在平面線(xiàn)型設計中，汽車(chē)形式軌跡的特性，道路平面線(xiàn)型的要素以及直線(xiàn)的特點(diǎn)與運用等等都是我們需要掌握的特點(diǎn)，如何設計出一條合理且優(yōu)秀的線(xiàn)型，相信看完今天的內容大家都會(huì )有自己的答案。

一、道路平面線(xiàn)型概述

一、路 線(xiàn)

道路：路基、路面、橋梁、涵洞、隧道和沿線(xiàn)設施構成的三維實(shí)體。

路線(xiàn)：是指道路中線(xiàn)的空間位置。

平面圖：路線(xiàn)在水平面上的投影。

縱斷面圖：沿道路中線(xiàn)的豎向剖面圖，再行展開(kāi)。

橫斷面圖：道路中線(xiàn)上任意一點(diǎn)的法向切面。

路線(xiàn)設計：確定路線(xiàn)空間位置和各部分幾何尺寸。

分解成三步：

路線(xiàn)平面設計：研究道路的基本走向及線(xiàn)形的過(guò)程。

路線(xiàn)縱斷面設計：研究道路縱坡及坡長(cháng)的過(guò)程。

路線(xiàn)橫斷面設計：研究路基斷面形狀與組成的過(guò)程。

二、汽車(chē)行駛軌跡與道路平面線(xiàn)形

（一）汽車(chē)行駛軌跡

行駛中汽車(chē)的軌跡的幾何特征：

（1）軌跡連續：連續和圓滑的，不出現錯頭和折轉；

（2）曲率連續：即軌跡上任一點(diǎn)不出現兩個(gè)曲率的值。

（3）曲率變化連續：即軌跡上任一點(diǎn)不出現兩個(gè)曲率變化率的值。

（二）平面線(xiàn)形要素

行駛中汽車(chē)的導向輪與車(chē)身縱軸的關(guān)系：

現代道路平面線(xiàn)形正是由上述三種基本線(xiàn)形構成的，稱(chēng)為平面線(xiàn)形三要素。

二、直線(xiàn)

一、直線(xiàn)的特點(diǎn)

1.優(yōu)點(diǎn)：

①距離短，直捷，通視條件好。

②汽車(chē)行駛受力簡(jiǎn)單，方向明確，駕駛操作簡(jiǎn)易。

③便于測設。

2.缺點(diǎn)

①線(xiàn)形難于與地形相協(xié)調

②過(guò)長(cháng)的直線(xiàn)易使駕駛人感到單調、疲倦，難以目測車(chē)間距離。

③易超速

二. 最大直線(xiàn)長(cháng)度問(wèn)題：

《標準》規定：直線(xiàn)的最大與最小長(cháng)度應有所限制。

德國：20V（m）。

美國：3mile（4.38km）

我國：暫無(wú)強制規定

景觀(guān)有變化 ≧20V； <3KM

景觀(guān)單調 ≦ 20V

公路線(xiàn)形設計不是在平面線(xiàn)形上盡量多采用直線(xiàn)，或者是必須由連續的曲線(xiàn)所構成，而是必須采用與自然地形相協(xié)調的線(xiàn)形。

采用長(cháng)的直線(xiàn)應注意的問(wèn)題：

公路線(xiàn)形應與地形相適應，與景觀(guān)相協(xié)調，直線(xiàn)的最大長(cháng)度應有所限制，當采用長(cháng)的直線(xiàn)線(xiàn)形時(shí)，為彌補景觀(guān)單調的缺陷，應結合具體情況采取相應的技術(shù)措施。

（1）直線(xiàn)上縱坡不宜過(guò)大，易導致高速度。

（2）長(cháng)直線(xiàn)盡頭的平曲線(xiàn)，設置標志、增加路面抗滑性能

（3）直線(xiàn)應與大半徑凹豎曲線(xiàn)組合，視覺(jué)緩和。

（4）植樹(shù)或設置一定建筑物、雕塑等改善景觀(guān)。

三、直線(xiàn)的最小長(cháng)度

直線(xiàn)的長(cháng)度：前一個(gè)曲線(xiàn)終點(diǎn)到下一個(gè)曲線(xiàn)起點(diǎn)之間的距離。

YZ(ZH)－ZH（ZY) 之間的距離

1．同向曲線(xiàn)間的直線(xiàn)最小長(cháng)度

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

《規范》：當V≥60km時(shí)，Lmin≧6V；

當V≤40km時(shí)， 參考執行

直線(xiàn)短，易產(chǎn)生是反向曲線(xiàn)的錯覺(jué)，再短，易將兩個(gè)曲線(xiàn)看成是一個(gè)曲線(xiàn)－斷背曲線(xiàn)–操作失誤－事故

2．反向曲線(xiàn)間的直線(xiàn)最小長(cháng)度

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

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

設置緩和曲線(xiàn)時(shí)，可構成S形曲線(xiàn)；V≤40km時(shí)：參考執行

三、汽車(chē)行駛的橫向穩定性與圓曲線(xiàn)半徑

1．汽車(chē)在平曲線(xiàn)上行駛時(shí)力的平衡

受力分析：

橫向力X——失穩

豎向力Y——穩定

離心力 作用點(diǎn)：汽車(chē)重心，

方 向：水平背離圓心。

離心力F與汽車(chē)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(chēng)為橫向超高坡度，

采用橫向力系數來(lái)衡量穩定性程度，其意義為單位車(chē)重的橫向力，即

(注：u越大，行車(chē)越不穩定)

2.橫向傾覆條件分析

橫向傾覆：汽車(chē)在平曲線(xiàn)上行駛時(shí)，由于橫向力的作用，使汽車(chē)繞外側車(chē)輪觸地點(diǎn)產(chǎn)生向外橫向傾覆。

臨界條件： 傾覆力矩＝穩定力矩。

橫向傾覆平衡條件分析：

傾覆力矩： X·hg

穩定力矩：

3.橫向滑移條件分析

橫向滑移：

平曲線(xiàn)上，因橫向力的存在，汽車(chē)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(zhù)力。

極限平衡條件：

橫向滑移穩定條件：

4．橫向穩定性的保證

橫向穩定性主要取決于：μ的大小。

汽車(chē)重心較低，一般b≈2hg，而 h<0.5,即

汽車(chē)在平曲線(xiàn)上行駛時(shí)，先滑移，后傾覆。

保證不產(chǎn)生橫向滑移，即可保證橫向穩定性。

保證橫向穩定性的條件：

側翻示例：

四、圓曲線(xiàn)

道路不論轉角大小均應設平曲線(xiàn)來(lái)實(shí)現路線(xiàn)方向的改變

一、圓曲線(xiàn)的特點(diǎn)

①圓曲線(xiàn)半徑R＝常數，曲率1/R=常數，易測設計算。

②對地形、地物、環(huán)境的適應能力強。

③多占用車(chē)道寬。

④視距條件差（R小時(shí)）－路塹遮擋

二、圓曲線(xiàn)半徑

（一）計算公式與因素

根據汽車(chē)行駛在曲線(xiàn)上力的平衡式計算曲線(xiàn)半徑：

當設超高時(shí) ：

式中：V——計算行車(chē)速度，（km/h）；

μ——橫向力系數；

ih——超高橫坡度；

i1——路面橫坡度。

不設超高時(shí) ：

1．橫向力系數μ對行車(chē)的影響及其值的確定：

（1）危及行車(chē)安全

汽車(chē)輪胎不在路面上滑移，要求：

與車(chē)速、路面種類(lèi)及狀態(tài)、輪胎狀態(tài)等有關(guān)；

干燥路面： 0.40～0.80，

潮濕路面： 0.25～0.40。

結冰和積雪：<0.2，

冰面:0.06（不加防滑鏈）。

（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

μ使車(chē)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(chē)舒適感惡化。

當μ〈0.10時(shí)，不感到有曲線(xiàn)存在，很平穩；

當μ= 0.15時(shí)，稍感到有曲線(xiàn)存在，尚平穩；

當μ= 0.20時(shí)，己感到有曲線(xiàn)存在，稍感不穩定；

當μ= O.35時(shí)，感到有曲線(xiàn)存在，　不穩定；

當μ= 0.40時(shí)，有傾車(chē)的危險感，　非常不穩定，

美國AASHTO認為：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(chē)速度而變化，設計中對高、低速路可取不同的數值。

2．關(guān)于最大超高：

離心力可設“超高”來(lái)“緩解”，但也不能超高太大，可能有停駛車(chē)輛，因此

式中： ihmax——允許的超高值

——一年四季中路面最小的橫向摩阻系數

《標準》規定：

高速公路、一級公路：不應大于10%，

其它各級公路： 不應大于8%。

在積雪冰凍地區： 不宜大于6%。

（二）最小半徑的計算

最小半徑的實(shí)質(zhì)：

①橫向力u≦摩阻力φh，

②乘車(chē)人感覺(jué)良好。

根據不同取值半徑分為：

1.極限最小

2.一般最小

3.不設超高最小

1．極限最小半徑

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

ihmax＝8％， φh＝0.1-0.17

2．一般最小半徑

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

ih＝6－8％， φh＝0.05－0.06

3．不設超高的最小半徑

圓曲線(xiàn)半徑大于一定數值時(shí)，可以不設置超高，而允許設置等于直線(xiàn)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.最小半徑指標的應用

最小半徑指標

4.最小半徑指標的應用

（1）在不得已情況下方可使用極限最小半徑；

（2）當地形條件許可時(shí)，應盡量采用大于一般最小半徑的值；

（3）有條件時(shí)，最好采用不設超高的最小半徑。

（4）選用曲線(xiàn)半徑時(shí)，應注意前后線(xiàn)形的協(xié)調，不應突然采用小半徑曲線(xiàn)；

（5）長(cháng)直線(xiàn)或線(xiàn)形較好路段，不能采用極限最小半徑。

（6）從地形條件好的區段進(jìn)入地形條件較差區段時(shí)，線(xiàn)形技術(shù)指標應逐漸過(guò)渡，防止突變。

（三）圓曲線(xiàn)最大半徑

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

但半徑大到一定程度時(shí)：

1.判斷上的錯誤反而帶來(lái)不良后果，

2.增加無(wú)謂計算和測量上的麻煩。

《規范》規定圓曲線(xiàn)的最大半在不宜超過(guò)10000　m。

（四）圓曲線(xiàn)最小長(cháng)度

Lmin>3v(m/s)---三秒行車(chē)

五、緩和曲線(xiàn)

一、緩和曲線(xiàn)的作用與性質(zhì)

（一）緩和曲線(xiàn)的作用

1．曲率連續變化，便于車(chē)輛行駛

2．離心加速度逐漸變化，旅客感覺(jué)舒適

3．超高橫坡度逐漸變化，行車(chē)更加平穩

4．與圓曲線(xiàn)配合得當，增加線(xiàn)形美觀(guān)

（二）緩和曲線(xiàn)的性質(zhì)

二、回旋線(xiàn)作為緩和曲線(xiàn)

回旋曲線(xiàn)、三次拋物線(xiàn)和雙紐線(xiàn)線(xiàn)形比較：

回旋曲線(xiàn)、三次拋物線(xiàn)和雙紐線(xiàn)在極角較?。?°～6°）時(shí)，幾乎沒(méi)有差別。

隨著(zhù)極角的增加，三次拋物線(xiàn)的長(cháng)度比雙紐線(xiàn)的長(cháng)度增加的較快，而雙紐線(xiàn)的長(cháng)度又比回旋線(xiàn)的長(cháng)度增加得快些。

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

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

滿(mǎn)足乘車(chē)舒適感的緩和曲線(xiàn)最小長(cháng)度 ：

我國公路計算規范一般建議as≤0.6

2．超高漸變率適中

由于緩和曲線(xiàn)上設有超高緩和段，如果緩和段太短，則會(huì )因路面急劇地由雙坡變?yōu)閱纹露纬梢环N扭曲的面，對行車(chē)和路容均不利。

《規范》規定了適中的超高漸變率，由此可導出計算緩和段最小長(cháng)度的公式：

式中：B——旋轉軸至行車(chē)道（設路緣帶時(shí)為路緣帶）外側邊緣的寬度；

Δi——超高坡度與路拱坡度代數差（%）；

p ——超高漸變率，即旋轉軸線(xiàn)與行車(chē)道外側邊緣線(xiàn)之間的相對坡度。

3．行駛時(shí)間不過(guò)短

緩和曲線(xiàn)不管其參數如何，都不可使車(chē)輛在緩和曲線(xiàn)上的行駛時(shí)間過(guò)短而使司機駕駛操縱過(guò)于匆忙。一般認為汽車(chē)在緩和曲線(xiàn)上的行駛時(shí)間至少應有3s

《標準》按行駛時(shí)間不小于3s的要求制定了各級公路緩和曲線(xiàn)最小長(cháng)度。

（二）回旋曲線(xiàn)參數的確定

在一般情況下，特別是當圓曲線(xiàn)半徑較大時(shí)，車(chē)速較高時(shí)，應該使用更長(cháng)的緩和曲線(xiàn)。

回旋線(xiàn)參數表達式： A2 = R·Ls

從視覺(jué)條件要求確定A：

考察司機的視覺(jué)，當回旋曲線(xiàn)很短，其回旋線(xiàn)切線(xiàn)角（或稱(chēng)緩和曲線(xiàn)角）β在3°左右時(shí)，曲線(xiàn)極不明顯，在視覺(jué)上容易被忽略。

回旋線(xiàn)過(guò)長(cháng)β大于29°時(shí)，圓曲線(xiàn)與回旋線(xiàn)不能很好協(xié)調。

適宜的緩和曲線(xiàn)角是β=3°～29°。

由β0=3°～29°推導出合適的A值：

將β0=3°和β0=29°分別代入上式，則A的取值范圍為：

（三）緩和曲線(xiàn)的省略

在直線(xiàn)和圓曲線(xiàn)間設置緩和曲線(xiàn)后，圓曲線(xiàn)產(chǎn)生了內移，其位移值為p，

在Ls一定的情況下，p與圓曲線(xiàn)半徑成反比，當R大到一定程度時(shí)，p值將會(huì )很小。這時(shí)緩和曲線(xiàn)的設置與否，線(xiàn)形上已經(jīng)沒(méi)有多大差異。

一般認為當p≤0.10時(shí)，即可忽略緩和曲線(xiàn)。如按3s行程計算緩和曲線(xiàn)長(cháng)度時(shí)，若取p=0.10，則不設緩和曲線(xiàn)的臨界半徑為：

（三）緩和曲線(xiàn)的省略

由上表可知，設緩和曲線(xiàn)的臨界半徑比不設超高的最小半徑小?？紤]到緩和曲線(xiàn)還有完成超高和加寬的作用，應按超高控制。

《標準》規定：當公路的平曲線(xiàn)半徑小于不設超高的最小半徑時(shí)，應設緩和曲線(xiàn)。四級公路可不設緩和曲線(xiàn)。

《規范》規定可不設緩和曲線(xiàn)的情況：

（1）在直線(xiàn)和圓曲線(xiàn)間，當圓曲線(xiàn)半徑大于或等于《標準》規定的“不設超高的最小半徑”時(shí)；

（2）半徑不同的同向圓曲線(xiàn)間，當小圓半徑大于或等于“不設超高的最小半徑”時(shí)；

（3）小圓半徑大于表7.4.2中所列半徑，且符合下列條件之一時(shí)：

小圓曲線(xiàn)按規定設置相當于最小緩和曲線(xiàn)長(cháng)度的回旋線(xiàn)時(shí)，其大圓與小圓的內移值之差不超過(guò)0.1m

設計速度≥80km/h時(shí)，大圓半徑與小圓半徑之比小于1.5

設計速度＜ 80km/h時(shí)，大圓半徑與小圓半徑之比小于2

直線(xiàn)計算：

四、圓曲線(xiàn)幾何元素：

五、曲線(xiàn)主點(diǎn)里程樁號計算：

計算基點(diǎn)為交點(diǎn)里程樁號，記為JD，

ZY=JD-T

YZ=ZY+L

QZ=ZY+L/2

JD=QZ+J/2

六、回旋線(xiàn)

回旋線(xiàn)的應用范圍：

緩和曲線(xiàn)起點(diǎn)：回旋線(xiàn)的起點(diǎn)，l=0，r=∞；

緩和曲線(xiàn)終點(diǎn)：回旋線(xiàn)某一點(diǎn)，l＝Ls，r＝R。

則 RLs=A2，即回旋線(xiàn)的參數值為：

2. 回旋線(xiàn)的數學(xué)表達式：

對dx,dy分別進(jìn)行積分：

回旋線(xiàn)終點(diǎn)坐標計算公式：

七、路線(xiàn)平面設計成果

1. 設計圖：路線(xiàn)平面設計圖；道路平面布置圖

2. 設計表：直線(xiàn)、曲線(xiàn)及轉角表；逐樁坐標表；路線(xiàn)固定表；總里程及斷鏈樁表等。

一、直線(xiàn)、曲線(xiàn)及轉角表

《直線(xiàn)、曲線(xiàn)及轉角表》全面地反映了路線(xiàn)的平面位置和路線(xiàn)平面線(xiàn)形的各項指標，它是道路設計的主要成果之一。

平面線(xiàn)形設計成果：路線(xiàn)各交點(diǎn)樁號JD；半徑R；緩和曲線(xiàn)長(cháng)度Ls；公路偏角α；交點(diǎn)坐標（X，Y）等。

二、逐樁坐標表

（一）坐標系統的采用：

1．采用統一的高斯正投影3°帶平面直角坐標系統；

2．采用高斯正投影3°帶或任意帶平面直角坐標系統，投影面可采用1985年國家高程基準、測區抵償高程面或測區平均高程面；

3．三級和三級以下公路、獨立橋梁、隧道及其它構造物等小測區，可不經(jīng)投影，采用平面直角坐標系統在平面上直接進(jìn)行計算；

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

（二）中樁坐標的計算

1．計算導線(xiàn)點(diǎn)DD坐標：

采用兩階段勘測設計的公路或一階段設計但遇地形困難的路段，一般都要先作平面控制測量，而路線(xiàn)的平面控制測量多采用導線(xiàn)測量的方法。

來(lái)源：筑龍論壇