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1、平面设计第1页，共40页，编辑于2022年，星期六 一、路一、路 线线n 道路是一条三道路是一条三维维空空间间的的实实体。体。n 它它是是由由路路基基、路路面面、桥桥梁梁、涵涵洞洞、隧隧道道和和沿沿线线设设施施所所组组成的成的线线形构造物。形构造物。n 路路线线：是指道路中是指道路中线线的空的空间间位置。位置。n 路路线线平面平面图图：路路线线在水平面上的投影在水平面上的投影。n 路线纵断面图：路线纵断面图：沿道路中线的竖向剖面图，再行展沿道路中线的竖向剖面图，再行展开即是路线的纵断面。开即是路线的纵断面。n 路线横断面图：路线横断面图：道路中线上任意一点的法向切面是道路道路中线上任意一点的法
2、向切面是道路在该点横断面。在该点横断面。第一节第一节 道路平面线形概述道路平面线形概述 待续待续第2页，共40页，编辑于2022年，星期六n 路路线线平平面面设设计计：在在路路线线平平面面图图上上研研究究道道路路的的基基本本走走向及线形的过程。向及线形的过程。n 路路线线纵纵断断面面设设计计：在在路路线线纵纵断断面面图图上上研研究究道道路路纵纵坡坡及坡长的过程。及坡长的过程。n 路线横断面设计：路线横断面设计：在路线横断面图上研究路基断面形在路线横断面图上研究路基断面形状的过程。状的过程。n 路路线线设设计计：指指确确定定路路线线空空间间位位置置和和各各部部分分几几何何尺尺寸寸的工作。的工作。
3、第3页，共40页，编辑于2022年，星期六二、平面线形设计的基本要求二、平面线形设计的基本要求n行驶中汽车的轨迹的几何特征：行驶中汽车的轨迹的几何特征：n（1 1）轨轨迹迹连连续续。这这个个轨轨迹迹是是连连续续的的和和圆圆滑滑的的，即即在在任何一点上下出现错头和破折；任何一点上下出现错头和破折；（一）汽车行驶轨迹（一）汽车行驶轨迹第4页，共40页，编辑于2022年，星期六n（2 2）曲曲率率连连续续。其其曲曲率率是是连连续续的的，即即轨轨迹迹上上任任一一点点不出现两个曲率的值。不出现两个曲率的值。第5页，共40页，编辑于2022年，星期六n（3 3）曲曲率率变变化化连连续续。其其曲曲率率的的变
4、变化化率率是是连连续续的的，即即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。第6页，共40页，编辑于2022年，星期六l（二）平面（二）平面线线形要素形要素行行驶驶中中汽汽车车的的导导向向轮轮与与车车身身纵轴纵轴之之间间的的关系：关系：1 1角度角度为为零：零：2 2角度角度为为常数：常数：3 3角度角度为变为变数：数：汽汽车车行行驶轨驶轨迹迹线线曲率为曲率为0 0直直线线曲率为常数曲率为常数圆圆曲曲线线曲率为变数曲率为变数缓缓和曲和曲线线 现现代代道道路路平平面面线线形形正正是是由由上上述述三三种种基基本本线线形形构构成成的，称为平面线形三要素。的，称为平面线
5、形三要素。本章讨论的内容三要素之间的合理组合与配置。本章讨论的内容三要素之间的合理组合与配置。BACK第7页，共40页，编辑于2022年，星期六第二节第二节 直线直线一、直线的特点一、直线的特点n 直线距离短，直直线距离短，直捷捷，通视条件好，通视条件好。n 汽汽车车在直在直线线上行上行驶驶受力受力简单简单，方向明确，方向明确，驾驶驾驶操作操作简简易。易。n 便便于测设于测设。n直直线线线线形形大大多多难难于于与与地地形形相相协协调调，若若长长度度运运用用不不当当，不不仅仅破破坏了坏了线线形的形的连续连续性，也不便达到性，也不便达到线线形形设计设计自身的自身的协调协调。n过过长长的的直直线线易
6、易使使驾驾驶驶人人感感到到单单调调、疲疲倦倦，难难以以目目测测车车间间距距离。离。第8页，共40页，编辑于2022年，星期六二、直线的运用二、直线的运用 1.宜采用直线线形的路段：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；）不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地；（2）市市镇镇及及其其近近郊郊，或或规规划划方方正正的的农农耕耕区区等等以以直直线线条条为为主主的地区；的地区；（3）长的桥梁、隧道等构造物路段；）长的桥梁、隧道等构造物路段；（4）路线交叉点及其前后；）路线交叉点及其前后；（5）双车道公路提供超车的路段。）双车道公路提供超车的路段。第9页，共40
7、页，编辑于2022年，星期六（1）在在直直线线上上纵纵坡坡不不宜宜过过大大，因因长长直直线线再再加加下下陡陡坡坡更更易易导致高速度。导致高速度。（2）长长直直线线与与大大半半径径凹凹竖竖曲曲线线组组合合为为宜宜，这这样样可可以以使使生生硬硬呆板的直线得到一些缓和。呆板的直线得到一些缓和。2.当采用长的直线线形时，应注意的问题当采用长的直线线形时，应注意的问题：待续待续第10页，共40页，编辑于2022年，星期六2.当采用长的直线线形时，应注意的问题当采用长的直线线形时，应注意的问题：（3）道道路路两两侧侧过过于于空空旷旷时时，宜宜采采取取植植不不同同树树种种或或设设置置一一定定建建筑筑物物、雕
8、雕塑塑、广广告告牌牌等等措措施施，以以改改善善单单调调的的景景观。观。（4）长直线或长下坡的尽头的平曲线，除曲线半径、超）长直线或长下坡的尽头的平曲线，除曲线半径、超高、视距等必须符合规定外，还必须采取设置标志、增加高、视距等必须符合规定外，还必须采取设置标志、增加路面抗滑能力等安全措施。路面抗滑能力等安全措施。第11页，共40页，编辑于2022年，星期六标标准准规规定定：直直线线的的最最大大与与最最小小长长度度应应有有所所限限制制。一一条公路的直线与曲线的长度设计应合理。条公路的直线与曲线的长度设计应合理。德德国国规规定定直直线线的的最最大大长长度度（以以m m计计）为为20V（计计算算行行
9、车车速速度，度，km/h）（）（适于高速公路适于高速公路V100km/hV100km/h）。）。公公路路线线形形首首先先考考虑虑的的不不是是在在平平面面线线形形上上尽尽量量多多采采用用直直线线，或或者者是是必必须须由由连连续续的的曲曲线线所所构构成成，而而是是必必须须采采用用与与自自然然地地形相协调的线形形相协调的线形。合理利用地形和避免采用合理利用地形和避免采用长长直直线线。3.最大直线长度问题：最大直线长度问题：第12页，共40页，编辑于2022年，星期六1同向曲同向曲线间线间的直的直线线最小最小长长度度规规范范：同同向向曲曲线线间间的的最最短短直直线线长长度度以以不不小小于于设设计计速速
10、度度的的6倍为宜（倍为宜（6V）。）。三、直线的最小长度三、直线的最小长度第13页，共40页，编辑于2022年，星期六2反向曲反向曲线间线间的直的直线线最小最小长长度度n规规范范规规定定：反反向向曲曲线线间间最最小小直直线线长长度度（以以m计计）以不小于设计速度（以以不小于设计速度（以kmh计）的计）的2倍为宜。倍为宜。BACK第14页，共40页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 汽车行驶的横向稳定性与圆曲线汽车行驶的横向稳定性与圆曲线l一、圆曲线的几何要素l二、汽车行驶横向稳定性l三、圆曲线半径第15页，共40页，编辑于2022年，星期六 一、圆曲线的几何元素一、圆曲线的几何元素n各各级
11、级公公路路和和城城市市道道路路不不论论转转角角大大小小均均应应设设置置平平曲曲线线，而而圆曲线是平曲线中的主要组成部分。圆曲线是平曲线中的主要组成部分。n路路线线平平面面线线形形中中常常用用的的单单曲曲线线、复复曲曲线线、双双交交点点或或多多交交点点曲线、虚交点曲线、回头曲线等中一般均包含了圆曲线。曲线、虚交点曲线、回头曲线等中一般均包含了圆曲线。n圆圆曲曲线线具具有有易易与与地地形形相相适适应应、可可循循性性好好、线线形形美美观观、易于测设等优点，使用十分普遍。易于测设等优点，使用十分普遍。第三节 汽车行驶的横向稳定性与汽车行驶的横向稳定性与圆曲线圆曲线第16页，共40页，编辑于2022年，
12、星期六n圆圆曲曲线线几何元素几何元素为为：第17页，共40页，编辑于2022年，星期六计计算基点算基点为为交点里程交点里程桩桩号，号，记为记为JDJD，n ZY=JD-T ZY=JD-Tn YZ=ZY+L YZ=ZY+Ln QZ=ZY+L/2 QZ=ZY+L/2n JD=QZ+J/2 JD=QZ+J/2曲曲线线主点里程主点里程桩桩号号计计算：算：BACK第18页，共40页，编辑于2022年，星期六二、汽车行驶的横向稳定性二、汽车行驶的横向稳定性n 汽车在平曲线上行驶时会产生离心力，其作用点在汽车在平曲线上行驶时会产生离心力，其作用点在汽车的重心，方向水平背离圆心。汽车的重心，方向水平背离圆心。
13、n受力分析：受力分析：n 横向力横向力X失稳失稳n 竖向力竖向力Y稳定稳定1 1汽车在平曲线上行驶时力的平衡汽车在平曲线上行驶时力的平衡n 离心力离心力第19页，共40页，编辑于2022年，星期六n将离心力将离心力F与汽车重力与汽车重力G分解为平行于路面的横向分解为平行于路面的横向力力X和垂直于路面的竖向力和垂直于路面的竖向力Y，第20页，共40页，编辑于2022年，星期六 由由于于路路面面横横向向倾倾角角一一般般很很小小，则则sintg=isintg=ih h，cos1cos1，其中，其中i ih h称为横向超高坡度，称为横向超高坡度，n将离心力将离心力F与汽车重力与汽车重力G分解为平行于路
14、面的横向力分解为平行于路面的横向力X和垂直于路面的竖向力和垂直于路面的竖向力Y，采采用用横横向向力力系系数数来来衡衡量量稳稳定定性性程程度度，其其意意义义为为单单位位车车重重的的横向力，即横向力，即第21页，共40页，编辑于2022年，星期六l横横向向倾倾覆覆：汽汽车车在在平平曲曲线线上上行行驶驶时时，由由于于横横向向力力的的作作用用，使使汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆。汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆。l汽车内侧车轮支反力汽车内侧车轮支反力N N1 1为为0 0。2.2.横向倾覆条件分析横向倾覆条件分析l倾倾覆覆力力矩矩等等于于或或大于稳定力矩。大于稳定力矩。第22页，共40页，编
15、辑于2022年，星期六l倾覆力矩：倾覆力矩：XhXhg g横向倾覆平衡条件分析：横向倾覆平衡条件分析：n 稳定力矩：稳定力矩：b汽车轮距（m）；hg汽车重心高度（m）第23页，共40页，编辑于2022年，星期六l倾覆力矩：倾覆力矩：XhXhg g横向倾覆平衡条件分析：横向倾覆平衡条件分析：n 稳定力矩：稳定力矩：n 稳定、平衡条件：稳定、平衡条件：n 汽车在平曲线上行驶时，不产生横向倾覆的最小平曲线汽车在平曲线上行驶时，不产生横向倾覆的最小平曲线半径半径R min：第24页，共40页，编辑于2022年，星期六3.3.横向滑移条件分析横向滑移条件分析n 横横向向滑滑移移：汽汽车车在在平平曲曲线线
16、上上行行驶驶时时，因因横横向向力力的的存存在，可能使汽车沿横向力的方向产生横向滑移。在，可能使汽车沿横向力的方向产生横向滑移。n 横向力大于轮胎和路面之间的横向附着力。横向力大于轮胎和路面之间的横向附着力。n 极限平衡条件：极限平衡条件：横向滑移稳定条件：横向滑移稳定条件：第25页，共40页，编辑于2022年，星期六4 4横向稳定性的保证横向稳定性的保证n 汽汽车车在在平平曲曲线线上上行行驶驶时时的的横横向向稳稳定定性性主主要要取取决决于于横横向向力系数力系数值的大小。值的大小。n 现现代代汽汽车车在在设设计计制制造造时时重重心心较较低低，一一般般b2hb2hg g，而而 h h0.5,0.5
17、,即即n 汽汽车车在在平平曲曲线线上上行行驶驶时时，在在发发生生横横向向倾倾覆覆之之前前先先产产生生横横向滑移现象。向滑移现象。n 在在道道路路设设计计中中只只要要保保证证不不产产生生横横向向滑滑移移现现象象发发生生，即即可可保保证横向稳定性。证横向稳定性。n保证横向稳定性的条件：保证横向稳定性的条件：BACK第26页，共40页，编辑于2022年，星期六XY（一）一）计算计算公式与因素公式与因素n根据汽根据汽车车行行驶驶在曲在曲线线上力的平衡式上力的平衡式计算曲线半径计算曲线半径：三、圆曲线半径三、圆曲线半径第27页，共40页，编辑于2022年，星期六（一）（一）计算计算公式与因素公式与因素n
18、根据汽根据汽车车行行驶驶在曲在曲线线上力的平衡式上力的平衡式计算曲线半径计算曲线半径：n式中：式中：V计算行车速度，（计算行车速度，（km/h）；）；n 横向力系数；横向力系数；n ih超高横坡度；超高横坡度；n i1路面横坡度。路面横坡度。n当设超高时当设超高时：n不设超高时不设超高时：第28页，共40页，编辑于2022年，星期六（1 1）危及行）危及行车车安全安全n 汽汽车车能能在在弯弯道道上上行行驶驶的的基基本本前前提提是是轮轮胎胎不不在在路路面面上上滑滑移移，这这就就要要求求横横向向力力系系数数低低于于轮轮胎胎与与路路面面之之间间所所能能提供的横向摩阻系数提供的横向摩阻系数 h:n h
19、n h与与车车速速、路路面面种种类类及及状状态态、轮轮胎胎状状态态等等有有关关，一一般般在在干干燥燥路路面面上上约约为为0.40.40.80.8，在在潮潮湿湿的的黑黑色色路路面面上上汽汽车车高高速速行行驶驶时时，降降低低到到0.250.250.400.40。路路面面结结冰冰和和积积雪雪时时，降降到到0.20.2以以下下，在在光光滑滑的的冰冰面面上上可可降降到到0.060.06（不不加防滑加防滑链链）。）。1 1横向力系数横向力系数对行车对行车的的影响及其值的影响及其值的确定：确定：第29页，共40页，编辑于2022年，星期六l（2 2）增加）增加驾驶驾驶操操纵纵的困的困难难n弯弯道道上上行行驶
20、驶的的汽汽车车，在在横横向向力力作作用用下下，弹弹性性的的轮轮胎胎会会产产生生横横向向变变形形，使使轮轮胎胎的的中中间间平平面面与与轮轮迹迹前前进进方方向向形形成成一一个个横向偏移角。增加了汽横向偏移角。增加了汽车车在操控上的在操控上的难难度度第30页，共40页，编辑于2022年，星期六n（3 3）增加燃料消耗和）增加燃料消耗和轮轮胎磨胎磨损损n 使使车辆车辆的燃油消耗和的燃油消耗和轮轮胎磨胎磨损损增加增加。n 横向力系数横向力系数 燃料消耗（燃料消耗（%）轮轮胎磨胎磨损损（%）n 0 100 100 0 100 100n 0.05 105 160 0.05 105 160n 0.10 110
21、 220 0.10 110 220n 0.15 115 300 0.15 115 300n 0.20 120 390 0.20 120 390第31页，共40页，编辑于2022年，星期六（4 4）行旅不舒适）行旅不舒适 值值的增大，乘的增大，乘车车舒适舒适感恶化。感恶化。当当0.100.10时时，不感到有曲，不感到有曲线线存在，很平存在，很平稳稳；当当=0.15=0.15时时，稍感到有曲，稍感到有曲线线存在，尚平存在，尚平稳稳；当当=0.20=0.20时时，己感到有曲，己感到有曲线线存在，稍感不存在，稍感不稳稳定；定；当当=O.35=O.35时时，感到有曲，感到有曲线线存在，不存在，不稳稳定；
22、定；当当=0.40=0.40时时，非常不，非常不稳稳定，有定，有倾车倾车的危的危险险感。感。的舒适界限，由的舒适界限，由0.11到到0.16随行车速度而变化，设计中随行车速度而变化，设计中对高、低速路可取不同的数值。对高、低速路可取不同的数值。美国美国AASHTOAASHTO认为认为V 70km/hV 70km/h时时=0.16=0.16，V=80 km/hV=80 km/h时，时，=0.12=0.12是舒适感的界限。是舒适感的界限。第32页，共40页，编辑于2022年，星期六标准规定：标准规定：高速公路、一高速公路、一级级公路的超高横坡度不公路的超高横坡度不应应大于大于10%10%，其它各其
23、它各级级公路不公路不应应大于大于8%8%。在在积积雪冰雪冰冻冻地区，最大超高横坡度不宜大于地区，最大超高横坡度不宜大于6%6%。2 2关于最大超高关于最大超高：第33页，共40页，编辑于2022年，星期六ihn标标准准中中规规定定的的最最小小平平曲曲线线半半径径是是汽汽车车在在曲曲线线部部分分能安全而又能安全而又顺顺适的行适的行驶驶的条件而确定的。的条件而确定的。n最最小小平平曲曲线线半半径径的的实实质质是是汽汽车车行行驶驶在在公公路路曲曲线线部部分分时时，所所产产生生的的离离心心力力等等横横向向力力不不超超过过轮轮胎胎与与路路面面的的摩摩阻阻力力所所允允许许的界限，并使乘的界限，并使乘车车人
24、感人感觉觉良好的曲良好的曲线线半径半径值值。（二）最小半径的（二）最小半径的计计算算第34页，共40页，编辑于2022年，星期六是是各各级级公公路路按按设设计计速速度度行行驶驶的的车车辆辆能能保保证证安安全全行行车车的的最最小允小允许许半径。半径。1 1极限最小半径极限最小半径第35页，共40页，编辑于2022年，星期六一一般般最最小小半半径径是是指指各各级级公公路路按按设设计计速速度度行行驶驶的的车车辆辆能能保保证证安全、舒适行安全、舒适行车车的最小允的最小允许许半径。半径。2 2一般最小半径一般最小半径第36页，共40页，编辑于2022年，星期六圆圆曲曲线线半半径径大大于于一一定定数数值值
25、时时，可可以以不不设设置置超超高高，而而允允许许设设置等于直线路段路拱的反超高。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。从行驶的舒适性考虑，必须把横向力系数控制到最小值。3 3不不设设超高的最小半径超高的最小半径第37页，共40页，编辑于2022年，星期六4 4.最小最小半径半径指标的应用指标的应用第38页，共40页，编辑于2022年，星期六4 4.最小最小半径半径指标的应用指标的应用（1 1）公公路路线线形形设设计计时时应应根根据据沿沿线线地地形形等等情情况况，尽尽量量选选用用较较大大半径。在不得已情况下方可使用极限最小半径；半径。在不得已情况下方可使用
26、极限最小半径；（2 2）当当地地形形条条件件许许可可时时，应应尽尽量量采采用用大大于于一一般般最最小小半半径径的的值；值；（3 3）有条件时，最好采用不设超高的最小半径。）有条件时，最好采用不设超高的最小半径。（4 4）选选用用曲曲线线半半径径时时，应应注注意意前前后后线线形形的的协协调调，不不应应突突然然采用小半径曲线；采用小半径曲线；（5 5）长直线或线形较好路段，不能采用极限最小半径。）长直线或线形较好路段，不能采用极限最小半径。（6 6）从从地地形形条条件件好好的的区区段段进进入入地地形形条条件件较较差差区区段段时时，线线形技术指标应逐渐过渡，防止突变。形技术指标应逐渐过渡，防止突变。
27、第39页，共40页，编辑于2022年，星期六（三）（三）圆圆曲曲线线最大半径最大半径选选用用圆圆曲曲线线半半径径时时，在在与与地地形形等等条条件件相相适适应应的的前前提提下下应应尽尽量量采用大半径采用大半径。但但半半径径大大到到一一定定程程度度时时，其其几几何何性性质质和和行行车车条条件件与与直直线线无无太太大大区区别别，容容易易给给驾驾驶驶人人员员造造成成判判断断上上的的错错误误反反而而带带来不良后果，同来不良后果，同时时也无也无谓谓增加增加计计算和算和测测量上的麻量上的麻烦烦。规规范范规规定定圆圆曲曲线线的最大半在不宜超的最大半在不宜超过过10000m10000m。（四）圆曲线最小长度（四）圆曲线最小长度 3S行程行程第40页，共40页，编辑于2022年，星期六