1、第三章 平面设计,第一节 道路平面线形概述,一、路线,二、汽车行驶轨迹与道路线性,特点： 轨迹是连续的而且是圆滑的； 轨迹的曲率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率值； 轨迹的曲率变化是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率值；,平面线性三要素：直线、圆曲线和缓和曲线.,第二节 直线,一、直线的特点,优点： 1以最短的距离连接两目的地，具有路线短捷、缩短里程和行车方向明确的特点。直线具有视距良好、行车快速、易于排水等特点。 2已知两点就可以确定一条直线，因而直线线形简单，容易测设。 3直线型公路给人以简捷、直达、刚劲的良好印象，在美学上有其自身的视觉特点。,缺点： 1从行车的安全和线形美
2、观来看，过长的直线，线性呆板，行车单调，安全性较差。2直线难以与地形及周围环境相协调。采用过长的直线会破坏自然景观，并易造成大挖大填，工程的经济性也较差。,二、直线的运用,下述路段可采用直线； (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)长大桥梁、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。,采用长直线应结合沿线具体情况采取相应的技术措施并注意下述问题：(1)在长直线上纵坡不宜过大、长直线再加下陡坡行驶更易导致高速度。(2)长直线与大半径凹形竖曲线组合为宜，这样可以使生硬呆板的直线
3、得到一些缓和。(3)道路两侧地形过于空旷时，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。(4)长直线或长下坡尽头的平曲线，应尽可能选用较大值。,“长直线”的量化是一个需要研究的课题。 由于长直线的安全性差，一些国家对直线的最大长度作了规定： 德国规定（以m计）不超过20V(V是设计车速，用kmh表示，20相当于72s的行程)， 前苏联规定为8km， 美国为483km。 我国目前尚无统一的规定。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是可以接受的；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（如大戈壁、大草原，直线长度达数十公里）应特殊
4、处理，若作某种限制看来是不现实的。,1同向曲线间的直线最小长度同向曲线是指两个转向相同的相邻曲线间连以直线所形成的平面线形。其中间的直线长度就是指前一曲线的终点至后一曲线的起点之间的长度。当此直线长度很短时，在视觉上容易形成直线与两端的曲线构成反弯的错觉，使整个组合线形缺乏连续性，形成所谓的“断背曲线” 。因此公路路线设计规范规定，当计算行车速度60kmh时，同向曲线间直线最小长度(以m计)以不小于行车速度(以km/h计)的6倍为宜，当计算行车速度40kmh时，可参照上述规定执行。,三、直线的最小长度,2反向曲线间的直线最小长度反向曲线是指两个转向相反的相邻曲线间连以直线所形成的平面线形。由于
5、两弯道转弯方向相反，考虑其超高和加宽缓和的需要以及驾驶人员的操作方便，其间的直线最小长度应予以限制。公路路线设计规范规定，当计算行车速度60kmh时，反向曲线间直线最小长度(以m计)以不小于行车速度(以kmh计)的2倍为宜；当计算行车速度40kmh时，可参照上述规定执行。特别困难的山岭区三、四级公路设置超高时，中间直线长度不得小于15m。,直线极限长度参考值,第三节 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，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。圆曲线具有易与地形相适应、可循性好、线形美
6、观、易于测设等优点，使用十分普遍。,一圆曲线半径,1横向力系数的确定： 汽车行驶稳定性：0.150.16 干燥与潮湿路面均可以较高的速度行驶；0.07 路面结冰也能安全行驶。乘客舒适性：0.10 不感到曲线存在，很平稳；0.15 略感曲线存在，尚平稳；0.20 已感到曲线存在，稍感到不平稳；0.35 感到有曲线存在，已感到不平稳：0.40 转弯时已非常不稳定，站立不住有倾倒的危险运营经济性： 轮胎磨耗及燃料消耗增加较小。,2关于最大超高 ih(max) 式中： 一年中气候恶劣季节路面的横向摩阻系数。 制定最大超高坡度ih(max)除根据道路所在地区的气候条件外，还必须给予驾驶者和乘客以心理上的
7、安全感。对重山区，城市附近，交叉口以及有相当数量非机动车行驶的道路，最大超高还要小些。我国标准对公路最大超高的规定见下表,1) 圆曲线最小半径,1.极限最小半径 极限最小半径是指按设计速度行驶的车辆，能保证其安全行驶的最小半径。 当 和 都用到最大值时，按式（3.1），可计算出极限最小半径。道路曲线半径为极限最小半径时，设置最大超高。,2.一般最小半径 一般最小半径介于极限最小半径和不设超高最小半径之间。一方面要考虑汽车以设计速度在这种小半径的曲线上行驶时的安全性、稳定性和旅客有充分的舒适性，另一方面也要注意到在地形比较复杂的情况不会过多的增加工程数量。 标准规定了“一般最小半径”,如下表所示
8、。确定一般最小半径时，横向力系数和超高横坡度ih 没有取到极限最大值，都留有一定的余地。,圆曲线一般最小半径,不设超高的圆曲线最小半径,2) 圆曲线最大半径,选用圆曲线半径时，在地形等条件允许的前提下，应尽量采用大半径曲线，使行车舒适。但半径过大，使圆曲线太长，对测设和施工都不利，且过大的半径，其几何性质与直线无多大差异。因此，公路路线设计规范规定，圆曲线最大半径以不超过10 000m为宜。,3) 圆曲线的最小长度,3秒的行程,三、圆曲线半径的确定 圆曲线能较好地适应地形变化，并可获得圆滑的线形，使用范围较广且灵活。圆曲线在适应地形的情况下，应尽量选用较大的半径。在确定半径时，应注意以下几点：
9、 一般情况下宜采用极限最小半径的48倍或超高为24的圆曲线半径； 地形条件受限制时，应采用大于或接近于一般最小半径的圆曲线半径； 地形条件特别困难不得已时，方可采用极限最小半径； 应同前后线形要素相协调，使之构成连续、均衡的曲线线形； 应同纵面线形相配合，应避免小半径曲线与陡坡相重叠； 每个弯道半径值的确定，应根据实地的地形、地物、地质、人工构造物及其它条件的要求，用外距、切线长、曲线长、曲线上任意点线位、合成纵坡等控制条件反算，并结合标准综合确定。,2圆曲线的几何元素,第四节 缓和曲线,一、缓和曲线的线形特征和作用,1缓和曲线的线形特征,缓和曲线是指在直线与圆曲线之间或者半径相差较大的两个转
10、向相同圆曲线之间设置的一种曲率连续变化的曲线。从满足行车要求来看，缓和曲线具有如下线形特征：(1)缓和曲线曲率渐变，设于直线与圆曲线间，其线形符合汽车转弯时的行车轨迹，从而使线形缓和，消除了曲率突变点。,(2)由于曲率渐变，使公路线形顺适美观，有良好的视觉效果和心理作用感。从公路线形美学和驾驶员视觉心理的观点来看，加入缓和曲线也是有利的。(3)在直线和圆曲线间加入缓和曲线后，使平面线形更为灵活地与地形、地物及环境相适应、协调、配合，使平面线形布置更加灵活。(4)与圆曲线相比，缓和曲线计算及测设均较复杂。,2缓和曲线的作用,1）线形缓和在直线上，曲率半径为无穷大，曲率为零，而在圆曲线上，曲率为1
11、R，曲率半径为常数R。若两种线形径相连接，则在连接处形成曲率突变点。如果加入缓和曲线，则曲率渐变，线形圆滑美观，有良好的视觉效果和心理作用感。2) 行车缓和汽车由直线直接驶入圆曲线或由大半径圆曲线直接驶入小半径圆曲线，其离心力发生了突变，使行车安全感和舒适感受到影响。另从驾驶员转弯操纵来看，汽车前轮转向角逐渐变化，其中间需要插入一逐渐变化的缓和曲线，才能保持在车速一定的情况下使汽车前轮的转向角从0至逐渐转向从而有利于驾驶员操纵转向盘。,3) 超高和加宽缓和为适应汽车转弯的特点，公路在圆曲线上设置有超高和加宽。设置超高和加宽也需要有个缓和过渡段。4) 与圆曲线配合，增加线形美观 P54 (3-6
12、),缓和曲线设计的任务是考虑线形、地形的要求，在满足设计标准的前提下，选择适宜的缓和曲线长度(或参数A)，以及缓和曲线与其它线形的组合形式，从而将曲线线位确定下来。,3缓和曲线设计的任务,二缓和曲线的几何要素,三、设计标准,1缓和曲线最小长度缓和曲线必须有足够的长度，不致于使离心加速度增长过快和驾驶员转动转向盘过急从而使行车安全、舒适，线形圆滑顺适。,2)离心加速度变化率应限制在一定范围内汽车行驶在缓和曲线上，其离心加速度随缓和曲线曲率变化而变化，如变化过快将会使旅客感受到横向的冲击。缓和曲线上离心加速度的变化率为：由上述关系得出缓和曲线长度的计算公式为离心加速度变化率采用什么值，现在国内尚无
13、资料。参照日本的经验，我国把离心加速度的变化率控制在(0.50.6)ms3之间较为适当。,4、依视觉条件 根据行车舒适，使线形舒顺协调 Ls=R/9R,2回旋曲线参数,2回旋曲线参数,在直线和圆曲线间设置缓和曲线后，圆曲线将产生一个内移值P，若P与已考虑在车道中的富裕宽度相比很小时，则可将缓和曲线省略。1)直线与圆曲线间缓和曲线的省略公路路线设计规范规定，当圆曲线半径大于或等于下表中不设超高的圆曲线最小半径时可不设缓和曲线；四级公路可将直线与圆曲线径相连接，用超高、加宽缓和段代替缓和曲线。,3缓和曲线的省略,2)半径不同的圆曲线间缓和曲线的省略 小圆半径大于不设超高的圆曲线最小半径时，可以省略
14、缓和曲线。 小圆半径大于下表中所列半径，且符合下列条件之一时，均可省略。,小圆曲线按规定设置相当于最小回旋曲线长的回旋线时，其大圆与小圆的内移值之差不超过0.10m。 计算行车速度80km/h时，大圆半径与小圆半径之比小于1.5。 计算行车速度80km/h时，大圆半径与小圆半径之比小于2。,计算题：在平原区某二级公路有一弯道R250m，交点JD桩号为K17568.38，转角为383000 试计算该曲线上设置缓和曲线后的五个基本桩号,第五节 平面线形设计,一、平面线形设计一般原则,各级公路平曲线最小长度,各级公路圆曲线最小长度,各级公路缓和曲线最小长度,二、平面线形要素的组合类型,(1) 基本型
15、,（2）S型,(3) 卵型,(4) 凸型,两同向回旋线间不插入圆曲线而直接径向衔接的组合(见下图)。 凸型一般情况下最好不采用，只有在地形受限制的山嘴等处使用。,(5) 复合型,两个以上同向回旋线间在曲率相等处相互衔接的组合(见下图)。 复合型的两回旋线参数之比以A2 ： A1=1：1.5为宜。 复合型除因地形或其他特殊原因限制外，一般很少使用。,(6) C型,同向曲线的两回旋线在曲率为零处径向衔接的形式，如下图。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，对行车和线形都带来一些不利影响，所以C型曲线只有在特殊地形条件下方可采用。,第六节 道路平面设计成果,路线平面图
16、是设计文件的主要内容之一，也是平面设计的重要成果。它综合反映了路线的平面位置和线形，还反映了沿线人工构造物和工程设施的布置以及公路与周围环境、地形、地物的关系。路线平面图应示出地形、地物、路线依置及桩号、断链、平曲线主要桩位与其它主要交通路线的关系以及县以上境界等，标注水准点、导线点及坐标格网或指北图式，示出持大桥、大桥、中桥、隧道、路线交叉(标明交叉方式和型式)位置等。图中还应列出平曲线要素表。比例尺用1：20001：5000其带状宽度为中线两侧各200m250m，如图223。,高速公路、一级公路应另增绘公路平面总体设计图。图中应示出地形、地物、导线点、坐标网格、路线位置(桩号、断链、路中心
17、线、中央分隔带、路基边线、坡脚)或坡顶(线、示坡线、曲线主要桩位)与其它交通系统的关系、沿线排水系统、改移河道(沟渠)及道路、县以上境界、用地界等，标出桥梁、涵洞、隧道、路线交叉及防护工程的位置(桥梁按孔数及孔径、长度标绘，注明名称、长度、桩号；互通式立体交叉绘出平面布置形式，注明跨线桥名称、结构类型、孔数及孔径、交叉方式；平面交叉示出平面形式；涵洞与通道按孔数标绘，示出结构类型、孔数及孔径，通道还应注明类别；防护工程注明类型)，示出服务区、停车场、收费站。图中列出导线坐标表。比例尺用1：1000或1：2000。带状宽度为路中线两侧各l 00m一200m。公路总体设计图例子见下图。,城市道路平
18、面图应示出路中线两侧红线以外各20m50m的地形、地物，应标明路中心线，远、近期的规划红线、车行道线、人行道线、停车场、绿化带、交通岛、人行横道线、沿街建筑物主要出入口(接坡)、各种地上、地下管线的走向和位置、雨水进水口、窨井等，注明交叉口及沿线里程桩。弯道及交叉口处应注明曲线要素、交叉口侧石的转弯半径等。城市道路平面图一般采用比例尺为1：5001：1000，如下图。,1、何为路线的平面？ 2、综述平面直线、圆曲线、缓和曲线的线性特征。 3、为什么过长的直线不是好的线形？平面直线有哪些标准？ 4、平曲线半径规定了哪些指标？ 5、横向力系数对汽车行驶的稳定性、经济性、舒适性有何影响？ 6、何为缓和曲线？为什么缓和曲线采用回旋线？缓和曲线的作用是什么？ 7、平面组合线形有哪些？其曲率图如何绘制？,复习思考题,
