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1、本章主要介绍道路线形设计的基本理论和方法。学习构成道路线形的基本要素及这些要素的设计要求，掌握平面设计成果的整理。,第一节 道路平面线形概述,第二节 直线,第三节 圆曲线,第四节 缓和曲线,第五节 平面线形设计,第六节 行车视距,第七节 道路平面设计成果,第一节 道路平面线形概述,1.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。,一路线的概念,2.路线（route）：是指道路中线的空间位置。3.路线平面图（plan）：反应路线在平面上的形状、位置、尺寸的图形。,第一节 道路平面线形概述,4.路线纵断面图（vertical profile map）：
2、反应路线在纵断面上的形状、位置、尺寸的图形。,1.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。,一路线的概念,2.路线（route）：是指道路中线的空间位置。3.路线平面图（plan）：反应路线在平面上的形状、位置、尺寸的图形。,第一节 道路平面线形概述,4.路线纵断面图（vertical profile map）：反应路线在纵断面上的形状、位置、尺寸的图形。,1.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。,一路线的概念,2.路线（route）：是指道路中线的空间位置。3.路线平面图（plan）：反应
3、路线在平面上的形状、位置、尺寸的图形。,5.路线横断面图(cross-section profile map)：反映道路在横断面上的结构、形状、位置、尺寸的图形。,第一节 道路平面线形概述,二路线设计的任务,在调查研究掌握大量材料的基础上，设计出一条有一定技术标准、满足行车要求、工作费用最省的路线。,路线设计的顺序 平面线形设计 horizontal alignment design 纵断面线形设计 vertical alignment design 横断面设计 cross-section design,第一节 道路平面线形概述,三平面线形设计的基本要求,1汽车行驶轨迹 行车轨迹是连续的和圆滑
4、的，即在任何一点上不出现错头和破折,其曲率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率的值。,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。,第一节 道路平面线形概述,三平面线形设计的基本要求,1汽车行驶轨迹,现代高等级道路一般采用图34类型的平面线形,第一节 道路平面线形概述,三平面线形设计的基本要求,2平面线形要素,直线(Tangents)圆曲线(circular curves)缓和曲线(transition curves),第二节 直线（Tangents）,一直线的特点,2行车方向明确，行驶受力简单，驾驶操作简易。,1路线便捷，两点之间以直线为最短。,3测设简单，施工容易。,
5、4过长的直线易使驾驶人感到单调、疲倦，难以目测车间距离，于是产生尽快驶出直线的急燥情绪，易超车。,5直线线形大多难于与地形相协调。,Australia,Arizona,二直线的运用,受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地；市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等以直线为条为主的地区；长大桥梁、隧道等构造物路段；路线交叉点及其前后；双车道公路提供超车的路段。,1下述路段可采用直线：,第二节 直线（Tangents）,长直线上纵坡不宜过大，因长直线再加下陡坡行驶更易导致高速度。,长直线与大半径凹形竖曲线组合为宜，可以使生硬呆板的直线得到一些缓和。,二直线的运用,2运用长直线要注意的问题,1下述路段可
6、采用直线,第二节 直线（Tangents）,两侧地形过于空旷时，宜采取种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。,二直线的运用,2运用长直线要注意的问题,1下述路段可采用直线,长直线上纵坡不宜过大，因长直线再加下陡坡行驶更易导致高速度。,长直线与大半径凹形竖曲线组合为宜，可以使生硬呆板的直线得到一些缓和。,第二节 直线（Tangents）,美国俄勒冈州典型沙漠公路,扬州城市道路,香榭丽舍与凯旋门,长直线或长下坡尽头的平曲线必须采取设置标志、增加路面抗滑能力等安全措施,二直线的运用,2运用长直线要注意的问题,1下述路段可采用直线,3“长直线”的量化,德国和日本规定直线的
7、最大长度（以米计）为20V，前苏联为8km，美国为180s行程。我国地域辽阔，地形条件在不同的地区有很大的不同，对直线最大长度很难作出统一的规定。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20V是可以的；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。,无论是高速公路还是一般公路在任何情况下都要避免追求长直线的错误倾向,第二节 直线（Tangents）,2运用长直线要注意的问题,互相通视的同向曲线间若插以短直线，容易产生把直线和两端的曲线看成为反向曲线的错觉，当直线过短时甚至把两个曲线看成是一个曲线，这种线形破坏了线形的连续性，且容易造成驾驶操作的失误，通常称为
8、断背曲线。设计中应尽量避免。规范推荐同向曲线间的最短直线长度以不小于6v为宜。,三直线的最小长度,1同向曲线间的直线最小长度,第二节 直线（Tangents）,青海柴达木盆地公路,美国犹他州公路,三直线的最小长度,1同向曲线间的直线最小长度,2反向曲线间的直线最小长度 转向相反的两圆曲线之间，考虑到为设置超高和加宽缓和段的需要以及驾驶员转向操作的需要如无缓和曲线时，宜设置一定长度的直线。规范规定反向曲线间最小直线长度（以m计）以不小行车速度（以km/h计）的2倍为宜。,第二节 直线（Tangents）,第三节 圆曲线（circular curves）,圆曲线具有易与地形相适应、可循性好、线形美
9、观、易于测设等优点，使用十分普遍。圆曲线的几何元素,一圆曲线的几何元素,T,二曲线半径（Radius）,1确定半径的理论依据,行车安全 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：f,横向力系数的确定,驾驶操纵 轮胎产生横向变形，增加了汽车在方向操纵上的困难。,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。,第三节 圆曲线（circular curves）,1确定半径的理论依据,横向力系数的确定,行旅舒适当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，已感到有曲线存在，稍感不稳定；当=0.35时，感到有曲线存在，不稳定
10、；当0.40时，非常不稳定，有倾车的危险感。,第三节 圆曲线（circular curves）,二曲线半径（Radius）,1确定半径的理论依据,横向力系数的确定,综上所述，值的采用关系到行车的安全、经济与舒适。为计算最小平曲线半径，应考虑各方面因素采用一个舒适的值。研究指出：值的舒适界限，由0.10到0.15随行车速度而变化，设计中对高、低速路可取不同的数值。,第三节 圆曲线（circular curves）,二曲线半径（Radius）,1确定半径的理论依据,.关于最大超高,考虑慢车甚至因故停在弯道上的车辆,其离心力接近0,或者等于0。因此fw 一年中气候恶劣季节路面的横向摩阻力系数。,第三
11、节 圆曲线（circular curves）,二曲线半径（Radius）,1确定半径的理论依据,.关于最大超高,各级公路圆曲线部分最大超高值,城市道路最大超高值,第三节 圆曲线（circular curves）,二曲线半径（Radius）,2最小半径的计算,极限最小半径 横向力系数视设计车速采用0.10-0.16,最大超高视道路的不同环境，公路用 0.10、0.08、0.06，城市道路用0.06、0.04、0.02,第三节 圆曲线（circular curves）,二曲线半径（Radius）,2最小半径的计算,极限最小半径,一般最小半径 考虑汽车以设计速度行驶时，旅客有充分的舒适感 考虑在地形
12、比较复杂的情况下不会过多地增加工程量。这种半径是全线绝大多数情况下可采用的半径，约为极限最小半径的1.52.0倍。,第三节 圆曲线（circular curves）,二曲线半径（Radius）,2最小半径的计算,极限最小半径,一般最小半径,第三节 圆曲线（circular curves）,二曲线半径（Radius）,一般最小半径、ih(max).取值表,2最小半径的计算,极限最小半径,一般最小半径,第三节 圆曲线（circular curves）,二曲线半径（Radius）,不设超高的最小半径 我国标准所制定的“不设超高的最小半径”是取=0.035，ihmax=0.015计算取整得来的。,2最
13、小半径的计算,圆 曲 最 小 线 半 径,第三节 圆曲线（circular curves）,二曲线半径（Radius）,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，容易给驾驶员造成判断上的错误而带来不良后果，同时也无谓增加计算和测量上的麻烦。所以规范规定圆曲线的最大半径不宜超过10000m。,第三节 圆曲线（circular curves）,二曲线半径（Radius）,1确定半径的理论依据,2最小半径的计算,3圆曲线最大半径,极限最小半径一般最小半径不设超高的最小半径,小结,10000米,第三节
14、圆曲线（circular curves）,二曲线半径（Radius）,第四节 缓和曲线（transition curves）,一缓和曲线的作用与性质,1缓和曲线作用（function）,线形缓和（曲率连续变化，视觉效果好）行车缓和（离心加速度逐渐变化，旅客感觉舒适）超高缓和（超高横坡度逐渐变化，行车更加平稳）,返回,返回,返回,第四节 缓和曲线（transition curves）,一缓和曲线的作用与性质,2缓和曲线的性质（character）,汽车等速行驶，司机匀速转动方向盘时，汽车的行驶轨迹：,当方向盘转动角度为时，前轮相应转动角度为，它们之间的关系为：=k；,其中，是在t时间后方向盘转动
15、的角度，=t；,第四节 缓和曲线（transition curves）,一缓和曲线的作用与性质,2缓和曲线的性质（character）,汽车前轮的转向角为=kt(rad)轨迹曲率半径：,第四节 缓和曲线（transition curves）,一缓和曲线的作用与性质,2缓和曲线的性质（character）,汽车以v（ms）等速行驶，经时间t以后，其行驶距离（弧长）为l：l=vt(m),第四节 缓和曲线（transition curves）,一缓和曲线的作用与性质,2缓和曲线的性质（character）,汽车匀速从直线进入圆曲线其行驶轨迹的弧长与曲线的曲率半径之乘积为一常数，这一性质与数学上的回旋
16、线正好相符。,1.回旋线的数学表达式,第四节 缓和曲线（transition curves）,二.缓和曲线的要素计算(element Calculation),但在缓和曲线的的终点处，=Ls，=R，则上式可写作：,.回旋线的基本公式为：,1.回旋线的数学表达式,第四节 缓和曲线（transition curves）,二.缓和曲线的要素计算(element Calculation),.回旋曲线的座标表示,回旋曲线微分方程为：dl=rd，dx=dlcos，dy=dlsin,由微分方程推导回旋线的直角坐标方程：以rl=A2代入得：,或ldl=A2d,1.回旋线的数学表达式,第四节 缓和曲线（tran
17、sition curves）,二.缓和曲线的要素计算(element Calculation),.回旋曲线的座标表示,当l=0时，=0。对ldl=A2d积分得：,式中：回旋线上任一点的半径方向与Y轴的夹角。对回旋线微分方程组中的dx、dy积分时，可把cos、sin用泰勒级数展开，然后用代入表达式，再进行积分。,1.回旋线的数学表达式,第四节 缓和曲线（transition curves）,二.缓和曲线的要素计算(element Calculation),.回旋曲线的座标表示,dx，dy的展开：,1.回旋线的数学表达式,第四节 缓和曲线（transition curves）,二.缓和曲线的要素计
18、算(element Calculation),.回旋曲线的座标表示,对dx、dy分别进行积分：,1.回旋线的数学表达式,第四节 缓和曲线（transition curves）,二.缓和曲线的要素计算(element Calculation),.回旋曲线的座标表示,在回旋线终点处，于是：,2.回旋线的几何要素,第四节 缓和曲线（transition curves）,二.缓和曲线的要素计算(element Calculation),.各要素计算公式.P处的曲率半径：.缓和曲线角：.P点曲率圆的内移值：,2.回旋线的几何要素,第四节 缓和曲线（transition curves）,二.缓和曲线的要素
19、计算(element Calculation),.各要素计算公式,.长切线长：,.短切线长：,2.回旋线的几何要素,第四节 缓和曲线（transition curves）,二.缓和曲线的要素计算(element Calculation),.有缓和曲线的道路平曲线几何元素,2.回旋线的几何要素,第四节 缓和曲线（transition curves）,二.缓和曲线的要素计算(element Calculation),.有缓和曲线的道路平曲线几何元素,第四节 缓和曲线（transition curves）,三.缓和曲线的长度（length）,影响缓和曲线最小长度的因素,.乘客感觉舒适,.超高渐变率适
20、中,.行驶时间不过短,取其中的大值作为控制指标,第四节 缓和曲线（transition curves）,三.缓和曲线的长度（length）,.乘客感觉舒适（控制离心加速度的变化率）,在等速行驶的情况下：则可以得出缓和曲线最小长度公式：,为“缓和系数”，采用值各国不一致。我国公路上建议。于是缓和曲线的最小长度：,第四节 缓和曲线（transition curves）,三.缓和曲线的长度（length）,.乘客感觉舒适（控制离心加速度的变化率）,.超高渐变率适中,由于在缓和曲线上设置有超高缓和段，如果缓和段太短则会因路面急剧地由双坡变为单坡而形成一种扭曲的面，对行车和路容均不利。规范规定了适中的超
21、高渐变率，由此可导出计算缓和段最小长度的公式：,第四节 缓和曲线（transition curves）,三.缓和曲线的长度（length）,.乘客感觉舒适（控制离心加速度的变化率）,.超高渐变率适中,.行驶时间不过短,一般认为汽车在缓和曲线上的行驶时间至少应有3s，于是,第四节 缓和曲线（transition curves）,三.缓和曲线的长度（length）,标准制定的各级公路缓和曲线最小长度,第四节 缓和曲线（transition curves）,四.缓和曲线的参数A,曲线参数 A的确定考虑三个因素,按离心加速度的变化率来确定,按行驶时间不过短来确定,按满足视觉条件来确定,按离心加速度的变
22、化率来确定,按行驶时间不过短来确定,按满足视觉条件来确定,第四节 缓和曲线（transition curves）,五.缓和曲线省略,内移值p足够小时，可省略,不设超高的最小平曲线半径,第五节 平面线形设计,一平面线形（Horizontal Alignment）设计一般原则,1.平面线形应便捷、连续、顺适，与周围环境相协调。,2.安全要求是基本的，视觉和心理上的要求应尽量满足,3.保持平面线形的均衡与连贯,4.应避免连续急弯的线形,5.平曲线应有足够的长度,1.平面线形应便捷、连续、顺适，与周围环境相协调。,2.安全要求是基本的，视觉和心理上的要求应尽量满足,3.保持平面线形的均衡与连贯,4.应
23、避免连续急弯的线形,5.平曲线应有足够的长度,1.平面线形应便捷、连续、顺适，与周围环境相协调。,2.安全要求是基本的，视觉和心理上的要求应尽量满足,3.保持平面线形的均衡与连贯,4.应避免连续急弯的线形,5.平曲线应有足够的长度,第五节 平面线形设计,二小转角路线问题,路线转角的大小反应了路线的舒顺程度，小一些好。但转角过小，即使设置了较大的半径也容易把曲线长看成比实际的要短，造成急转弯的错觉。这种倾向转角越小越显著，以致造成驾驶员枉作转弯的操作。,第五节 平面线形设计,三平面线形要素的组合,2.S型,3.卵型,4.凸形,5.C形,5复合型,1.基本型,.对称性 对称性基本型曲线。非对称基本
24、型曲线。.协调性。宜将回旋线、圆曲线、回旋线之长度比设计成1：1：1,1.基本型,第五节 平面线形设计,三平面线形要素的组合,2.S型,3.卵型,4.凸形,5.C形,5复合型,1.基本型,1.基本型,2.S型,.A1与A2宜相等.A1与A2之比应小于2.0，有条件时以小于1.5为宜。.宜径向相接，不得已插入直线时.半径之比不宜过大,第五节 平面线形设计,三平面线形要素的组合,2.S型,3.卵型,4.凸形,5.C形,5复合型,1.基本型,1.基本型,2.S型,3.卵型,两圆曲线的间距，宜在下列界限之内：,两圆曲线半径之比定在下列界限之内：,第五节 平面线形设计,三平面线形要素的组合,2.S型,3
25、.卵型,4.凸形,5.C形,5复合型,1.基本型,1.基本型,2.S型,3.卵型,4.凸形,凸型的回旋线的参数及其连接点的曲率半径，应分别符合容许最小回旋线参数和圆曲线一般最小半径的规定。,在两个同向回旋线间不插入圆曲线而径相衔接的组合。,第五节 平面线形设计,三平面线形要素的组合,2.S型,3.卵型,4.凸形,5.C形,5复合型,1.基本型,1.基本型,2.S型,3.卵型,4.凸形,5复合型,两个回旋线参数之比宜为：A2：A1=1：1.5,两个以上同向回旋线间在曲率相等处相互连接的线形。,第五节 平面线形设计,三平面线形要素的组合,2.S型,3.卵型,4.凸形,5.C形,5复合型,1.基本型
26、,1.基本型,2.S型,3.卵型,4.凸形,5复合型,5.C形,其连接处的曲率为0，也就是R=，相当于两基本型的同向曲线中间直线长度为0。,同向曲线的两回旋线在曲率为零处径相衔接的线形。,第六节 行车视距（Sight Distances）,一基本概念,1视距（Sight Distances）汽车在行驶中，当发现障碍物后，能及时采取措施，防止发生交通事故所需要的必须的最小距离。,第六节 行车视距（Sight Distances）,一基本概念,1视距（Sight Distances）,2.视距的类型(1)停车视距（Stopping Sight Distances）(2)会车视距（Decision
27、Sight Distance）(3)超车视距（Passing Sight Distance）,第六节 行车视距（Sight Distances）,二停车视距(Stopping Sight Distances),1.停车视距：汽车行驶时，当视高为1.2m，物高为0.1m时，驾驶人员自看到前方障碍物时起，至障碍物前能安全停车所需的最短行车距离，即为停车视距。,2.停车视距由反应距离，制动距离，安全距离构成。,第六节 行车视距（Sight Distances）,.感觉和制动反应的总时间t=2.5s，在这个时间内汽车行驶的距离为,.制动距离是指汽车从制动生效到汽车完全停住，这段时间内所走的距离。它应为
28、：,.安全距离,故停车视距为：,二停车视距(Stopping Sight Distances),第六节 行车视距（Sight Distances）,各级公路不同速度停车视距,二停车视距(Stopping Sight Distances),第六节 行车视距（Sight Distances）,三会车视距(Decision Sight Distances),1.定义：会车视距是在同一车道上两对向汽车相遇，从相互发现时起，至同时采取制动措施使两车安全停止，所需的最短距离。2.会车视距构成：（1）反应距离：双向驾驶员及车辆（2）制动距离：双向车辆（3）安全距离：双向车辆保持间距 因此，会车视距约等于2倍
29、停车视距。,第六节 行车视距（Sight Distances）,四超车视距(passing Sight Distances),1.超车视距 在双车道公路上，当视高为1.2m，物高为1.2m，后车超越前车过程中，从开始驶离原车道之处起，至可见逆行车并能超车后安全驶回原车道所需的最短距离，即为超车视距。,第六节 行车视距（Sight Distances）,四超车视距(passing Sight Distances),2.超车视距的全程可分为四个阶段：,第六节 行车视距（Sight Distances）,四超车视距(passing Sight Distances),2.超车视距的全程可分为四个阶段：
30、,加速行驶距离S1,式中：V0被超汽车的速度（km/h）；t1加速时间（s）；a平均加速度（m/s2）。,第六节 行车视距（Sight Distances）,四超车视距(passing Sight Distances),2.超车视距的全程可分为四个阶段：,超车汽车在对向车道上行驶的距离S2 式中：V超车汽车的速度（km/h）；t2在对向车道上的行驶时间（s）。,加速行驶距离S1,第六节 行车视距（Sight Distances）,四超车视距(passing Sight Distances),2.超车视距的全程可分为四个阶段：,超车完了时，超车汽车与对向汽车之间的安全距离S3。S3=15-100
31、m,加速行驶距离S1,超车汽车在对向车道上行驶的距离S2,第六节 行车视距（Sight Distances）,四超车视距(passing Sight Distances),2.超车视距的全程可分为四个阶段：,超车完了时，超车汽车与对向汽车之间的安全距离S3。S3=15-100m,加速行驶距离S1,超车汽车在对向车道上行驶的距离S2,超车汽车从开始加速到超车完了时对向汽车的行驶距离S4,第六节 行车视距（Sight Distances）,四超车视距(passing Sight Distances),2.超车视距的全程可分为四个阶段：,于是，超车视距为：S超=S1+S2+S3+S4,二、三、四级公
32、路停车视距、会车视距与超车视距,第六节 行车视距（Sight Distances）,五各级公路对视距的要求,高速公路、一级公路应满足停车视距的要求；其它各级公路一般应满足会车视距的要求，会车视距的长度不应小于停车视距的两倍。对向行驶的双车道公路，应根据需要并结合地形，在适当的距离内设置具有超车视距的路段。,第七节 道路平面设计成果,一.直线、曲线及转角表,第七节 道路平面设计成果,一.直线、曲线及转角表,第七节 道路平面设计成果,二.逐桩坐标表,第七节 道路平面设计成果,三.路线平面设计图,1平面图的比例尺和测绘范围,比例尺：.工程可行性研究、初步设计阶段的方案研究与比选，采用1：50000或
33、1：10000的比例尺.初步设计、施工图设计一般常用的是1：2000，在平原微丘区可用1：5000。在地形特别复杂地段的路线初步设计、施工图设计可用1：500或1：1000。,第七节 道路平面设计成果,三.路线平面设计图,1平面图的比例尺和测绘范围,比例尺：,测绘范围 路线带状地形图的测绘宽度，一般为中线两侧各100-200m。对1：5000的地形图，测绘宽度每侧应不小于250m。若有比较线，应将比较线包括进去。,第七节 道路平面设计成果,三.路线平面设计图,2路线平面图的内容及绘制方法,.导线点（或交点）坐标X、Y精确地点绘在相应位置上 路线一律按前进方向从左至右画，在每张图的拼接处画出接图线。在图的右上角注明共张、第张。在图纸的空白处注明曲线元素及主要点里程。.控制点展绘.各种构造物的测绘 道路及其附属物应按实际形状测绘。公路交叉口应注明每条公路的走向。铁路应注明轨面高程，公路应注记路面类型，涵洞应注明洞底标高。.水系及其附属物的测绘.地形、地貌、植被、不良地质地带等均应详细测绘并用等高线和国家测绘局制定的“地形图图式”符号及数字注明。,第七节 道路平面设计成果,三.路线平面设计图,3路线平面图示例,
