在平面線型設(shè)計(jì)中，汽車形式軌跡的特性，道路平面線型的要素以及直線的特點(diǎn)與運(yùn)用等等都是我們需要掌握的特點(diǎn)，如何設(shè)計(jì)出一條合理且優(yōu)秀的線型，相信看完今天的內(nèi)容大家都會(huì)有自己的答案。

道路平面線形概述

一、路線

道路：路基、路面、橋梁、涵洞、隧道和沿線設(shè)施構(gòu)成的三維實(shí)體。

路線：是指道路中線的空間位置。

路線的表示：

平面圖： 路線在水平面上的投影。

縱斷面圖：沿道路中線的豎向剖面圖，再行展開。

橫斷面圖：道路中線上任意一點(diǎn)的法向切面。

路線設(shè)計(jì)：確定路線空間位置和各部分幾何尺寸。

分解成三步：

路線平面設(shè)計(jì)：研究道路的基本走向及線形的過程。

路線縱斷面設(shè)計(jì)：研究道路縱坡及坡長的過程。 路線橫斷面設(shè)計(jì)：研究路基斷面形狀與組成的過程。

二、汽車行駛軌跡與道路平面線形

（一）汽車行駛軌跡

行駛中汽車的軌跡的幾何特征：

（1）軌跡連續(xù)：連續(xù)和圓滑的，不出現(xiàn)錯(cuò)頭和折轉(zhuǎn)；

（2）曲率連續(xù)：即軌跡上任一點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率的值。

（3）曲率變化連續(xù)：即軌跡上任一點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率變化率的值。

（二）平面線形要素

行駛中汽車的導(dǎo)向輪與車身縱軸的關(guān)系：

現(xiàn)代道路平面線形正是由上述三種基本線形構(gòu)成的，稱為平面線形三要素。

直線

一、直線的特點(diǎn)

二、最大直線長度問題

采用長的直線應(yīng)注意的問題：

公路線形應(yīng)與地形相適應(yīng)，與景觀相協(xié)調(diào)，直線的最大長度應(yīng)有所限制，當(dāng)采用長的直線線形時(shí)，為彌補(bǔ)景觀單調(diào)的缺陷，應(yīng)結(jié)合具體情況采取相應(yīng)的技術(shù)措施。

（1）直線上縱坡不宜過大，易導(dǎo)致高速度。

（2）長直線盡頭的平曲線，設(shè)置標(biāo)志、增加路面抗滑性能

（3）直線應(yīng)與大半徑凹豎曲線組合，視覺緩和。

（4）植樹或設(shè)置一定建筑物、雕塑等改善景觀。

三、直線的最小長度

直線的長度：前一個(gè)曲線終點(diǎn)到下一個(gè)曲線起點(diǎn)之間的距離。

YZ(ZH)－ZH（ZY) 之間的距離

1．同向曲線間的直線最小長度

同向曲線：指兩個(gè)轉(zhuǎn)向相同的相鄰曲線之間連以直線而形成的平面曲線

《規(guī)范》：當(dāng)V≥60km時(shí)，Lmin≧6V；

當(dāng)V≤40km時(shí)， 參考執(zhí)行

直線短，易產(chǎn)生是反向曲線的錯(cuò)覺，再短，易將兩個(gè)曲線看成是一個(gè)曲線－斷背曲線–操作失誤－事故

2．反向曲線間的直線最小長度

反向曲線：指兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的相鄰曲線之間連以直線而形成的平面曲線

《規(guī)范》規(guī)定： V≥60km時(shí):不小于2V。--考慮超高加寬的需要。

設(shè)置緩和曲線時(shí)，可構(gòu)成S形曲線；V≤40km時(shí)：參考執(zhí)行

汽車行駛的橫向穩(wěn)定性與圓曲線半徑

一、汽車在平曲線上行駛時(shí)力的平衡

受力分析：

橫向力X——失穩(wěn)

豎向力Y——穩(wěn)定

離心力 作用點(diǎn)：汽車重心，

方 向：水平背離圓心。

離心力F與汽車重力G分解：

X－－平行于路面的橫向力

Y－－垂直于路面的豎向力，

由于路面橫向傾角α一般很小，則sinα≈tgα=ih，cosα≈1，其中ih稱為橫向超高坡度，

采用橫向力系數(shù)來衡量穩(wěn)定性程度，其意義為單位車重的橫向力，即(注：u越大，行車越不穩(wěn)定)

二、橫向傾覆條件分析

橫向傾覆：汽車在平曲線上行駛時(shí)，由于橫向力的作用，使汽車?yán)@外側(cè)車輪觸地點(diǎn)產(chǎn)生向外橫向傾覆。

臨界條件： 傾覆力矩＝穩(wěn)定力矩。

三、橫向滑移條件分析

橫向滑移：

平曲線上，因橫向力的存在，汽車可能產(chǎn)生橫向滑移。

產(chǎn)生條件：橫向力大于輪胎與路面的橫向附著力。

極限平衡條件：

四、橫向穩(wěn)定性的保證

側(cè)翻實(shí)例：

圓曲線

道路不論轉(zhuǎn)角大小均應(yīng)設(shè)平曲線來實(shí)現(xiàn)路線方向的改變。

一、圓曲線的特點(diǎn)

①圓曲線半徑R＝常數(shù)，曲率1/R=常數(shù)，易測(cè)設(shè)計(jì)算。

②對(duì)地形、地物、環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)。

③多占用車道寬。

④視距條件差（R小時(shí)）－路塹遮擋

二、圓曲線半徑

（一）計(jì)算公式與因素

根據(jù)汽車行駛在曲線上力的平衡式計(jì)算曲線半徑：

1．橫向力系數(shù)μ對(duì)行車的影響及其值的確定：

（2）增加駕駛操縱的困難

在橫向力作用下，輪胎會(huì)產(chǎn)生橫向變形，使輪胎的中間平面與輪跡前進(jìn)方向形成一個(gè)橫向偏移角；影響操控性。

（3）增加燃料消耗和輪胎磨損

使車輛的燃油消耗和輪胎磨損增加。

（4）旅行不舒適

μ值的增大，乘車舒適感惡化。

當(dāng)μ〈0.10時(shí)，不感到有曲線存在，很平穩(wěn)；

當(dāng)μ= 0.15時(shí)，稍感到有曲線存在，尚平穩(wěn)；

當(dāng)μ= 0.20時(shí)，己感到有曲線存在，稍感不穩(wěn)定；

當(dāng)μ= O.35時(shí)，感到有曲線存在，　不穩(wěn)定；

當(dāng)μ= 0.40時(shí)，有傾車的危險(xiǎn)感，　非常不穩(wěn)定，

美國AASHTO認(rèn)為：V≤70km/h時(shí)μ=0.16，

V=80km/h時(shí)μ= 0.12。

μ的舒適界限，由0.10到0.16隨行車速度而變化，設(shè)計(jì)中對(duì)高、低速路可取不同的數(shù)值。

2．關(guān)于最大超高：

（二）最小半徑的計(jì)算

1．極限最小半徑

是各級(jí)公路采用最大超高imax和允許的最大橫向摩阻系數(shù)下保證安全行車的最小允許半徑。

ihmax＝8％， φh＝0.1-0.17

2．一般最小半徑

是各級(jí)公路采用允許超高ih和橫向摩阻φh下保證安全行車的最小允許半徑。

ih＝6－8％， φh＝0.05－0.06

3．不設(shè)超高的最小半徑

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。

ih＝－0.015， φh＝0.035－0.040；

ih＝－0.025， φh＝0.040－0.050

4.最小半徑指標(biāo)的應(yīng)用

最小半徑指標(biāo)

4.最小半徑指標(biāo)的應(yīng)用

（1）在不得已情況下方可使用極限最小半徑；

（2）當(dāng)?shù)匦螚l件許可時(shí)，應(yīng)盡量采用大于一般最小半徑的值；

（3）有條件時(shí)，最好采用不設(shè)超高的最小半徑。

（4）選用曲線半徑時(shí)，應(yīng)注意前后線形的協(xié)調(diào)，不應(yīng)突然采用小半徑曲線；

（5）長直線或線形較好路段，不能采用極限最小半徑。

（6）從地形條件好的區(qū)段進(jìn)入地形條件較差區(qū)段時(shí)，線形技術(shù)指標(biāo)應(yīng)逐漸過渡，防止突變。

（三）圓曲線最大半徑

選用圓曲線半徑時(shí)，在與地形等條件相適應(yīng)的前提下應(yīng)盡量采用大半徑。

但半徑大到一定程度時(shí)：

1.判斷上的錯(cuò)誤反而帶來不良后果，

2.增加無謂計(jì)算和測(cè)量上的麻煩。

《規(guī)范》規(guī)定圓曲線的最大半在不宜超過10000　m。

（四）圓曲線最小長度

Lmin>3v(m/s)---三秒行車

緩和曲線

一、緩和曲線的作用與性質(zhì)

（一）緩和曲線的作用

1．曲率連續(xù)變化，便于車輛行駛

2．離心加速度逐漸變化，旅客感覺舒適

3．超高橫坡度逐漸變化，行車更加平穩(wěn)

4．與圓曲線配合得當(dāng)，增加線形美觀

（二）緩和曲線的性質(zhì)

二、回旋線作為緩和曲線

三、其他形式緩和曲線

回旋曲線、三次拋物線和雙紐線線形比較：

回旋曲線、三次拋物線和雙紐線在極角較小（5°～6°）時(shí)，幾乎沒有差別。

隨著極角的增加，三次拋物線的長度比雙紐線的長度增加的較快，而雙紐線的長度又比回旋線的長度增加得快些。

回旋線的半徑減小得最快，而三次拋物線則減小的最慢。從保證汽車平順過渡的角度看，三種曲線都可以作為緩和曲線。

此外，也有使用n次（n≥3）拋物線、正弦形曲線、多圓弧曲線作為緩和曲線的。但世界各國使用回旋曲線居多，我國《標(biāo)準(zhǔn)》推薦的緩和曲線也是回旋線。

緩和曲線的長度及參數(shù)

一、緩和曲線的最小程度

二、回旋曲線參數(shù)的確定

三、直線計(jì)算

四、圓曲線幾何元素：

五、曲線主點(diǎn)里程樁號(hào)計(jì)算

計(jì)算基點(diǎn)為交點(diǎn)里程樁號(hào)，記為JD，

ZY=JD-T

YZ=ZY+L

QZ=ZY+L/2

JD=QZ+J/2

回旋線

路線平面設(shè)計(jì)成果

1. 設(shè)計(jì)圖：路線平面設(shè)計(jì)圖；道路平面布置圖

2. 設(shè)計(jì)表：直線、曲線及轉(zhuǎn)角表；逐樁坐標(biāo)表；路線固定表；總里程及斷鏈樁表等。

一、直線、曲線及轉(zhuǎn)角表

《直線、曲線及轉(zhuǎn)角表》全面地反映了路線的平面位置和路線平面線形的各項(xiàng)指標(biāo)，它是道路設(shè)計(jì)的主要成果之一。

平面線形設(shè)計(jì)成果：路線各交點(diǎn)樁號(hào)JD；半徑R；緩和曲線長度Ls；公路偏角α；交點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y）等。

二、逐樁坐標(biāo)表

（一）坐標(biāo)系統(tǒng)的采用：

1．采用統(tǒng)一的高斯正投影3°帶平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)；

2．采用高斯正投影3°帶或任意帶平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)，投影面可采用1985年國家高程基準(zhǔn)、測(cè)區(qū)抵償高程面或測(cè)區(qū)平均高程面；

3．三級(jí)和三級(jí)以下公路、獨(dú)立橋梁、隧道及其它構(gòu)造物等小測(cè)區(qū)，可不經(jīng)投影，采用平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)在平面上直接進(jìn)行計(jì)算；

4．在已有平面控制網(wǎng)的地區(qū)，應(yīng)盡量沿用原有的坐標(biāo)系統(tǒng)，如精度不合要求，也應(yīng)充分利用其點(diǎn)位，選用其中一點(diǎn)的坐標(biāo)及含此點(diǎn)的方位角，作為平面控制的起算依據(jù)。

（二）中樁坐標(biāo)的計(jì)算

1．計(jì)算導(dǎo)線點(diǎn)DD坐標(biāo)：

采用兩階段勘測(cè)設(shè)計(jì)的公路或一階段設(shè)計(jì)但遇地形困難的路段，一般都要先作平面控制測(cè)量，而路線的平面控制測(cè)量多采用導(dǎo)線測(cè)量的方法。