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1、授课时间2009年3月11日3，4节授课方式课堂授课授课学时No. 52学时授课题目第五讲：平面设计。道路平面设计概述、直线、圆曲线目的与要求：1了解道路平面设计基本要求；2了解平面线形基本要素；3. 掌握直线、圆曲线线形指标的应用重点与难点：重点：1. 直线线形应用要求与注意问题；直线长度规定2圆曲线半径指标 难点：1.横向力系数确定授课内容摘要：第3章 平面设计 3.1 道路平面设计概述汽车行驶轨迹的几何特征；平面线形基本要素（三要素） 3.2 直线直线的特点；直线的运用 3.3 圆曲线圆曲线的几何元素；圆曲线半径确定；圆曲线半径指标应用参考文献：1公路工程技术标准JTG B01-2003
2、2公路路线设计规范JTG D20-2006 3道路勘测设计. 张雨化主编，人民交通出版社出版教 具课 件PPT课件习 题作 业作业： 计算题2课后小结：第3章 平面设计第5讲：2学时3.1 道路平面线形概述 道路是一条三维空间的实体。它是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组成的线形构造物。路线：是指道路中线的空间位置。路线平面图：路线在水平面上的投影为路线的平面。 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断面。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面。 路线设计：指确定路线空间位置和各部分几何尺寸的工作。路线平面设计：在路线平面图上研究道路的基本走
3、向及线形的过程。 汽车行驶轨迹的几何特征（1）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；（2）曲率连续。其曲率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率的值。（3）曲率变化连续。其曲率的变化率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。 平面线形要素l （三要素）行驶中汽车的导向轮 汽车行驶轨迹线与车身纵轴之间的关系： 角度为零： 曲率为0 直线 角度为常数： 曲率为常数圆曲线 角度为变数： 曲率为变数缓和曲线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。3.2 直线3.2.1 直线的特点直线距离短，直捷，通视条件好。汽车在直线上行驶受力简单，方
4、向明确，驾驶操作简易。便于测设。缺点： 直线线形灵活性差，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。 过长的直线易使驾驶人感到单调、疲倦； 难以准确目测车间距离。3.2.2 直线的运用1. 宜采用直线线形的路段：（1）不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地；（2）市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等以直线条为主的地区；（3）长的桥梁、隧道等构造物路段； （4）路线交叉点及其前后；（5）双车道公路提供超车的路段。2. 当采用长的直线线形时，应注意的问题（1）在直线上纵坡不宜过大，因长直线再加下陡坡更易导致高速度。（2）长直线尽头的平曲线半径应
5、尽量大一些，以保证线形的连续性，除了保证曲线超高、视距等符合相应的规定外，还必须采取设置标志、增加路面抗滑能力等必要的安全措施。 （3）长直线与大半径凹竖曲线组合为宜，以使生硬呆板的直线得到一些缓和。（4）道路两侧过于空旷时，宜采取植不同树种或设置一定建筑物、雕塑、广告牌等措施，以改善单调的景观。3. 直线长度的限制标准规定：直线的最大与最小长度应有所限制。一条公路的直线与曲线的长度设计应合理。（1）直线的最大长度（标准未明确规定）直线的长度不宜过长。受地形条件或其他特殊情况限制而采用长直线时，应结合沿线具体情况采取相应的技术措施（2）直线的最小长度两圆曲线间以直线径相连接时，直线的长度不宜过
6、短。设计速度大于或等于60kmh时，同向圆曲线间最小直线长度(以m计)以不小于设计速度(以kmh计)的6倍为宜；反向圆曲线间的最小直线长度(以m计)以不小于设计速度(以kmh计)的2倍为宜。设计速度小于或等于40km/h时，可参照上述规定执行。回头曲线间的最小直线长度： 规范规定：越岭路线应利用地形自然展线，避免设置回头曲线。三级公路、四级公路在自然展线无法争取需要的距离以克服高差，或因地形、地质条件所限不能采取自然展线时，可采用回头曲线。两相邻回头曲线之间，应有较长的距离。由一个回头曲线的终点至下一个回头曲线起点的距离，设计速度为40kmh、30kmh、20kmh时，分别应不小于200m、1
7、50m、100m。3.3 圆曲线3.3.1 圆曲线的几何元素各级公路和城市道路不论转角大小均应设置平曲线，而圆曲线是平曲线中的主要组成部分。路线平面线形中常用的单曲线、复曲线、双交点或多交点曲线、虚交点曲线、回头曲线等中一般均包含了圆曲线。特点：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，使用十分普遍。 圆曲线几何元素为：曲线主点里程桩号计算：计算基点为交点里程桩号，记为JD， ZY=JD-T YZ=ZY+L QZ=ZY+L/2JD=QZ+J/23.3.2 圆曲线半径1. 圆曲线半径的计算公式与影响因素根据汽车行驶在曲线上力的平衡式计算曲线半径：横向力X：，曲线内侧取“+”曲
8、线外侧取“-”在公路等级和地形条件已定时，设计车速也就唯一确定了，圆曲线半径的大小取决于横向力系数和曲线的横坡度ih的取值范围。 （1）横向力系数的确定：1）考虑汽车行驶的横向稳定性n 汽车能在弯道上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低于轮胎与路面之间所能提供的横向摩阻系数f: ff与车速、路面种类及状态、轮胎状态等有关，一般在干燥路面上约为0.40.8，在潮湿的黑色路面上汽车高速行驶时，降低到0.250.40。路面结冰和积雪时，降到0.2以下，在光滑的冰面上可降到0.06（不加防滑链）。2）考虑驾驶操作弯道上行驶的汽车，在横向力作用下，弹性的轮胎会产生横向变形，使轮胎的中
9、间平面与轮迹前进方向形成一个横向偏移角。3）考虑燃料消耗和轮胎磨损 由于横向力的影响，行驶在曲线上的汽车比在直线上的燃料消耗和轮胎磨损都要大。 4）考虑乘车的舒适性 值的增大，乘车舒适感恶化。当0.10时，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= 0.35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。值的采用影响到行车的安全、经济与舒适等。在计算最小平曲线半径时，应综合考虑以上各方面的因素采用一个适当的值。经分析得出的取值范围：值最好0.10，最大0.16。（2）超高横坡度ib
10、1）最大超高横坡度ib,max： ib,maxfw式中：一年中气候恶劣季节路面的横向摩阻系数。2）最小超高横坡度ib,max 道路的超高横坡度不应该小于道路直线段的路拱横坡度，否则不利于道路的排水，因此有：2. 圆曲线最小半径的计算标准中规定的最小平曲线半径是汽车在曲线部分能安全而又顺适的行驶的条件而确定的。最小平曲线半径的实质是汽车行驶在公路曲线部分时，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。（1）极限最小半径的计算极限最小半径是指各级公路对按计算行车速度行驶的车辆，能保证其安全行车的最小允许半径。 （2）一般最小半径一般最小半径是指各级公
11、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。（3）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，而允许设置等于直线路段路拱的反超高。从行驶的舒适性考虑，必须把横向力系数控制到最小值。3. 圆曲线最大半径选用圆曲线半径时，在与地形等条件相适应的前提下应尽量采用大半径。但半径大到一定程度时，其几何性质和行车条件与直线无太大区别，容易给驾驶人员造成判断上的错误反而带来不良后果，同时也无谓增加计算和测量上的麻烦。规范规定圆曲线的最大半在不宜超过10000m。3.3.3 圆曲线半径的确定（1）在条件许可时，争取选用不设超高的圆曲线半径。（2）在一般情况下，宜采用极限最小半径的48倍或超高横坡度为（24）%的圆曲线半径。（3）当地形条件受到限制时，曲线半径应尽量大于或接近于一般最小半径。（4）在自然条件特殊困难或受其它条件严格限制而不得已时，方可采用圆曲线的极限最小半径。（5）圆曲线的最大半径不宜超过10000m。 作业： 1分别计算高速公路、一、二级公路在一般地区及积雪寒冷地区采用极限最小半径时的横向力系数。 2已知平原区某二级公路有一弯道半径为250m，超高横坡为6%，路面为水泥混凝土。因冬季降雪路面结冰。试计算汽车通过该弯道的最大安全速度。
