第5章 道路勘測設(shè)計課程-李娜課件

1、,課程簡介,,一、教 材：《道路規(guī)劃與勘測設(shè)計》二、總學(xué)時：56學(xué)時+課程設(shè)計(一周)三、考 核：作業(yè)+考勤＋筆試 * 課程設(shè)計單獨記成績四、主 講：李娜 tel: 027-63227110 E_mail:xyzts@163.com,,1.高速公路規(guī)劃與設(shè)計（叢書，人民交通出版社1998.1）2.公路工程技術(shù)標準（JTJ01）3.公路路線設(shè)計規(guī)范（

2、JTJ011）4.城市道路設(shè)計規(guī)范（CJJ037）5.實用公路美學(xué)[美]（人民交通出版社，1981.1）6.公路勘測設(shè)計規(guī)范（JTJ061）7.現(xiàn)代公路勘測設(shè)計實用技術(shù) 劉培文（人民交通出版社1999.5）8.道路立交工程 王伯惠（人民交通出版社，2000.）,主要參考資料,,概 述,(一) 概念,,****************************************************道路工程除受力

3、構(gòu)造物的計算、設(shè)計以及地質(zhì)水文條件的利用、改造以外的全部造型設(shè)計稱為道路幾何設(shè)計，也就是通常指的平、縱、橫三維定位設(shè)計。******************************************************************************************************** 幾何設(shè)計是一個由粗到細的分階段的設(shè)計過程******************

4、**********************************,,,,,,概 述,（二）常識,,1. 公路的分級與分類、城市道路的分類與分級2. 幾何設(shè)計的基本依據(jù)： 設(shè)計車速、設(shè)計車輛、設(shè)計交通量3. 幾何設(shè)計的基本內(nèi)容： 對道路“帶狀空間體的空間定位（坐標、高程）設(shè)計。為簡化設(shè)計和便于施工放樣，通常將三維問題分解為三個二維問題，即： 平 面 x-y

5、 縱斷面 s-H 橫斷面 b-H4. 路線與環(huán)境,概 述,一、公路,1 、分級 交通部1997年頒布的《公路工程技術(shù)標準》JTJ001-97將公路根據(jù)使用任務(wù)、功能和適應(yīng)的交通量分為高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四級公路五個等級。高速公路：專供汽車分向、分道行駛并全部控致出入的干線，適應(yīng)各種汽車折合成小客車

6、的遠景設(shè)計年限年平均晝夜交通量25000-100000輛，全部控制出入。一級公路：供汽車分向、分道行駛，適應(yīng)各種汽車折合成小客車的遠景設(shè)計年限年平均晝夜交通量15000-30000輛，部分控制出入。二級公路：適應(yīng)各種車輛折合成中型載重車的遠景設(shè)計年限年平均晝夜交通量3000-7500輛。三級公路：適應(yīng)各種車輛折合成中型載重車的遠景設(shè)計年限年平均晝夜交通量1000-4000輛。四級公路：適應(yīng)各種車輛折合成中型載重車的遠景設(shè)計年限年

7、平均晝夜交通量，雙車道1500輛以下，單車道200輛以下。,概 述,一、公路,2、 公路等級的選用公路等級應(yīng)根據(jù)公路網(wǎng)規(guī)劃、遠景交通量，從全局出發(fā)，結(jié)合道路的使用任務(wù)、性質(zhì)綜合確定。（1）公路的設(shè)計年限 遠景設(shè)計年限：確定道路橫斷面車行道和人行道寬度時道路 交通量達到飽和時的年限。 高速公路、一級公路：20年

8、 二級公路：15年 三、四級公路：10年，也可根據(jù)實際情況縮短。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計年限：路面修成至需要翻修改建的年限。（2）設(shè)計路段最小長度 高速公路、一級公路：大于或等于20公里，特殊10公里，其他等級公路：大于或等于10公里，特殊5公里。,概 述,二、城市道路,1、城市道路分類按照道路在城市道路網(wǎng)中的地位、交通功能以及沿街建筑的服務(wù)功能分為

9、四種類型。快速路: 解決城市長距離的快速交通。主干路：以交通功能為主的連接城市各主要分區(qū)的干線道路。次干路：區(qū)域性的主要道路，具有區(qū)域的集散功能和服務(wù)功能。支 路 ：以服務(wù)功能為主，直接與兩側(cè)建筑、街坊出入口相接的局部地區(qū)道路。2、城市道路分級根據(jù)城市的規(guī)模、設(shè)計交通量和地形類別進行劃分：除快速路外，其他各類道路各分為Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ級。一般與城市規(guī)模對應(yīng)。3、遠景設(shè)計年限：快速路和主干路：20年；次干路：15

10、年；支路：10~15年。,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,現(xiàn)代道路主要服務(wù)對象 －－汽車道路設(shè)計前提 －－滿足汽車行駛的要求汽車行駛總的要求 －－安全、迅速、經(jīng)濟與舒適具體說來:一要保證汽車行駛的穩(wěn)定性，即不倒溜、不滑移、不傾覆二盡可能提高車速，降低運輸成本，以提高運輸效率三盡量使乘客和駕駛員感到舒適因此，在道路線形

11、設(shè)計時，需要研究汽車在道路上的行駛特性及其對道路設(shè)計的具體要求，這是道路線形設(shè)計的理論基礎(chǔ),是制定道路線形幾何標準的理論依據(jù)。本章將著重介紹汽車的動力特性及其與道路線形設(shè)計的基本關(guān)系，同時介紹有關(guān)道路勘測設(shè)計的基礎(chǔ)知識,道路勘測設(shè)計基礎(chǔ)理論,,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,為研究汽車在道路上的運動狀況，首先分析汽車的驅(qū)動原理，掌握沿汽車行駛方向作用于汽車的各種外力，即牽引力與行駛阻力,5.1 汽車的牽引力及行駛阻力,汽車在

12、道路上行駛時，必須有足夠的驅(qū)動力來克服各種行駛阻力。汽車行駛的驅(qū)動力來自它的內(nèi)燃發(fā)動機。燃料和空氣在發(fā)動機內(nèi)燃燒，通過活塞、曲軸將熱能轉(zhuǎn)化為機械能，產(chǎn)生有效功率N，驅(qū)使曲軸以每分鐘n的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生扭矩M，再經(jīng)過離合器、變速器、傳動軸、主傳動器、差速器和半軸等一系列的變速和傳動，將曲軸的扭矩傳給驅(qū)動輪，產(chǎn)生扭矩Mk驅(qū)動汽車行駛,牽引力,內(nèi)燃發(fā)動機 產(chǎn)生曲軸扭矩M 驅(qū)動輪扭矩Mk,,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,汽

13、車的牽引力,分析,如圖5-2，把驅(qū)動輪上的扭矩Mk用一對力偶Ta和T代替，Ta作用在輪緣上與路面水平反力F抗衡，T作用在輪軸上推動汽車前進，稱為牽引力，與汽車行駛阻力R抗衡,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,分析,,分析上式：如要獲得較大的牽引力T，必須要有較大的總變速比γ，但γ增大，則車速V就降低，因此，對同一發(fā)動機不可能同時獲得大的牽引力和高的車速。為此，對汽車設(shè)置了幾個排檔，每一排檔都具有固定的總變速比γ，以及該檔的最大

14、車速和最小車速。當(dāng)使用低檔時，用較大的γ值，獲得較小的牽引力和較高的車速。從前面的車速V的計算公式也可看出牽引力T與功率N之間的關(guān)系,發(fā)動機的有效功率越大，汽車的牽引力越大,,汽車的牽引力,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,,汽車行駛時需要不斷克服運動過程中所遇的各種阻力。這些阻力包括：空氣阻力、道路阻力和慣性阻力,5.1.2 汽車的行駛阻力,汽車在行駛中，由于迎面空氣的壓力、車后的真空吸力及空氣與車身表面的摩擦力阻礙汽車前進

15、，總稱為空氣阻力。當(dāng)行駛速度在100 km /h以上，有時一半的功率用來克服空氣阻力。 汽車在運動時所產(chǎn)生的空氣阻力Rw可以用下式計算 ：,,式中：K——空氣阻力系數(shù)A——汽車迎風(fēng)面積（m2），KA也稱為汽車流線型因數(shù)V——汽車與空氣的相對速度（km/s），可近似地取汽車 的行駛速度,5.1.2.1 空氣阻力,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,（1）滾動阻力 車輪在路面上滾動所產(chǎn)生的阻

16、力，是由輪胎與路面變形引起的。與路面類型、輪胎結(jié)構(gòu)及行駛速度等有關(guān)。滾動阻力與輪胎承受的力成正比，即,,式中：Rf——滾動阻力 (N) G ——汽車的總重力 (N) f——滾動阻力系數(shù)，見下表,5.1.2.2 道路阻力,,,Rf =Gf (N),表5－1 各類路面滾動阻力系數(shù) f 值,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,（2）坡度阻力 汽車在坡道上行

17、駛時，汽車重量在平行于路面方向有分力，上坡時分力與汽車前進方向相反，阻礙汽車行駛，而下坡時分力與前進方向相同，推動汽車行駛。 坡度阻力可用下式計算,,式中：RI——坡度阻力 （N）G——車輛總重力 （N）α——道路縱坡傾角i——道路縱坡度，上坡為正；下坡為負,5.1.2.2 道路阻力,,RI=Gsinα 當(dāng)sinα≈tgα=i 時RI=Gi,,以上可以看出，滾動阻力和坡度阻力均與道路狀況有關(guān)，且都與汽

18、車的總重力成正比，將它們統(tǒng)稱為道路阻力，以RR表示,RR=G ( f+I ) （N）,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,（3）慣性阻力 汽車變速行駛時，需要克服其質(zhì)量變速運動時產(chǎn)生的慣性和慣性力矩稱為慣性阻力，用RI表示。 汽車的質(zhì)量分為平移質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量（如飛輪、齒輪、傳動軸和車輪等）兩部分。變速時平移質(zhì)量產(chǎn)生慣性力，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生慣性力矩。 由于慣性力矩計算比較復(fù)雜，為方便計

19、算，一般給平移質(zhì)量慣性力乘以大于1的系數(shù)δ，來代替旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力矩的影響。即,,式中：RI——慣性阻力 （N） G ——車輛總重力 （N） g ——重力加速度 （m/s2） δ ——慣性力系數(shù)（或旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)）,5.1.2.2 道路阻力,,小結(jié),,汽車的總行駛阻力：,R=RW+RR+RI,,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.1.3 汽車的運動方程式

20、和行駛條件,汽車在道路上行駛時，必須有足夠的牽引力來克服各種行駛阻力。當(dāng)牽引力與各種行駛阻力之代數(shù)和相等的時候，稱為牽引平衡。其牽引平衡方程式（也稱汽車的運動方程式）為 ：,5.1.3.1汽車的運動方程式,T = R = RW+RR+RI,如節(jié)流閥部分開啟時，對驅(qū)動力T進行修正。修正系數(shù)用U表示，稱之為負荷率 ：,,,一般，負荷率U=80%~90%。將有關(guān)公式代入牽引平衡方程式，則汽車的運動方程式為 ：,,,,第5章 道路勘測設(shè)計基本

21、理論與知識,5.1.3 汽車的運動方程式和行駛條件,汽車在道路上行駛，必須有足夠的牽引力來克服各種行駛阻力 （行使必要條件）,5.1.3.1汽車的行駛條件,T ≥ R,只有足夠的牽引力還不能保證汽車正常地行駛。若驅(qū)動輪與路面之間的附著力不夠大，車輪將在路面上打滑，不能前進。所以，汽車牽引力的發(fā)揮，還要受輪胎與路面之間附著條件的制約。即汽車行駛的充分條件是驅(qū)動力小于或等于輪胎與路面之間的附著力： （行使充分條件）,,,T≤φGk

22、,式中：φ——附著系數(shù)（可理解為滑動摩擦系數(shù)），主要取決于路面的粗糙程度和潮濕泥濘程度，輪胎的花紋和氣壓，以及車速和荷載等，見表5-2（下頁）Gk——作用在驅(qū)動輪的荷載。一般情況下，小汽車為總重的0.5~0.65倍，載重車為總重的0.65~0.80倍,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.1.3 汽車的運動方程式和行駛條件,5.1.3.1汽車的行駛條件,根據(jù)以上汽車行駛條件的分析，實際工作中對路面提出了一定要求：宏觀上：

23、要求路面平整而堅實，盡量減小滾動阻力（滿足規(guī)范平整度要求）微觀上：要求路面粗糙而不滑，以增大附著力（混凝土路面壓紋）,表5－2 各類路面上附著系數(shù)φ的平均值,,,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.2 汽車的動力特性及加、減速行程,5.2.1 汽車的動力因數(shù),,T = R = RW+RR+RI,,T - RW = RR + RI,,等號左端 (T-RW) 稱: 汽車的后備牽引力，它與汽車的構(gòu)造和行駛速度有關(guān)等號右端 (

24、RR + RI ): 汽車在道路上行駛時的道路阻力RR和慣性阻力RI之和，主要與道路狀況和汽車的行駛狀態(tài)有關(guān)，將右端行駛阻力表達式代入，變換后可得：,汽車的動力性能系指汽車所具有的加速、上坡、最大速度等的性能。研究汽車的動力性能的目的：為道路縱斷面設(shè)計提供理論依據(jù),,D稱為動力因數(shù)，即為單位車重具備的牽引潛力。它表征某型汽車在海平面高程上，滿載情況下，每單位車重克服道路阻力和慣性阻力的性能,,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.

25、2.1 汽車的動力因數(shù),D是關(guān)于V的二次函數(shù)，為使用方便，將D與V的函數(shù)關(guān)系用曲線表示，稱為動力特性圖。利用該圖可直接查出各排檔時不同車速對應(yīng)的動力因數(shù)值 動力因數(shù)和動力特性圖是按海平面及汽車滿載情況下的標準值計算繪制的。若道路的高程既不在海平面上汽車也不是滿載，則應(yīng)對動力因素D進行修正。方法：給D乘以一個修正系數(shù)λ ：,分析,,,λ為動力因數(shù)D的海拔荷載修正系數(shù)，見上面右式,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知

26、識,5.2.1 汽車的動力因數(shù),,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.2.1 汽車的動力因數(shù),,,,思 考 ？,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.2.2 汽車的行駛狀態(tài),對不同排檔的D—V曲線，D值都有一定使用范圍，檔位愈低，D值愈大，而車速愈低。當(dāng)汽車的動力因數(shù)為D，道路阻力為ψ，汽車的行駛狀態(tài)有以下三種情況,,,,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.2.2 汽車的行駛狀態(tài),在動力特性圖上，與任意

27、的D=Ψ相應(yīng)等速行駛的速度稱為平衡速度，用Vp表示。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－汽車在道路阻力為Ψ1的坡道上行駛，與D1=Ψ1對應(yīng)的平衡速度為V1。當(dāng)汽車行駛速度V＞V1時減速行駛，直到V1為此；當(dāng)V＜V1時加速行駛，直到V1為止。（圖5-5）－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－每一排檔都存在各自的最大動力因數(shù)Dmax，與之對應(yīng)的速度稱作臨界速度，用Vk表示。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－若汽

28、車以某一排檔作等速行駛，當(dāng)D2=Ψ2時，汽車可采用V1或V2的任一速度行駛。（圖5-6）＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝臨界速度Vk是汽車穩(wěn)定行駛的極限速度。一般情況下汽車都采用大于某一排檔的臨界速度Vk作為行駛速度，以便克服額外阻力而連續(xù)行駛,,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.2.3 汽車的爬坡能力,汽車的爬坡能力是指汽車能克服坡度的能力。汽車的最大爬坡能力是用最大爬坡坡度評定的。最大爬坡度系指汽車在堅硬

29、路面上用最低檔作等速行駛時所能克服的最大坡度,公式推導(dǎo),,當(dāng)a＝0時，i=λD-f,由于最低檔爬坡能力大，坡道傾角α也大，此時cosα＜1,sinα≠tgα=i，應(yīng)用下式計算,,λDImax= f cosα+sinα,解此三角函數(shù)方程式，得 ：,,式中 ：aImax——最低檔所能克服的最大坡道傾角；f ——滾動阻力系數(shù)； DIma ——最低檔的最大動力因數(shù),,第5章 道路勘測

30、設(shè)計基本理論與知識,5.2.4 汽車的加、減速行程,汽車的加速性能是指汽車在各種使用條件下迅速增加行駛速度的能力，可用加速度、加速時間和行程來評定。汽車的加速度愈大，加速時間和行程愈短，汽車的加速性能愈好。,,由ds=vdt及加、減速度a=dv/dt(m/s2)，得,,（a≠0）,,設(shè)初速V1，終速V2對上式積分，并將車速v(m/s)化成V（km/h），得,,為使用方便，對上式積分，將數(shù)據(jù)繪制加、減速行程圖，以備查用（見下頁）,,,,

31、第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,,,,V=80 km/h,,,,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,,,,思 考 ？,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,汽車的行駛穩(wěn)定性是指汽車在行駛過程中，在外部因素作用下，汽車尚能保持正常行駛狀態(tài)和方向，不致失去控制而產(chǎn)生滑移、傾覆等現(xiàn)象的能力。影響汽車行駛穩(wěn)定性的主要因素 : 汽車本身結(jié)構(gòu)參數(shù)、駕駛員操作技術(shù)以及道路與環(huán)境等外部因素的作用。==================

32、=================以下采用力學(xué)平衡的原理分析汽車行駛的穩(wěn)定性，從而為道路線形設(shè)計提供依據(jù)。,5.3 汽車的行駛穩(wěn)定性,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.3.1 汽車行駛的縱向穩(wěn)定性,圖5-8為汽車在直坡道上低等速上坡行駛受力圖，慣性阻力為零，因車速低可略去空氣阻力和滾動阻力。圖中G為汽車總重力，α為坡道傾角，hg為重心高度，Z1和Z 2為作用在前、后輪上的法向反作用力，X1和X 2為作用在前、后輪上的切

33、向反作用力，L為汽車軸距，l1和l2為汽車重心至前、后軸的距離，O點為汽車重心，O1和O2為前、后輪與路面接觸點,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.3.1.1 縱向傾覆條件分析,,,,,,產(chǎn)生縱向傾覆的臨界狀態(tài)是汽車前輪法向反作用力Z1為零，此時，汽車可能繞O2點發(fā)生傾覆現(xiàn)象。對O2點取矩，并讓Z1=0，得 ：,,,式中：α0 —— Z1為零時極限坡道傾角； i 0 —— Z1為零時道路的縱坡度。當(dāng)坡道傾角α

34、≥α0（即道路縱坡i≥i 0）時，汽車可能產(chǎn)生縱向傾覆。,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.3.1.2 縱向倒溜條件分析,,,,,,根據(jù)附著條件，驅(qū)動輪不產(chǎn)生縱向倒溜的狀態(tài)是下滑力與附著力平衡。即 ：,,,αφ—產(chǎn)生縱向倒溜臨界狀態(tài)時坡道傾角；iφ —產(chǎn)生縱向倒溜臨界狀態(tài)時道路縱坡度,其中對點O1取矩，可得：,,,,因hg*tgαφ較小，可略去不計，且,,當(dāng)坡道傾角α≥αφ（即道路縱坡i≥iφ）時，汽車可能產(chǎn)生縱向倒

35、溜。iφ的大小主要取決于驅(qū)動輪荷載Gk與汽車總重力G的比值以及附著系數(shù)φ值 。,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.3.1.2 縱向穩(wěn)定性的保證,,,,,,,,,,分析式上面兩式，一般l / hg接近1，而 遠小于1，所以,,,汽車在坡道上行駛時，縱向倒溜現(xiàn)象發(fā)生縱向傾覆之前。為保證汽車行駛的縱向穩(wěn)定性，縱坡設(shè)計應(yīng)滿足不產(chǎn)生縱向倒溜為條件。則汽車行駛時縱向穩(wěn)定性的條件為 ：,,,即iφ<i0,,

36、,當(dāng)?shù)缆房v坡度i 滿足上式條件時，一般汽車滿載都能保證縱向行駛的穩(wěn)定性。但在運輸中裝載過高時，由于重心高度hg的增大而破壞縱向穩(wěn)定性條件，所以，應(yīng)對汽車裝載高度有所限制。,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.3.2 汽車行駛的橫向穩(wěn)定性,,,,,5.3.2.1 汽車在平曲線上行駛時受力分析,汽車在平曲線上行駛時會產(chǎn)生離心力，其方向水平背離圓心。離心力大小為:,,,式中：F ——離心力 （N）R ——平曲線半徑 （m）

37、V ——汽車行駛速度 （m/s）,,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.3.2.1 汽車在平曲線上行駛時受力分析,,,,,離心力對汽車在平曲線上行駛的穩(wěn)定性影響很大，它可能使汽車向外側(cè)滑移或傾覆。為了減少離心力的影響，保證汽車在平曲線上穩(wěn)定行駛，必須使平曲線上路面做成外側(cè)高、內(nèi)側(cè)低呈單向橫坡的形式，這種設(shè)置稱為超高。,,,將離心力F與汽車重力G分解為平行于路面的橫向力X和垂直于路面的豎向力Y,,,由于路面橫向傾角α一般很小，

38、則sinα≈tgα=ih，cosα≈1,式中豎向力Y是穩(wěn)定因素，橫向力X是汽車行駛的不穩(wěn)定因素 由于同樣大小的力作用在不同重量汽車上其穩(wěn)定性程度是不一樣的，于是采用橫向力系數(shù)來衡量，其意義為單位車重力的橫向力,分析,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,,,,,單位車重力的橫向力,,,,車速v(m/s)化成V（km/h）,,公式表達了橫向力系數(shù)與車速、平曲線半徑及超高之間的關(guān)系。值愈大、汽車在平曲線上的穩(wěn)定性愈差,分析,式中：

39、R——平曲線半徑 （m）u——橫向力系數(shù)V——行車速度 （km/h）ih——橫向超高坡度,5.3.2.1 汽車在平曲線上行駛時受力分析,,,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.3.2.2 橫向傾覆條件分析,,,,,汽車在具有超高的平曲線上行駛時，由于橫向力的作用，可能使汽車繞外側(cè)車輪觸地點產(chǎn)生向外橫向傾覆的危險。為使汽車不產(chǎn)生傾覆，必須使傾覆力矩小于或等于穩(wěn)定力矩,,,,Fih比G小得多略去不計,,式中：b—

40、—汽車輪距 （m）hg——汽車重心高度 （m）,,將 代入，可得下式 ：,,利用此式可計算汽車在平曲線上行駛時，不產(chǎn)生橫向傾覆的最小平曲線半徑R或最大允許行駛速度V,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.3.2.3 橫向滑移條件分析,,,,,汽車在平曲線上行駛時，因橫向力的存在，可能使汽車沿橫向力的方向產(chǎn)生向外橫向滑移。為使汽車不產(chǎn)生橫向滑移，必須使橫向力小于或等于輪胎和

41、路面之間的橫向附著力,,,式中：φh —— 橫向附著系數(shù)，一般φh =（0.6~0.7）φ,φ值見P32,,將 代入，可得下式 ：,利用此式可計算出汽車在平曲線上行駛時，不產(chǎn)生橫向滑移的最小平曲線半徑R或最大允許行駛速度V,,表5－2 各類路面上附著系數(shù)φ的平均值－鏈接,,,,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.3.2.4 橫向穩(wěn)定性的保證,,,,,通過前面

42、的分析，從上面的兩個公式可知，汽車在平曲線上行駛時的橫向穩(wěn)定性主要取決于橫向力系數(shù)u值的大?。F(xiàn)代汽車在設(shè)計制造時重心較低，一般b≈2hg，即 。而 ，所以 。也就是汽車在平曲線上行駛時，橫向滑移現(xiàn)象發(fā)生在橫向傾覆之前，因此道路設(shè)計中平曲線最小半徑滿足

43、 。一般在滿載情況下能夠保證橫向行車的穩(wěn)定性。但裝載過高時可能發(fā)生傾覆現(xiàn)象，因此應(yīng)控制汽車裝載高度,,,,,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,汽車的制動性能是指汽車行駛中強制降低車速以至停車，或在下坡時能保持一定速度行駛的能力。=====================================汽車的制動性能直接關(guān)系到汽車的行駛安全，影響路線設(shè)計行車視距、山區(qū)公路中陡坡長度指標及緩和坡段的設(shè)置等。一些重大交通

44、事故往往與制動距離太長有關(guān)，所以具有良好的制動性能是汽車行駛安全的重要保障,5.4 汽車的制動性能,,,,,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.4.2 制動距離,,,,,汽車的制動過程：人為地增加汽車的行駛阻力，使汽車的動能或位能（當(dāng)汽車下坡時）轉(zhuǎn)化為熱能的過程。車輪制動是利用制動器內(nèi)的摩擦阻力矩來形成路面對車輪的切向摩擦阻力，簡稱為制動力。制動力P阻止車輪前進，在急剎車時P值最大，而最大的P值取決于輪胎與路面之間

45、的附著力。在附著系數(shù)較小的路面上，若制動力大于附著力，車輪將在路面上滑移，易使制動方向失去控制。所以，P值的極限值為,,,,,P=Gφ,式中：G —— 分配到制動輪上的汽車重力。現(xiàn)代汽車全部車輪均為制動輪，一般制動時采用后輪制動，緊急制動時前后輪均制動，G值為汽車的總重力（N）φ —— 路面與輪胎之間的附著系數(shù)，與輪胎、路面及制動等條件有關(guān),制動力P的方向與汽車運動方向相反 ，制動平衡方程式 （略去空氣阻力）,,,,,,,,,,第

46、5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.4.1 制動平衡方式,,,上式中：a —— 制動減速度 （m/s2）Φ —— 道路阻力系數(shù)，Φ=f+i,,v(m/s) －> V（km/h）積分后可得,上式中：S ——制動距離 （m）V1 ——制動初速度 （km/h）V2 ——制動終速度 （km/h）,當(dāng)制動到汽車停止時V2=0,,,,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,汽車在運輸工作中需要消耗燃料、輪胎

47、及各種配件材料等，其中燃料的消耗量所占比重最大，而汽車燃料是國家重要的能源物質(zhì)。因此減少燃料消耗量，對降低運輸成本，提高汽車的行車經(jīng)濟性很有意義,5.5 汽車的行車經(jīng)濟性,汽車行駛的燃料消耗主要與發(fā)動機有關(guān)，除此外，還要受到道路的狀況、交通情況、駕駛技術(shù)及環(huán)境等方面的影響。通常用下述指標作為評價燃料經(jīng)濟性的評價指標 :,1、每100km行程燃料消耗kg數(shù)Qs,Qs=100Qt/V（kg/100km）,,2、每t·km燃料消

48、耗kg數(shù)QsG,,QsG=Qs/100Gi= Qt/V Gi（km/kg）,,2、每kg燃料所行駛的里程L,,L=1/Qs=V/Qt100（km/kg）,,,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,道路工程是一種投資較大的基礎(chǔ)設(shè)施工程。為了保證勘測設(shè)計的科學(xué)性、合理性與可行性，道路勘測設(shè)計過程通常按照由粗到細的順序，分階段地進行。不同的階段有不同的工作深度。道路工程項目一般采用兩階段設(shè)計，即初步設(shè)計和施工圖設(shè)計，與之相對應(yīng)的設(shè)計前勘測工作

49、分別為初測和定測。對于技術(shù)簡單、方案明確的小型建設(shè)項目，也可采用一階段設(shè)計（勘測為一次性定測）。對于技術(shù)上復(fù)雜而又缺乏經(jīng)驗的項目，必要時采用三階段設(shè)計，即初步設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和施工圖設(shè)計,5.6 勘測設(shè)計的階段,初步設(shè)計應(yīng)根據(jù)批準的設(shè)計任務(wù)書（或測設(shè)合同）和初測資料編制。-----------------------------------------------------------------------------------

50、---------------一階段施工圖設(shè)計應(yīng)根據(jù)批準的設(shè)計任務(wù)書（或測設(shè)合同）和一次定測資料編制。--------------------------------------------------------------------------------------------------兩階段設(shè)計時，施工圖設(shè)計應(yīng)依據(jù)批準的初步設(shè)計和定測資料編制。-------------------------------------

51、-------------------------------------------------------------三階段設(shè)計時，技術(shù)設(shè)計應(yīng)根據(jù)批準的初步設(shè)計和補充測量資料編制；施工圖設(shè)計應(yīng)根據(jù)批準的初步設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和定測（或補充定測）資料編制,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.7 勘測設(shè)計的依據(jù),5.7.1設(shè)計車輛,,現(xiàn)代道路設(shè)計的主要服務(wù)對象是汽車。汽車的物理特性及其尺寸大小對于道路幾何設(shè)計有著決定意義，因此確定有

52、代表性的車輛作為設(shè)計依據(jù)是非常必要的所謂設(shè)計車輛是指道路幾何設(shè)計所依據(jù)的車輛,汽車的種類很多，但作為道路幾何設(shè)計依據(jù)的汽車:公 路 : “小客車、載重車、鞍式列車” 三類；城市道路 : “小型汽車、普通汽車、鉸接車” 三類。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－各類汽車外廓尺寸詳見后頁的表格－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

53、－－－－－－－－－－－由于公路和城市道路在遴選設(shè)計車輛方面考慮的因素有所不同，導(dǎo)致設(shè)計車輛的外廓尺寸不盡一致，但都列入了相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范，均為道路幾何設(shè)計的依據(jù),第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.7 勘測設(shè)計的依據(jù),5.7.1設(shè)計車輛,表5－3 公路設(shè)計車輛外廓尺寸（m）,表5－4 城市道路設(shè)計車輛外廓尺寸（m）,注：表中前懸指車體前緣到前車軸中心的距離后懸指后軸中心到車體后緣的距離,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論

54、與知識,,JTG B01-2003,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,,CJJ 37—90規(guī)范,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.7.2 設(shè)計車速,表5－5 各級公路設(shè)計車速（km/h）,,設(shè)計車速是指道路幾何設(shè)計依據(jù)的車速，即在氣候正常、交通密度小、汽車運行只受道路本身條件（幾何線形、路面條件、附屬設(shè)施等）影響時，一般駕駛員能保持安全而舒適地行駛的最大行車速度，也稱計算行車速度,表5－6 城市道路設(shè)計車速（km/h）

55、,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.7.2 設(shè)計車速,CJJ 37—90規(guī)范,JTG B01-2003,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.7.3 設(shè)計交通量,,設(shè)計交通量：指道路設(shè)計年限內(nèi)預(yù)測的能夠達到的設(shè)計采用最大交通量,在統(tǒng)計或估算交通量時，必然會遇到不同車輛間的換算（或折算）問題。也就是說，道路交通量的統(tǒng)計或估算，最后都會落腳到某一種單一的“標準車型”，所涉及到的車輛都以某一個相對合理的“折算系數(shù)”折算成標準車輛

56、。車輛換算的問題較復(fù)雜，涉及到的因素很多，要真實和確切地反映各種車輛之間的換算關(guān)系還有待研究。目前應(yīng)用情況，車輛換算的方法主要有兩種：一、以具有代表性的平均車頭時距之比作為換算依據(jù)；二、根據(jù)車輛占道面積（靜態(tài)面積或動態(tài)面積）之比作為換算依據(jù)。公路、城市道路采用的車輛換算系數(shù)參見后面的表,第5章 道路勘測設(shè)計基本理論與知識,5.7.3 設(shè)計交通量,CJJ 37—90規(guī)范,城市道路,JTG B01-2003,公路,,第5章

57、道路勘測設(shè)計基本理論與知識,思考題,1、汽車的牽引力與行駛速度有什么關(guān)系？2、汽車在道路上正常行駛的充要條件是什么？3、汽車動力因數(shù)公式 中各符號的含義及計算單位是什么？ 怎樣利用動力特性圖分析汽車的行駛速度？4、怎樣使用汽車的加減速行程圖？5、汽車行駛的穩(wěn)定性對道路的線形設(shè)計可能提出哪些要求？6、道路勘測設(shè)計為什么要劃分階段？“技術(shù)設(shè)計”一般在什么情況下采用？7、談?wù)勀銓侠淼剡M行交通量換算（或折算

58、）的觀點,,課堂習(xí)題講解,假設(shè)某道路彎道的最大橫向力系數(shù)控制為0.10，則：（1）當(dāng)R=500m,ih=0.05時,允許最大的車速為多少？（2）當(dāng)v=80km/h, ih=-0.02（反超高）時,平曲線半徑至少多大？,,有的同學(xué)采用 的計算方法, 一般情況下,滿足行駛舒適條件的要求（ 一般取0.11到0.16之間）高于滿足橫向滑移條件的要求,,,注意！！,,課堂習(xí)題講解,已知海拔荷載修正系數(shù)λ＝0.8，道路