认识道路圆曲线加宽设计

不知道大家是否留心观察过,对于小半径的弯道,圆曲线处的路面要比直线处的路面更宽。如果你要问为什么?那我就要跟你好好说一说圆曲线加宽设计的内容了。

今天所讲的圆曲线加宽设计内容主要包括三个方面:

①圆曲线加宽的原因

②圆曲线加宽值的计算

③加宽缓和段的设计

1、圆曲线加宽的原因

首先给大家看一张图,是汽车在弯道上行驶多占用宽度。

从上图可以看出,当汽车在弯道上行驶时,前后轮轨迹不一致,后轮轨迹向曲线内侧偏移,因而多占用路面宽度。这是路面需要加宽的第一个原因,我们叫做几何加宽

那么第二个原因是什么呢?当汽车在圆曲线上行驶时,由于横向力的作用会出现横向摆动,这是第二个需要加宽的原因,叫摆动加宽

2、圆曲线加宽值计算

因为圆曲线测加宽出现的原因有两种,所以计算方式也有两种,先来看看几何加宽的计算。

对于几何加宽的普通小汽车来说,如图所示

图中A是汽车轴距加前悬(m);R是圆曲线半径;b是几何加宽值;所以在直角三角形中就有A²+(R-b)²=R²。我们来计算一下这个公式。

A²+(R-b)²=R²,展开得:A²+R²-2bR+b²=R²,因为b²很小,可忽略不计,则可求得:

这就是普通汽车的几何加宽值。

第二种,对于铰接列车来说,如下图所示:

根据图上所示,同样可以用几何关系求得。

其中,b1表示牵引车的加宽值(m);b2表示拖车的加宽值(m);A1表示牵引车保险杠至第二轴的距离(m);A2表示第二轴至拖车最后轴的距离(m)。

由图上可知,R’=R-b1,又因为b1与R相比甚小,可取R’=R,则铰接列车的加宽值为:

最后,对于摆动加宽值的计算则是根据经验来设计的。根据实测,汽车行驶在圆曲线的摆动值跟车速有关,摆动加宽值的经验公式为:

其中,b’表示摆动加宽值,V表示汽车转弯时的行驶速度(km/h)。

综上可得圆曲线的加宽值(圆曲线的加宽值等于几何加宽摆动加宽之和),有一点需要注意的是上述几何加宽和摆动加宽均为一个单车道的情形,对于N个车道圆曲线的加宽值按下面这个方式计算:

根据设计车辆的汽车参数进行计算并整理,可得公路不同半径对应的加宽值,如下表所示:

另外,《公路路线设计规范》(JTG D20-2017)对于加宽有如下规定:

3、加宽缓和段的设计

3加宽缓和段的设计

如上图所示,加宽缓和段是指路面由直线上的正常宽度过渡到圆曲线上加宽后的宽度的渐变段。加宽缓和段的设计包括加宽缓和段的长度以及加宽缓和段的过渡形式

先来看看加宽缓和段的长度,加宽缓和段长度的确定有下面三种方法:

①对于设置有缓和曲线的平曲线,加宽缓和段可采用与缓和曲线相同的长度。

②对于不设缓和曲线,单设置有超高缓和段的曲线,可采用与超高缓和段相同的长度。

③对于既不设缓和曲线,又不设超高平曲线,加宽缓和段按渐变率为1:15,且长度不小于10m的要求设置。

再来看看加宽缓和段的过渡形式,主要有下面两种:

①按直线比例过渡

在加宽缓和段全长范围内按其长度成比例逐渐加宽,如图4所示,加宽缓和段内任意点的加宽值为:

其中,Lx为任意点距缓和段起点的距离(m),L为加宽缓和段长度(m),b为圆曲线上的全加宽(m)。

按直线比例过渡加宽虽然计算简单,但加宽后的路面内侧边缘线不圆滑、不美观,因此直线比例过渡加宽适用于二、三、四级公路。

②采用高次抛物线过渡

在加宽缓和段全长范围内插入高次抛物线,则抛物线上任意点的加宽值为:

其中:

按高次抛物线过渡加宽的方法路面内侧边缘圆滑、美观,适用于对路容有一定要求的高速公路和一级公路。

4、总结

对于圆曲线加宽设计,首先是要了解圆曲线加宽的原因,其次是要掌握圆曲线加宽值的计算,然后是掌握加宽缓和段长度的确定,最后就是掌握加宽缓和段过渡形式及任意点加宽值的计算。

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