道路工程3.1 道路平面设计

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1、道路平面设计道路平面设计学习要求学习要求o学习目的学习目的 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。具体要素。o学习重点学习重点 线形三要素及其组合设计线形三要素及其组合设计o学习难点学习难点 缓和曲线及计算缓和曲线及计算 平面线形三要素：平面线形三要素：直线、圆曲线和缓和曲线直线、圆曲线和缓和曲线。直直线线（Straight line）曲曲率率为为零零的的线线形形。汽汽车车车车身身轴向与汽车行驶方面的夹角为零。轴向与汽车行驶方面的夹角为零。圆圆曲曲线线（circular curve）曲曲率率为为常常数数的的线线形形。汽汽车车身轴向

2、与汽车行驶方面的夹角为常数。车车身轴向与汽车行驶方面的夹角为常数。缓缓和和曲曲线线（transition curve）曲曲率率为为变变数数的的线线形形。汽车车身轴向与汽车行驶方面的夹角为变数。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 三三要要素素是是基基本本组组成成，各各要要素素所所占占比比例例及及使使用用频频率率并并无无明明确确规规定定。各各要要素素使使用用合合理理、配配置置得得当当，均均可可满满足足汽汽车车行行驶驶要要求求。至至于于它它们们的的参参数数则则要要视视地地形形情情况况、人人的的视

3、视觉觉、心心理理、道道路路技技术术等等级级等等条件来确定。条件来确定。第二节第二节 直线直线一、直线的特点一、直线的特点 优点优点u两点之间距离最短。两点之间距离最短。u具有短捷、直达的印象。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。行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易。u测设简单方便（用简单的方法就可以精确量测设简单方便（用简单的方法就可以精确量 距、放样等）。距、放样等）。u在直线上设构造物更具经济性。在直线上设构造物更具经济性。缺点缺点u直线单一无变化，与地形及线形自身难以协调。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

4、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。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。上坡坡度。u易对长直线估计得过短或产生急躁情绪，超速行驶。易对长直线估计得过短或产生急躁情绪，超速行驶。采用直线线形时必须采用直线线形时必须注意线形与地形注意线形与地形的关系，在运用直线线的关系，在运用直线线形并决定其长度时，必须慎重考虑，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一般不宜采用长直线，但在以下情况时可以考虑使用。u路线不受地形、地物限制的平坦地区或山间

5、的宽阔河谷地带；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；u城镇及其近郊道路，或以直线为主体进行规划的地区；城镇及其近郊道路，或以直线为主体进行规划的地区；u一般长大桥（包括高架桥）、隧道及其接线路段，考虑到施工一般长大桥（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。的方便、经济合理等因素，线形以直线为好。u路线交叉点及其附近；路线交叉点及其附近；u双车道公路提供超车的路段。双车道公路提供超车的路段。二、直线的运用二、直线的运用三、直线的最大长度和最小长度三、直线的最大长度和最小长度我国我国标准标准和和规范规范对直线的最大长度没有具体的规定，对

6、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。但原则规定直线的最大长度应有所限制，尽量避免长直线。德国德国20V 20V（v v是设计速度）；前苏联是设计速度）；前苏联8km8km；美国；美国3mile3mile。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地点大于20V20V是可以接受的；在景色单调的地点最好控制在是可以接受的；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。以内；而在特殊的地理条件下应特殊处理。1直线的最大长度直线的最大长度 当直线长度大于当直

7、线长度大于1km1km时，可采用下列技术措施予以弥补：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。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。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。滑能力等安全措施。1直线的最大长度直线的最大长度 三、直线的最

8、大长度和最小长度三、直线的最大长度和最小长度 哪一个更优？哪一个更优？相邻两曲线之间应有一定长度的直线相邻两曲线之间应有一定长度的直线，这个直线是指前一，这个直线是指前一曲线的曲线的终点终点到后一曲线的到后一曲线的起点起点之间的长度。之间的长度。（1 1）同向曲线间直线的最小长度）同向曲线间直线的最小长度 （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同向曲线同向曲线：是指两个转向相同的相邻曲线之间连以直线而形成：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。的平面线形。反向曲线反向曲线：两个转向相反的相邻曲线之间连以：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

9、。直线所形成的平面线形。2直线的最小长度直线的最小长度同向曲线同向曲线反向曲线反向曲线（1 1）同向曲线间直线的最小长度）同向曲线间直线的最小长度断背曲线断背曲线：同向曲线间连以短的直线。：同向曲线间连以短的直线。2直线的最小长度直线的最小长度断背曲线的错觉断背曲线的错觉 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；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。当直线过短甚至把两个曲线看成是一个曲线。危害危害：破坏了线形的连续性，造成驾驶操作失误，应尽量破坏了线形的连续性，造成驾驶操作失误，应尽量避免。避免。解决办法解决办法

10、：因为是视觉上的判断错觉，最好的办法是在两同向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曲线间插入长一点的直线段，让驾驶员在前一个曲线上看不到下一个曲线。上看不到下一个曲线。（1 1）同向曲线间直线的最小长度）同向曲线间直线的最小长度2直线的最小长度直线的最小长度2.直线的最小长度v同向曲线间的直线最小长度：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

11、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。”公路路线设计规范公路路线设计规范 规定：规定：当当设计速度设计速度60km/h60km/h时，同向曲线间的直线最小长时，同向曲线间的直线最小长度（以度（以m m计）以不小于设计速度（以计）以不小于设计速度（以km/hkm/h计）的计）的6 6倍倍为宜；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小于设计速度(以以km/hkm/h计计)的的3 3倍。倍。（1 1）同向曲线间直线的最小长度）同向曲线间直线的最小长度2直线

12、的最小长度直线的最小长度（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 反反向向曲曲线线：两两个个转转向向相相反反的的相相邻邻曲曲线线之之间间连连以以直直线线所所形形成成的的平面线形。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。和段和加宽缓和段的需要，以及驾驶人员操作的方便。2直线的最小长度直线的最小长度公路路线设计规范公路路线设计规范规定规定：当设计速度当设计速度60km/h60km/h时，反向曲线间直线最小长度时，反向曲线间直线最小长度（以（以m m计）以不小于计

13、）以不小于设计速度设计速度（以（以km/hkm/h计）的计）的2 2倍为宜。倍为宜。当设计速度当设计速度40km/h40km/h时，可参照上述规定执行。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，当直线两端设置有缓和曲线时，也可以直接相连，构成构成S S型曲线。型曲线。2直线的最小长度直线的最小长度第三节第三节 圆曲线圆曲线 Circular CurveCircular Curve第三节第三节 圆曲线圆曲线1、圆曲线的特点、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。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：圆

14、曲线作为公路平面线形具有以下主要特点：u曲率曲率1/R=常数，测设和计算简单；常数，测设和计算简单；u比直线更能适应地形的变化；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；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；要比在直线上行驶多占用道路宽度；u在小半径的圆曲线内侧行驶时，视距条件较差。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、圆曲线的几何元素圆曲线的几何要素圆曲线的几何要素圆曲线的主要点：圆曲线的主要点：YZ-圆直点；圆直点；QZ-曲中点；曲中点；ZY-直圆点；直圆点；JD-交点交点ZY3 3、圆曲线半径、圆曲线半径汽车在弯

15、道上行驶所受的离心力汽车在弯道上行驶所受的离心力离心力离心力 Centrifugal Force假定：假定：汽车在圆曲线上作匀速圆运动。汽车在圆曲线上作匀速圆运动。离心力：离心力：汽车在弯道上，由于惯性产生离心力。汽车在弯道上，由于惯性产生离心力。作用点：作用点：汽车重心汽车重心 方向：方向：水平背离圆心水平背离圆心汽车以速度汽车以速度v v在弯道上行驶时受到的离心力大小：在弯道上行驶时受到的离心力大小：离心力的影响：离心力的影响：对汽车在平曲线上行驶的稳定性影响很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。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汽车

16、在弯道上行驶所受的离心力 则汽车受到的离心力为则汽车受到的离心力为 汽车受到的重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则汽车受到的横向力为令横向力系数横向力系数物理意义：单位车重受到的横向力。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：式中：V计算行车速度（计算行车速度（km/h）；）；横向力系数；横向力系数；ih超高横坡度；超高横坡度；横向力系数的确定要考虑以下因素：汽车的横向滑移汽车的横向倾覆乘客的心理感受轮胎和燃料的消耗设计设计速度速度1201008060403020横向力系数横向力系数0.10.120.130.150.150.160.17 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。车上有不同的稳定程度。