平面设计

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视距的应用等。 3、了解不同设计阶段的平面线形设计成果。 引子
汽车行驶轨迹与平面线形的关系
基本概念
道路线形是三维转换为两维
平面线形(plan view) 纵断面线形(profile view)
定位(桩号)
沿着平面线形 12K+750 = 1,2750 米
Piilani Highway on Maui
(2)曲率连续。曲率连续,轨迹上任一点不出现两个 曲率值。
(3)曲率变化连续。曲率变化率连续,轨迹上任一点不出 现两个曲率变化率值。
2、汽车行驶轨迹特征
轨迹连续、圆滑 曲率连续 曲率变化连续
“直线+缓和曲线+圆曲 线”曲率变化不连续
“直线+圆曲线” 切点处曲率不连续
“直线+缓和曲线(三次以上)+圆曲线” 三条特征都满足
平面线形要素:用直线、圆曲线、缓和曲线(回旋线形式)
3. 平面线形构成
行驶中汽车的导向轮与车身 纵轴之间的关系:
1.角度为零: 2.角度为常数: 3.角度为变数(角速度 为常数):
汽车行驶轨迹线: 曲率为0——直线 曲率为常数——圆曲线 曲率为变数——缓和曲线
现代道路平面线形是由上述三种基本线形构成的,称为平 面线形三要素。
127(µ + ih )
式中:V——计算行车速度,(km/h); μ——横向力系数; ih——超高横坡度。
1.横向力系数μ对行车的影响及其值的确定:
(1)危及行车安全
汽车在弯道上行驶的基本前提是轮胎不在路面上滑移,要
求横向力系数μ低于轮胎与路面之间所能提供的横向附着系
数(摩擦系数)φ:
驾乘人员的舒 适性
(三)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,驾驶者方向盘几乎与直线一样无需调 整,当半径大于9000时,视线集中的300~600米范围内的视觉 效果同直线没有区别。 《规范》规定圆曲线的最大半径 不宜超过10000m。
城市道路圆曲线半径
第三章 平面线形设计
本章教学内容的课时安排:
第一节 汽车行驶轨迹 0.5课时
第二节 直线
0.5课时
第三节 圆曲线 1课时
第四节 缓和曲线
1课时
第五节 平面线形设计 1课时
第六节 行车视距及其保证 1课时
第七节 平面线形的设计成果 1课时
本章教学目标 1、理解平面线形设计的基本原理; 2、掌握平曲线半径、缓和曲线的设计方法,平面线形的组合与衔接,行车
定位(桩号)
Horizontal Alignment
Vertical Alignment
平面线形
目的:
确保转向交通:
安全 舒适
Δ
主要问题
两个方向之间的过渡 平曲线
基本原理
圆曲线 超高
第一节 汽车行驶轨迹特征
行驶中汽车的轨迹的几何特征: (1)轨迹连续。轨迹连续和圆滑,任何一点不出现错头和 破折;
圆曲线最小长度一般要有3s行程
圆曲线几何元素
T = Rtg α 2
L= π αR 180
E = R(sec α −1) 2
J = 2T − L
第四节 缓和曲线
一、缓和曲线的作用与性质
(一)缓和曲线的作用 1.曲率连续变化,便于车辆行驶 2.离心加速度逐渐变化,旅客感觉舒适 3.超高横坡度逐渐变化,行车更加平稳 4.与圆曲线配合得当,增加线形美观
三 直线的最小长度
同向曲线V≥60km/h, 不宜小于6V(m);特 殊情况下,不宜小于 2.5V(m)。
反向曲线V≥60km/h, 不宜小于2V(m);V <60km/h,可参照执
行,但有条件,一般都 应不小于2V(m)。
三 直线的最小长度
第三节 圆曲线
一、圆曲线的几何元素
特点:R=C 传统作用:用来改变直线的方向 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。
4、汽车在弯道上的行驶轨迹
(1)假定条件
①汽车以匀速v行驶 ②方向盘以等角速
度ω转动
r
φ = kϕ = kωt
(2).转向模型
φ = kωt
r = L0 ≈ L0 = L0
L0
tgφ φ kωt
l = vt = vL0 = C
kωr r
rl = C = A2
我国回旋线作 为缓和曲线
第二节 直线
德国规定:直线的最大长度(以米计)为20V(计算行车速度,km/h) (适于高速公路V≥100km/h)。
公路线形首先考虑的不是在平面线形上尽量多采用直线,或者是必须 由连续的曲线所构成,而是必须采用与自然地形相协调的线形。 合理利用地形和避免采用长直线。
平面线形
长 直 线 接 小 半 径 平 曲 线
φ = kϕ
ϕ = ωt
r
=
d
tgφ

d
φ
d
φ = kϕ
l
= vt
=
vd
kωr
=
C r
rl = C = A2
φ
r
我国回旋线作 为缓和曲线
(三)回旋线的相似性
可以认为回旋线的形状只有一种, 只需改变参数A就能得到不同大 小的回旋曲线。A相当于回旋线 放大系数。
二、回旋线作为缓和曲线
(一)回旋线的数学表达式 回旋线是公路路线设计中最常用的一种缓和曲线。我国《标准》 规定缓和曲线采用回旋线。 回旋线的基本公式为:
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3.不设超高的最小半径
不必设置超高就能满足行驶稳定性的最小半径,从行驶的 舒适性考虑,必须把横向摩阻系数控制到最小值。
R = V2 127(μ - i )
4.最小半径指标的应用
设计速度(Km/h) 120 100 80 60 40 30 20
i 路拱>2.0% 7550 5250 3350 1900 850 450 200 μ=0.040~0.050
4.最小半径指标的应用
(1)公路线形设计时应根据沿线地形等情况,尽量选用较大半 径。在不得已情况下方可使用极限最小半径; (2)当地形条件许可时,应尽量采用大于一般最小半径的值; (3)有条件时,最好采用不设超高的最小半径; (4)只有在地形特别困难不得已时,方可采用极限最小半径; (5)选用曲线半径时,应注意前后线形协调,不应突然采用小 半径曲线; (6)从地形条件好的区段进入地形条件较差区段时,线形技术 指标应逐渐过渡,防止突变。
μ≤φ
路面与轮胎之间 的摩擦系数
φ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0.4~0.8,在潮湿的黑色路面上汽车高速行驶时, 降低到0.25~0.40。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)增加驾驶操纵的困难
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,使轮胎的中间平面与轮迹前进方向形成一个横 向偏移角。
(二)最小半径的计算
《标准》规定最小平曲线半径是汽车在曲线部分能安全而又 舒适行驶的条件而确定的。
极限最小半径
一般最小半径
不设超高最小半径
R = V2
ih
127(μ + ih )
1.极限最小半径
各级公路按设计速度行驶的车辆能保证安全行车的最小极限 半径。(最大超高和允许的横向摩阻系数)
R = V2 127(μ+ ih )
(二)缓和曲线的性质
设汽车等速行驶,司机匀速转动方向盘,汽车的行驶轨迹:
当方向盘转动角度为ϕ时,前轮相应转动角度为φ,它们之间的 关系为: φ=kϕ ;
其中,ϕ是在t时间后方向盘转
Φ
动的角度, ϕ=ωt ;
汽车前轮的转向角为
φ=kωt (rad) 轨迹曲率半径:
r= d tgφ
缓和曲线性质与数学表达
μ的舒适界限,由0.10到0.17随行车速度而变化,设计中 对高、低速路可取不同的数值。 美国AASHTO认为V≤ 70km/h时μ=0.16,V=80 km/h时, μ= 0.12是舒适感的界限。
2.关于最大超高:
《标准》规定: 一般地区,圆曲线最大超高应采用8%。 积雪冰冻地区,最大超高横坡度不宜大于6%。 以通行中、小型客车为主的高速公路、一级公路, 最大超高可采用10%, 城镇区域公路,最大超高值可采取4%。
i=10%
570 360 220 115 —— —— ——
i=8%
650 400 250 125 60 30 15
i=6%
710 440 270 135 60 35 15
i=4%
810 500 300 150 65 40 20
不设 i 路拱《2.0% 5500 4000 2500 1500 600 350 150 超高 μ=0.035~0.040
rl = C = A2
——极坐标方程式 式中:r——回旋线上某点的曲率半径(m);
l——回旋线上某点到原点的曲线长(m); A——回旋线的参数。A表征回旋线曲率变化的缓急程度。
(3)增加燃料消耗和轮胎磨损
μ使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加。
横向力系数μ 燃料消耗(%) 轮胎磨损(%)
0
100
100
0.05
105
160
0.10
110
220
0.15
115
300
0.20
120
390
(4)旅行不舒适
μ值的增大,乘车舒适感恶化。 当μ= 0.10时,不感到有曲线存在,很平稳; 当μ= 0.15时,稍感到有曲线存在,尚平稳; 当μ= 0.20时,己感到有曲线存在,稍感不稳定; 当μ= 0.35时,感到有曲线存在,不稳定; 当μ= 0.40时,非常不稳定,有倾倒的危险感。
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、线形美观、易于测设 等优点,使用十分普遍。
2 圆曲线的缺点
①.路线较直线长 ②.行车受力复杂 ③.视距受阻 ④.驾驶劳动强度大 ⑤.测设、施工等工作量大、计算复杂
3. 最大直线长度问题:
《标准》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。 我国对于设计速度大于或等于60km/h的公路最大直线长度为以汽车按 设计速度行驶70s 左右的距离控制,一般直线路段的最大长度(以m 计) 应控制在设计速度(以km/h 计)的20 倍为宜。
二、圆曲线半径
(一). 计算公式与因素 根据汽车行驶在曲线上力的平衡式计算曲线半径:
X = Fcosα − Gsinα
Y
X
X = F − Gih
=
Gv2 gR
− Gih
=
v2 G(
gR

ih
)
μ
=
X G
=
V2 127R
-
ih
根据汽车行驶在曲线上力的平衡式计算曲线半径:
当设超高时 : R =
V2
优点:
一、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,方向明确,驾驶操作简易。
便于测设。
缺点:
直线线形大多难于与地形相协调,若长度运用不当,破坏线形的 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,难以目测车间距离。
二、直线的运用
《城市道路设计规范》规定设超高的圆曲线最小半径μ采用 0.14~0.16,超高值2%~6%。(车速低、两侧建筑物标高配合) 不设超高的圆曲线推荐半径μ采用0.067,以提高乘客舒适性 条件允许时尽量采用不设超高曲线半径,其次采用设超高推荐 半径,不得以采用设超高最小半径。
(四)圆曲线最小长度
曲线过短,司机操作困难 平曲线最小长度一般要有9s行程,极限条件下可以为 6s,即:
(2)长直线与大半径凹竖曲线组合为宜,这样可以使生硬呆 板的直线得到一些缓和。
2. 采用长直线注意问题
(3)道路两侧过于空旷时,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。
(4)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、增加路面抗 滑能力等安全措施。
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. 采用长直线注意问题
(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。
2.一般最小半径
各级公路按设计速度行驶的车辆能保证安全、舒适行车的通
常采用的最小半径。 (允许的超高和横向摩阻系数)
R = V2 127(μ + ih )
设计速度(Km/h) 120 100 80 60 40 30 20
横向力系数 超高值
0.10 0.12 0.13 0.15 0.15 0.16 0.17
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