2道路規(guī)劃與幾何設(shè)計(jì)二ppt課件

1、 道路規(guī)劃與幾何設(shè)計(jì) 同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院道路是一條三維空間的帶狀構(gòu)造物，幾何尺寸描述了道路的空道路是一條三維空間的帶狀構(gòu)造物，幾何尺寸描述了道路的空間形態(tài)，人們習(xí)慣把路線在水平面上的投影稱作路線的平面，間形態(tài)，人們習(xí)慣把路線在水平面上的投影稱作路線的平面，其是中間位置的一條線一般成為道路的中線，沿中線豎直剖切其是中間位置的一條線一般成為道路的中線，沿中線豎直剖切再行展開則是路線的縱斷面，中線上任意一點(diǎn)的法向切面是道再行展開則是路線的縱斷面，中線上任意一點(diǎn)的法向切面是道路在該點(diǎn)的橫斷面。路線幾何設(shè)計(jì)是指確定路線空間位置的工路在該點(diǎn)的橫斷面。路線幾何設(shè)計(jì)是指確定路線空間位置的工作，一般把它分解為

2、路線平面設(shè)計(jì)、路線縱斷面設(shè)計(jì)和橫斷面作，一般把它分解為路線平面設(shè)計(jì)、路線縱斷面設(shè)計(jì)和橫斷面設(shè)計(jì)，這三者是相互關(guān)聯(lián)的，既要分別進(jìn)行，又綜合考慮，特設(shè)計(jì)，這三者是相互關(guān)聯(lián)的，既要分別進(jìn)行，又綜合考慮，特別是現(xiàn)代道路許多新的技術(shù)要求更是需要進(jìn)行三維的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)。別是現(xiàn)代道路許多新的技術(shù)要求更是需要進(jìn)行三維的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)。 一、汽車的行駛軌跡一、汽車的行駛軌跡不打方向盤不打方向盤a=0a=0、等角速度、等角速度W W打方向盤打方向盤a= a= 常數(shù)、打方向盤的角速度均勻變化常數(shù)、打方向盤的角速度均勻變化a=a=變數(shù)。變數(shù)。導(dǎo)向輪旋轉(zhuǎn)面與縱軸之間夾角導(dǎo)向輪旋轉(zhuǎn)面與縱軸之間夾角a二、路線平面基本線形二、路線平面

3、基本線形直線：曲率直線：曲率K=0K=0、圓曲線：曲率、圓曲線：曲率K=K=常數(shù)、緩和常數(shù)、緩和曲線：曲率曲線：曲率K=K=變數(shù)；變數(shù)；曲率曲率K K為半徑為半徑R R的倒數(shù)。的倒數(shù)。直線、圓曲線和緩和曲線三種組合而成，直線、圓曲線和緩和曲線三種組合而成，“平平面線形三要素面線形三要素”?；拘颓€S型曲線復(fù)曲線回頭曲線卵型曲線凸型曲線C型曲線三、直線三、直線 直線適用于地形平坦、視線目標(biāo)無障礙處。在平原區(qū)，直線作為主要線形要素是適宜的。直線有測(cè)設(shè)簡單、前進(jìn)方向明確、路線短捷等優(yōu)點(diǎn)，直線路段能提供較好的超車條件，對(duì)雙車道公路有必要在間隔適當(dāng)距離處設(shè)置一定長度的直線，在美學(xué)上直線也有其特點(diǎn)。但直

4、線過長、景色單調(diào)，往往會(huì)出現(xiàn)過高的車速或司機(jī)由于缺乏警覺易疲勞而發(fā)生事故，并且在地形變化復(fù)雜地段，工程費(fèi)用高。 1、概述直線的優(yōu)點(diǎn).里程最短.定線、設(shè)計(jì)、量距、繪圖、計(jì)算、放樣方便。.無視距障礙.駕駛方便.車輛不受離心力作用乘車舒適直線的缺點(diǎn).對(duì)地形適應(yīng)性差.行車單調(diào)易產(chǎn)生疲勞2、描述直線的指標(biāo)最大直線長度：目前最大直線長度的量化還是一個(gè)需要研究的課題，目前各國有不同的處理方法，德國和日本規(guī)定20V(單位為米，V為計(jì)算行車速度，用公里/小時(shí)為單位)，美國為180s的行程，我國對(duì)于設(shè)計(jì)速度大于或等于60km/h的公路最大直線長度為以汽車按設(shè)計(jì)速度行駛70s 左右的距離控制，一般直線路段的最大長度

5、(以m 計(jì))應(yīng)控制在設(shè)計(jì)速度(以km/h 計(jì))的20 倍為宜。同向曲線間最小長度：若在同向曲線間插入短直線容易產(chǎn)生把直線和兩端的曲線看成為反向曲線的錯(cuò)覺,當(dāng)直線過短時(shí)甚至可能把兩個(gè)曲線看成一個(gè)曲線，容易造成司機(jī)的判斷錯(cuò)誤。對(duì)于設(shè)計(jì)速度大于或等于60km/h的公路，同向曲線之間直線的最小長度(以m計(jì))以不小于設(shè)計(jì)速度(以km/h 計(jì))的6倍為宜。反向曲線間最小長度：在轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)圓曲線之間，如果沒有設(shè)置緩和曲線，考慮到設(shè)置超高、加寬緩和段以及駕駛?cè)藛T轉(zhuǎn)向操作的需要，宜設(shè)置一定長度的直線。對(duì)于設(shè)計(jì)速度大于或等于60km/h的公路，反向曲線之間的最小直線長度(以m 計(jì))以不小于設(shè)計(jì)速度(以km/h

6、 計(jì))的2倍為宜。3、關(guān)于直線的運(yùn)用直線的最大與最小長度應(yīng)有所限制，一條公路的直線與曲線的長度設(shè)計(jì)應(yīng)合理。最大直線長度不必太拘泥，最小長度應(yīng)該保證。四、圓曲線四、圓曲線1、概述圓曲線是路線平面設(shè)計(jì)中的主要組成部分，常用的單曲線、復(fù)曲線、雙多交點(diǎn)曲線、虛交點(diǎn)曲線、回頭曲線等均包含了圓曲線，圓曲線具有易與地形相協(xié)調(diào)、可循性好、線形美觀、容易測(cè)設(shè)等優(yōu)點(diǎn)，使用十分普遍。圓曲線的優(yōu)點(diǎn).符合地形、布線靈活.線形優(yōu)美圓曲線的缺點(diǎn).路線較直線長.行車受力復(fù)雜.視距受阻.駕駛勞動(dòng)強(qiáng)度大.測(cè)設(shè)、施工等工作量大、計(jì)算復(fù)雜2、描述圓曲線的指標(biāo)最小圓曲線半徑：極限最小半徑車輛在設(shè)置超高的曲線上安全行駛，滿足最低舒適性要

7、求的半徑規(guī)定值。盡量避免使用，只有當(dāng)路線受地形或其它條件限制時(shí)方可使用。 一般最小半徑通常情況下采用的最小半徑，兼顧汽車行駛的要求與使用上的可能，設(shè)計(jì)時(shí)建議的最小值，設(shè)超高。不設(shè)超高最小半徑，道路曲線半徑較大、離心較小時(shí)，汽車沿雙向路拱不設(shè)超高外側(cè)行駛的路面摩擦力，足以保證汽車行駛安全穩(wěn)定采用的最小半徑。公路：不設(shè)緩和曲線半徑=不設(shè)超高半徑，城市道路：不設(shè)緩和曲線半徑不設(shè)超高半徑。（1確定最小半徑的原則hhiVR1272圓曲線最小半徑是以汽車在曲線部分能安全而又順適地行駛所需要的條件，而確定的圓曲線最小半徑的實(shí)質(zhì)是汽車行駛在公路曲線部分時(shí)所產(chǎn)生的離心力等橫向力不超過輪胎與路面的摩阻力所允許的界

8、限。不產(chǎn)生橫向滑移。極限最小半徑車輛在設(shè)置超高的曲線上安全行駛，滿足最低舒適性要求的半徑規(guī)定值。 V 采用各級(jí)公路相應(yīng)的設(shè)計(jì)速度因此確定，圓曲線最小半徑的關(guān)鍵參數(shù)是橫向力系數(shù)和超高橫坡。橫向力系數(shù)的大小直接影響乘車人的舒適感。車輛在曲線上穩(wěn)定行駛的必要條件是橫向力系數(shù)不能超過路面與輪胎之間的橫向摩阻系數(shù)。超高值變化范圍在10%-6%之間計(jì)算圓曲線最小半徑時(shí)分別用6% 8%、和10%的超高值代入計(jì)算，橫向力系數(shù)0.10 0.17。一般最小半徑通常情況下采用的最小半徑，兼顧汽車行駛的要求與使用上的可能，設(shè)計(jì)時(shí)建議的最小值，設(shè)超高。確定一般圓曲線最小半徑采用的橫向力系數(shù)值為0.05- 0.06 這樣

9、行車將更加舒適而且這種半徑在大多數(shù)的情況下有可能被采用。一般圓曲線最小半徑對(duì)按設(shè)計(jì)速度行駛的車輛能保證其安全性與舒適性是設(shè)計(jì)時(shí)建議采用的值參考國內(nèi)外使用的經(jīng)驗(yàn)采用了表3-6 所列橫向力系數(shù)和超高值代入公式計(jì)算。不設(shè)超高最小半徑，道路曲線半徑較大、離心較小時(shí)，汽車沿雙向路拱不設(shè)超高外側(cè)行駛的路面摩擦力，足以保證汽車行駛安全穩(wěn)定采用的最小半徑。圓曲線半徑大于一定數(shù)值時(shí)可以不設(shè)置超高而允許設(shè)置等于直線路段路拱的反超高，從行駛的舒適性考慮必須把橫向力系數(shù)控制到最小值標(biāo)。當(dāng)路拱橫坡為1.5%時(shí)橫向力系數(shù)采用0.035，當(dāng)路拱橫坡為2.5%時(shí)橫向力系數(shù)采用0.040， 當(dāng)路拱橫坡為3.0%時(shí)橫向力系數(shù)采用

10、0.045 ，當(dāng)路拱橫坡為3.5%時(shí)橫向力系數(shù)采用0.050 。（2最小半徑的標(biāo)準(zhǔn)最大圓曲線半徑：半徑大到一定程度時(shí)，其幾何性質(zhì)與行車條件與直線無太大區(qū)別，容易給駕駛?cè)藛T造成錯(cuò)誤判斷反而帶來不良后果，最大半徑不宜超過10000m。最小圓曲線長度：汽車在道路曲線段行駛時(shí)，如果曲線很短，司機(jī)操作方向盤頻繁，在高速駕駛的情況下是危險(xiǎn)的，圓曲線宜有大于3s的行程。3、關(guān)于圓曲線的運(yùn)用曲線最小半徑應(yīng)符合上表的規(guī)定。直線與小于上表所列不設(shè)超高的圓曲線最小半徑相銜接處應(yīng)設(shè)置回旋線回旋線，參數(shù)及其長度應(yīng)根據(jù)線形設(shè)計(jì)以及對(duì)安全視覺景觀等的要求選用較大的數(shù)值。四級(jí)公路的直線與小于不設(shè)超高的圓曲線最小半徑相銜接處可

11、不設(shè)置回旋線用超高加寬緩和段徑相連接。4、關(guān)于城市道路與公路不同，城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范提供了設(shè)超高最小半徑，設(shè)超高推薦半徑，不設(shè)超高最小半徑以及不設(shè)緩和曲線最小半徑。當(dāng)受地形條件限制時(shí)，可采用設(shè)超高推薦半徑值；當(dāng)?shù)匦螚l件特別困難時(shí)，可采用設(shè)超高最小半徑值。計(jì)算行車速度Km/h 80 60 50 40 30 20 設(shè)超高最小半徑 250 150 100 70 40 20 設(shè)超高推薦半徑 400 300 200 150 85 40 不設(shè)超高最小半徑 1000 600 400 300 150 70 不設(shè)緩和曲線最小半徑 2000 1000 700 500 五、緩和曲線五、緩和曲線緩和曲線是道路平面線形要

12、素之一，它是設(shè)置在直線與圓曲線之間或半徑相差較大的兩個(gè)轉(zhuǎn)向相同的圓曲線之間的一種曲率連續(xù)變化的曲線。除四級(jí)路可不設(shè)緩和曲線外，其余各級(jí)公路都應(yīng)設(shè)置緩和曲線。在現(xiàn)代高速公路上，有時(shí)緩和曲線所占的比例超過了直線和圓曲線，成為平面線形的主要組成部分。在城市道路上，緩和曲線也被廣泛地使用。 1、概述2、緩和曲線的作用通過曲率的變化，適應(yīng)汽車轉(zhuǎn)向操作的行駛軌跡及路線的順暢，便于車輛遵循；離心加速度逐漸變化，不致產(chǎn)生側(cè)向沖擊力，乘客感覺舒適；超高橫坡度逐漸變化，減少行車振蕩，使行車更加平穩(wěn)；與圓曲線配合得當(dāng)，線形連續(xù)光滑，構(gòu)成美觀與視覺協(xié)調(diào)的最佳線形。(1)符合汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的行駛軌跡(2)使離心力加速度逐漸

13、變化(3)作為超高、加寬的緩和帶(4)與圓曲線配合，增加線形美觀kt3、緩和曲線的性質(zhì)rddtgdrrCrkvdvtl2ACrl我國回旋線作為緩和曲線4、緩和曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)dlARddl2)cos(ddldx)sin(ddldy222 Al.3456404523rlrllx.42240336656342rlrlrly5、緩和曲線的幾何要素2Arrl2rrypcossinrxxmprym6、帶緩和曲線的平曲線幾何要素)(240223mRLLqSS)(268824342mRLRLpSS)(6479.280度RLS)(2)(mqtgpRT)(2180)2(0mLRLS)(2sec)(mRpRE)(2

14、mLTJ兩緩和曲線長度不等)(268824341211mRLRLPSS)(268824342222mRLRLPSS)(240223111mRLLqSS)(240223222mRLLqSSctgppqtgpRT)(2)(12111ctgppqtgpRT)(2)(21222)(211弧度RLS)(222弧度RLS卵型曲線)(240223111mRLLbSS)(240223222mRLLbSS)(268824341211mRLRLdSS)(268824342222mRLRLdSS1221RRRRR1223421124)(268824RRLmRLRLDSSS22122211bbdRdRCCS型曲線22

15、122211bbdRdRCCC型曲線22122211bbdRdRCC7、帶緩和曲線的平曲線中緩和曲線放樣2340 rllx3423366rlrlyRllasmmm26479.280mRqxsin)cos1 (mRpy8、帶緩和曲線的平曲線中圓曲線放樣9、關(guān)于樁號(hào)JD樁號(hào)主點(diǎn)ZH，HY，YH，HZ10、其他形式緩和曲線三次拋物線、雙紐線11、緩和曲線最小長度（1旅客感覺舒適RVLMins3)(036. 0（2超高漸變率piBLMins)(（3行駛的時(shí)間3s2.1)(VLMins12、緩和曲線參數(shù)A的確定（1a的變化率30214.0vaAs（2視覺要求RAR3六、平面線形的設(shè)計(jì)六、平面線形的設(shè)計(jì)1

16、、一般原則 平曲線長度足夠：每種曲線長度應(yīng)大于行駛3的距離(1)應(yīng)直捷、連續(xù)、平衡，并與沿線的地形、地物相適應(yīng)，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。(2)不論轉(zhuǎn)角大小均應(yīng)敷設(shè)平面曲線，并盡量選用較大的圓曲線半徑。當(dāng)公路轉(zhuǎn)角較小時(shí)，應(yīng)設(shè)法調(diào)整平面線形，當(dāng)不得已而設(shè)置小于7o的偏角時(shí)，則必須設(shè)置足夠長的曲線。(3)曲線間應(yīng)設(shè)置足夠長度的直線，一般以不小于6倍設(shè)計(jì)車速以 kmh計(jì)的直線長度為宜。不得以短直線相連形成斷臂曲線而影響線形連續(xù)和美觀，否則應(yīng)調(diào)整線形使之成為一個(gè)單曲線或復(fù)曲線，或運(yùn)用回旋線組合成卵型、復(fù)合型及凸型等曲線，改善線形質(zhì)量。(4)曲線間應(yīng)設(shè)置足夠長的直線，一般以不小于2倍設(shè)計(jì)車速以kmh計(jì)的直線長度

17、為宜。否則應(yīng)調(diào)整線形，或運(yùn)用回旋線將其組合成S型曲線，改善線形質(zhì)量。(5)連續(xù)急彎的線形，可在曲線間插入足夠長的直線或回旋線，以保證線形的光滑、連續(xù)、平順。(6)組合復(fù)雜的線形，應(yīng)特別注意整條路線技術(shù)指標(biāo)的均衡性與連續(xù)性，以獲得良好舒適的行車條件。(7)平面線形設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意平面線形與縱斷面線形之間的良好組合，形成良好的空間線形，保證行車的快速、平安、溫馨。2、平面線形的組合（一基本型：直緩圓緩直從線形協(xié)調(diào)性來看希望直：圓：緩=1：1：1（二S型：兩個(gè)反向圓曲線用回旋線連接的組合31112RR4021AAl（三卵型：用一個(gè)回旋線連接兩個(gè)同向圓曲線的組合222RAR8.02.012RR（四回頭：

18、當(dāng)山區(qū)因地形地質(zhì)條件自然展線困難時(shí)所設(shè)置的圓心角接近于或者大于180 o的回頭形狀的曲線，被稱為回頭曲線六、行車視距及其保證六、行車視距及其保證為了行車安全，駕駛?cè)藛T應(yīng)能隨時(shí)看到汽車前面相當(dāng)遠(yuǎn)的一段路程，一旦發(fā)現(xiàn)前方路面上有障礙物或迎面來車，能及時(shí)采取措施，避免相撞，這一必須的最短距離稱為行車視距。行車視距是否充分，直接關(guān)系到行車的安全與迅速，它是道路使用質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。在道路平面上的暗彎處于挖方路段的彎道和內(nèi)側(cè)有障礙物的彎道）、縱斷面上的凸形豎曲線以及下穿式立體交叉的凹形豎曲線上都有可能存在視距不足的問題。 （1停車視距汽車行駛時(shí)，自駕駛?cè)藛T看到前方障礙物時(shí)起，至到達(dá)障礙物前安全停止，所

19、需的最短距離。（2會(huì)車視距在同一車道上兩對(duì)向汽車相遇，從相互發(fā)現(xiàn)時(shí)起，至同時(shí)采取制動(dòng)措施使兩車安全停止，所需的最短距離。（3錯(cuò)車視距在沒有明確劃分車道線的雙車道道路上，兩對(duì)向行駛之汽車相遇，發(fā)現(xiàn)后即采取減速避讓措施安全錯(cuò)車所需的最短距離。（4超車視距在雙車道公路上，后車超越前車時(shí)，從開始駛離原車道之處起，至可見逆行車并能超車后安全駛回原車道所需的最短距離。（一停車視距停車視距是指駕駛?cè)藛T發(fā)現(xiàn)前方有障礙物到汽車在障礙物前停住所需要的最短距離。停車視距可分解為反應(yīng)距離和制動(dòng)距離兩部分來研究。)(2546 . 3221VtVSSS 停路面與輪胎之間的附著系數(shù)道路阻力系數(shù) 采用感覺時(shí)間為1.5s，制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間取1.0s是較適當(dāng)?shù)?。感覺和制動(dòng)反應(yīng)的總時(shí)間t2.5s （二超車視距在一般雙車道公路上行駛著各種不同速度的車輛，當(dāng)快速車追上慢速車以后，需要占用供對(duì)向汽車行駛的車道進(jìn)行超車。為了超車時(shí)的安全，司機(jī)必須能看到前面足夠長度的車流空隙，以便在相鄰車道上沒有出現(xiàn)對(duì)向駛來的汽車之前完成超車而不阻礙被超汽車的行駛。這種快車超越前面慢車后再回到原來車道所需要