确定。,第二节 直线,一、直线的特点 优点 两点之间距离最短。 具有短捷、直达的印象。 行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易。 测设简单方便（用简单的方法就可以精确量 距、放样等）。 在直线上设构造物更具经济性。,缺点 直线单一无变化，与地形及线形自身难以协调。 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。 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。 易对长直线估计得过短或产生急躁情绪，超速行驶。,采用直线线形时必
3、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，但在以下情况时可以考虑使用。 路线不受地形、地物限制的平坦地区或山间的宽阔河谷地带； 城镇及其近郊道路，或以直线为主体进行规划的地区； 一般长大桥（包括高架桥）、隧道及其接线路段，考虑到施工的方便、经济合理等因素，线形以直线为好。 路线交叉点及其附近； 双车道公路提供超车的路段。,二、直线的运用,三、直线的最大长度和最小长度,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，尽量避免长直线。 德国20V （v是设计速度）；前苏联8km；美国3mile。 一般认为：直线的最大
4、长度在城镇附近或其他景色有变化的地点大于20V是可以接受的；在景色单调的地点最好控制在20V以内；而在特殊的地理条件下应特殊处理。,1直线的最大长度,三、直线的最大长度和最小长度,当直线长度大于1km时，可采用下列技术措施予以弥补： 纵坡不应过大，一般应小于3%。 同大半径凹型竖曲线结合为宜。 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。 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。,1直线的最大长度,哪一个更优？,相邻两曲线之间应有一定长度的直线，这个直线是指前一曲线的终点到后一曲线的起点之间的长度。 （1
5、）同向曲线间直线的最小长度 （2）反向曲线间直线的最小长度 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。 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。,2直线的最小长度,同向曲线,反向曲线,（1）同向曲线间直线的最小长度 断背曲线：同向曲线间连以短的直线。,2直线的最小长度,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一点的直线段，让驾驶员在前一个曲线上
6、看不到下一个曲线。,（1）同向曲线间直线的最小长度,2直线的最小长度,2.直线的最小长度 同向曲线间的直线最小长度： 同向曲线：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。 当同向曲线间直线很短时，在视觉上容易形成直线与两端曲线构成反弯的错觉，破坏了线形的连续性，形成“断背曲线”。 公路路线设计规范规定：“当设计速度60km/h时，同向曲线间的直线最小长度（以m计）以不小于设计速度（以km/h计）的6倍为宜。”, 公路路线设计规范 规定： 当设计速度60km/h时，同向曲线间的直线最小长度（以m计）以不小于设计速度（以km/h计）的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
7、不得小于设计速度(以km/h计)的3倍。,（1）同向曲线间直线的最小长度,2直线的最小长度,（2）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，主要考虑到其超高缓和段和加宽缓和段的需要，以及驾驶人员操作的方便。,2直线的最小长度,公路路线设计规范规定： 当设计速度60km/h时，反向曲线间直线最小长度（以m计）以不小于设计速度（以km/h计）的2倍为宜。 当设计速度40km/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型曲线。,2直线的最小长度,第三节 圆曲线 Circular Cur
8、ve,第三节 圆曲线,1、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： 曲率1/R=常数，测设和计算简单； 比直线更能适应地形的变化； 在圆曲线上行驶要受到离心力的作用； 要比在直线上行驶多占用道路宽度； 在小半径的圆曲线内侧行驶时，视距条件较差。,2、圆曲线的几何元素,圆曲线的几何要素,圆曲线的主要点：YZ-圆直点；QZ-曲中点；ZY-直圆点；JD-交点,ZY,3、圆曲线半径,汽车在弯道上行驶所受的离心力,离心力 Centrifugal Force,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
9、：汽车重心 方向：水平背离圆心 汽车以速度v在弯道上行驶时受到的离心力大小：,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。,汽车在弯道上行驶所受的离心力,则汽车受到的离心力为 汽车受到的重力为 离心力与重力在平行路面方向的分力分别为 则汽车受到的横向力为,汽车质量 kg 汽车速度 m/s 圆曲线半径 m,令,横向力系数,物理意义：单位车重受到的横向力。,由于 很小，故,于是有,由此可见，其他条件一定的情况下，圆曲线半径的大小取决于横向力系数。,式中：V计算行车速度（km/h）； 横向力系数； ih超高横坡度；,横向力系数的确定要考虑以下因素： 汽车的横向滑移
10、 汽车的横向倾覆 乘客的心理感受 轮胎和燃料的消耗,横向力和竖向力是反映汽车行驶稳定性的两个重要因素，横向力是不稳定因素，竖向力是稳定因素。但大小相等的横向力作用在不同的汽车上有不同的稳定程度。 为了准确地衡量汽车在圆曲线上行驶时的稳定、安全和舒适程度，采用横向力与竖向力的比值，称为横向力系数，它近似地可看作单位车重上受到的横向力. 在道路设计时，其他条件一定的情况下，圆曲线半径的大小取决于横向力系数。,横向力系数的意义,关于横向力系数,越大越不利 （1）危及行车安全 为保证汽车在最不利路面状况下能不产生横向滑移，应小于轮胎与路面之间能够提供的横向摩阻系数 ：h （2）增加驾驶操纵的困难,（3
11、）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。横向力系数 为0.2时，其燃料消耗 与轮胎磨损 分别比0时多20和近3倍。,关于横向力系数,使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加。 横向力系数 燃料消耗（%） 轮胎磨损（%） 0 100 100 0.05 105 160 0.10 110 220 0.15 115 300 0.20 120 390,（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。 0.10.15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：,关于横向力系数,值的增大，乘车舒适感恶化。 当0.10时，
12、不感到有曲线存在，很平稳； 当= 0.15时，稍感到有曲线存在，尚平稳； 当= 0.20时，己感到有曲线存在，稍感不稳定； 当= O.35时，感到有曲线存在，不稳定； 当0.40时，非常不稳定，有倾车的危险感。,车辆行驶在曲线的哪一侧更安全？,如何保证曲线外侧车辆的安全？,内：,外：,思路一：增大曲线半径，减小离心力大小（值得提倡，但有时比较困难）。,思路二：改变外侧车辆受力状态。,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成外侧高、内侧低呈单向横坡的形式，称为横向超高。,什么是超高,4、曲线超高,超过段过渡,绕路面内边缘线旋转,绕路面中心线旋转,超高,极限
13、最小半径：指圆曲线半径采用的最小极限值。只有地形困难或 受其它条件限制时方可使用。采用极限最小半径时，设置最大超高。,圆曲线半径,一般最小半径（设超高的推荐半径）：指设超高时的推荐值，通常情况下采用的最小半径。其数值介于不设超高最小半径与极限最小半径之间。超高值随半径增大而按比例减小。,不设超高最小半径：道路曲线半径较大、离心力较小时，汽车沿双向路拱（不设超高）外侧行驶时，路面的摩擦力，足以保证汽车安全行驶采用的最小半径。,几种圆曲线半径的选用原则：,条件许可时，选大于不设超高的最小半径； 一般条件时，选大于一般最小半径； 极端困难时，选极限最小半径（最大超高）。,5、平面曲线的加宽,1、汽车
14、在曲线上行驶时，每个车轮所走过的轨迹是不一样的。 后轴内轮行驶轨迹的半径是很小的，而且偏向曲线内侧，前轴外轮的轨迹半径最大。因此，汽车在曲线上行驶要比直线上多占用一部分宽度，这个多出的宽度就是加宽值。为了保证汽车在曲线上和在直线上具有同样的富余宽度，则弯道上路面部分必须要加宽。 2、汽车在曲线上行驶时，有较大的摆动偏移。,行驶半径最小,行驶半径最大,公路工程技术标准规定，当圆曲线半径R250m时，应设置加宽。,双车道路面的全加宽值,单车道路面的全加宽值按表列数值的1/2取用,注意事项：加宽应设置在圆曲线的内侧，路面加宽时路基一般也同时加宽； 分道行驶的公路，圆曲线半径较小时，其内侧的加宽值应大
15、于外侧车道的加宽值。设计时应按内外车道不同的半径，通过计算分别确定其加宽值。,5、平面曲线的加宽,加宽缓和段 为避免路面宽度从直线段上的正常宽度到圆曲线段加宽断面的突变，在直线和圆曲线之间应设置一段路面宽度的渐变段，这一渐变段称为加宽缓和段。,5、平面曲线的加宽,直线， 双坡段,缓和曲线， 加宽、超高缓和段,圆曲线， 单坡段、全加宽值,缓和曲线 加宽、超高缓和段,加宽缓和段,5、平面曲线的加宽,加宽缓和段 加宽缓和段的长度可按如下两种情况确定： 设置缓和曲线或超高过渡段时，加宽缓和段长度应采用与缓和曲线段或超高缓和段长度相同的数值； 不设缓和曲线或超高缓和段时，加宽缓和段长度应按渐变率为1:1
16、5，且长度不小于10m的要求设置。,5、平面曲线的加宽,第四节 缓和曲线 Transition Curve,（1）缓和曲线的概念 在直线与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设置的一种曲率连续变化的曲线就是缓和曲线。 缓和曲线 :为了使路线的平面线形更加符合汽车的行驶轨迹、离心力逐渐变化，确保行车的安全和舒适，需要在直线与圆曲线之间插入一段曲率半径由无穷大逐渐变化到圆曲线半径的过渡性曲线，此曲线称为缓和曲线。,缓和曲线,圆曲线,直线,1、什么是缓和曲线？,（2）缓和曲线的规定 标准规定，三级以上公路均应采用缓和曲线，只有四级公路才可用超高缓和段或加宽缓和段代替。,（1）曲率连续变化，便于车辆遵循。 （2）离心加速度逐渐变化，旅客感觉舒适。 （3）超高横坡度及加宽逐渐变化，行车更加平稳。 （4）与圆曲线配合，增加线形美观。,2、缓和曲线的作用,（1）缓和曲线的基
