高速公路超高和加寬設(shè)計(jì)計(jì)算方法

1、第 6 卷 第 3 期2 0 0 4 年 9 月遼 寧 省 交 通 高 等 專 科 學(xué) 校 學(xué) 報(bào)J OU RNAL OF L IAON IN G PROV INCIAL COLL EGE OF COMMUN ICA TIONSVol. 6 No . 3Sep . 2 0 0 4文章編號 :1008 - 3812 (2004) 03 - 0030 - 03高速公路超高與加寬設(shè)計(jì)計(jì)算方法王功禮1姚 麗2翁振軍1(1. 遼寧省高速公路管理局 ,遼寧沈陽 ,110003 ;2. 遼寧省交通高等?？茖W(xué)校 ,遼寧沈陽 ,110122)摘 要 本文通過以兩車道為主的高速公路超高和加寬的設(shè)計(jì)方法的實(shí)踐 ,建

2、立了一種簡便的超高與加寬的計(jì)算模型 ,并介紹其計(jì)算方法 。關(guān)鍵詞 高速公路 超高 加寬 計(jì)算方法中圖分類號 :U412 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :B1 前言表 1在現(xiàn)代公路設(shè)計(jì)中 ,不同等級公路的超高和加寬設(shè)計(jì)計(jì)地形計(jì)算行車速度( km/ h)不設(shè)超高最小半徑( m)算方法不盡相同 ,雖然基本原理比較相似 ,但計(jì)算方法復(fù)雜 、繁瑣 。近幾年來 ,我們在遼寧省丹本高速公路 ( 山區(qū)高速公路) 的施工和管理過程中 ,仔細(xì)分析了設(shè)計(jì)方案及施工工藝 ,總結(jié)一套簡易而實(shí)用的超高和加寬設(shè)計(jì)方案 。此方案更適用一般平原高速公路 (四車道) 及一至四級普通公路建設(shè) 。平原微丘重丘山嶺2. 2 超高的形成120100806

3、055004000250015002 超高設(shè)計(jì)2. 1 超高的作用及設(shè)計(jì)條件2. 1. 1 超高的作用超高是將公路曲線部分的路面設(shè)計(jì)成向曲線內(nèi)側(cè)傾斜的單向橫坡 ,使得汽車在曲線上行駛時(shí)能夠獲取一個(gè)指向曲線內(nèi)側(cè)的橫向分力 ,以克服或削弱離心力對行車的影響 。2. 1. 2 超高設(shè)置條件公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 ,當(dāng)平曲線半徑小于不設(shè)超高的半徑時(shí) ,應(yīng)在曲線上設(shè)置超高 。其超高橫坡度可由下式求得 :ib = V2/ 127R - V 行車速度R 平曲線半徑橫向力系數(shù)不設(shè)超高的圓曲線最小半徑見表 1 。收稿日期 :2004 - 04 - 10同迎來一個(gè)更加輝煌的前景 。參考文獻(xiàn) 1 橋梁和結(jié)構(gòu)工程學(xué)會(huì)

4、2001 年橋梁學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集. 人民交通2. 2. 1 高速公路的路基的基本構(gòu)成高速公路路基橫斷面組成的示意圖如圖 1 。2. 2. 2 超高緩和段的形成2. 2. 2. 1 繞中間帶的中心線旋轉(zhuǎn)先將外側(cè)行車道繞中間帶的中心線旋轉(zhuǎn) ,與內(nèi)側(cè)行車道構(gòu)成單向橫坡后 ,整個(gè)斷面再一同繞中心線旋轉(zhuǎn) ,直至達(dá)到超高橫坡度值 。如圖 2 (1) 所示 。該種超高過渡方式適用于中間帶寬度小于或等于 4. 5m 的公路 。2. 2. 2. 2 繞中央分隔帶的邊緣旋轉(zhuǎn)將兩側(cè)的行車道分別繞中央分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn) ,使之各自成為獨(dú)立的單向超高斷面 ,此時(shí)中央分隔帶維持原水平狀態(tài)不發(fā)生變化 。如圖 2 (2) 所示

5、。各種中間帶寬度的公路均可采用該種超高過渡方式 。2. 2. 2. 3 繞各自行車道的中心線旋轉(zhuǎn)將兩側(cè)的行車道分別繞各自的中心線旋轉(zhuǎn) ,使之成為獨(dú)立的單向超高斷面 ,此時(shí)中央分隔帶的兩邊分別升高或降低而成為傾斜的橫向斷面 。如圖 2 (3) 所示 。該種超高過渡方出版社 ,2001 2 范立礎(chǔ). 橋梁工程. 人民交通出版社 ,2001 3 李國濠. 橋梁漫筆. 人民交通出版社 ,1996 4 龍馭球 ,包世華. 結(jié)構(gòu)力學(xué)教程. 高等教育出版社 ,2000The General State of t he Develop ment and Prospect of Bridge St ruct u

6、resYu ZhongtaoZhu FangfangAbstractThe paper introduced t he bridge developing actuality and t he essential features of t he bridge structures and technique levelin t he recent years at home and abroad. Then , comments on t he trends for future develop ment of t he bridge structures are pointedout .K

7、eywordsBridge structures ;Develop ment ;Present situation ;Prospect30© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.第 3 期式適用于車道數(shù)大于 4 條的公路 。2. 3 超高的設(shè)計(jì)計(jì)算方法王功禮等 :高速公路超高與加寬設(shè)計(jì)計(jì)算方法圖 1 高速公路路基橫斷面組成示意圖觀 ,因而在使用時(shí)均有一定的局限性 ,圖 2 (2) 所示超高過渡方式 (繞中央分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn)) 具有較強(qiáng)的通用性 ,在此僅對圖 2 (1) 和圖 2 (

8、 3) 所示兩種超高過渡方式在超高過程中 ,其中央分隔帶及路緣石會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形 ,影響美2. 3. 1 確定超高緩和段的最小長度外側(cè)車道超高緩和段最小長度為 :圖 2該方式進(jìn)行探討和研究 。界距離 ,用 Lk表示 。內(nèi)側(cè)車道超高中不會(huì)出現(xiàn)臨界斷面 。由 Lk= Bil/ p 和式 (1) 可以推出 :Lc= B (ib+ il) / p(1)Lk= ilLc/ (il+ ib)(3)式中 B 為旋轉(zhuǎn)軸至右側(cè)路緣帶外側(cè)邊緣的寬度 ,即行車道寬度 + 左側(cè)路緣帶寬度 + 右側(cè)路緣帶寬度 ,m ;i為路面超高橫坡度 , % ;i為路拱橫坡度 , % ;p 為外側(cè)車道的超高漸變率 ,即旋轉(zhuǎn)軸與右

9、側(cè)路緣帶外側(cè)邊緣之間的相對坡度 (p 1/ 330) 。因?yàn)閮?nèi)側(cè)車道超高緩和段的長度與外側(cè)車道的相等 (也為 Lc) ,故內(nèi)側(cè)車道的超高漸變率為2. 3. 3 各斷面超高值的計(jì)算如下圖 3 ,由于 斷面分別處于內(nèi)側(cè)車道超高段及其過渡段上的旋轉(zhuǎn)軸上 ,故斷面 的超高值均為 0 。對于 斷面 ,內(nèi)側(cè)車道僅增大橫坡度 ,其坡向不發(fā)生變化(特殊地 , Ib= il時(shí)橫坡度也不需要發(fā)生變化) 。根據(jù)規(guī)范規(guī)定 ,在超高過渡段全長范圍內(nèi) ,內(nèi)側(cè)車道右路緣帶外側(cè)邊p= B (ib - il) / Lc圖 3 斷面位置及超高橫斷面示意圖圖 4 斷面 超高示意圖2. 3. 2 確定臨界長度(2)緣將以均勻降低的方

10、式進(jìn)行變化 (即呈直線變化) ,其超高漸變率為 p按(2) 式計(jì)算 ,如圖 4 所示 。圖中 x 為超高緩和段上任意一點(diǎn)距起始斷面的距離 。Lc長度范圍內(nèi)任意一點(diǎn)的超高值為 :hx = - Bil- (Bib - Bil) x/ Lc= - Bil + (ib - il ) x/ Lc(4)對于 斷面 ,外側(cè)車道在超高過渡中會(huì)出現(xiàn)臨界斷面(該斷面橫坡度為 0) ,同樣根據(jù)規(guī)范規(guī)定 ,在超高過渡段全長范圍內(nèi) ,外側(cè)車道右路緣帶外側(cè)邊緣也將以均勻升高的方圖 5 斷面 超高示意圖式進(jìn)行超高 。如圖 5 所示 。Lc長度范圍內(nèi)在任意一點(diǎn)的超高值為外側(cè)車道臨界斷面距超高緩和段起點(diǎn)的距離被稱為臨hx= (

11、Lk- x) Bil/ Lkx Lkhx = (x - Lk) Bib/ (Lc - Lk)x > L k31© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.遼 寧 省 交 通 高 等 專 科 學(xué) 校 學(xué) 報(bào)2004 年3 加寬設(shè)計(jì)汽車在平曲線上行駛時(shí) ,因?yàn)槊總€(gè)車輪沿著各自獨(dú)立的軌跡運(yùn)動(dòng) ,汽車在路上占據(jù)的寬度比直線段大 ,因此曲線段路面必須加寬 。3. 1 計(jì)算加寬寬度3. 1. 1 路面加寬值計(jì)算圖 6 平曲線上的路面加寬如圖 6 所示 。圖中 R 為平曲線半徑 ;L為汽車后

12、軸至車身前邊緣的長度 ,解放牌載重汽車可取為 5m ; b 為一個(gè)車道的寬度 ;e 為雙車道路面的加寬值 。由三角形 COD ,得出下列關(guān)系 :Lo2 + ( R - e1)2= R2e1= R - ( R2- Lo2)0. 5Lo= Rsine1= R (1 - cos) = 2Rsin2/ 2 = Lo2 / 2Re = 2 e1= Lo2/ R由于加寬還與車速有關(guān) ,需考慮由于車速而產(chǎn)生的汽車擺動(dòng)寬度值 0. 1V/ R0. 5,故加寬值計(jì)算公式為 :e = Lo2/ R + 0.1V/ R0. 5圖 7在圓曲線范圍內(nèi)加寬為不變的全加寬值 ,兩端設(shè)置加寬緩和段 ,其加寬值由直線段加寬為零

13、逐漸按比例增加到圓曲線起點(diǎn)處的全加寬值 。此時(shí)在加寬緩和段兩端點(diǎn)處形成折點(diǎn) ,路容較差 。為了消除此折點(diǎn)使線形圓順 ,可采用下述插入曲線的連接方式 (如圖 7) ,即使緩和段路面加寬的邊緣線AC 與圓曲線段路面加寬后的邊緣弧線切于 D 點(diǎn) 。由 A 到B 的長度是規(guī)定的緩和段長度 。為使路面加寬邊緣順適 ,必須先求得 l 長度(即 CD) ,然后由 B 點(diǎn)順垂直方向量出 BC 而定出 C 點(diǎn) (BC = Ke) ,于是延長 AC 線并截出 l 長度 ,就得到D 點(diǎn)的位置 。L 和 K 的數(shù)值可近似地由下式計(jì)算l = KRe/ lj式中 : R -圓曲線半徑 ,mlj-規(guī)定的加寬緩和段長度 ,m

14、e -路面的寬值 ,mK -修正系數(shù) (圖 7 中 , K = BC/ B E)3. 2. 2 路基加寬彎道部分按規(guī)定加寬路面后 ,如路肩寬度不足 ,則應(yīng)加寬路基 ,以保持所要求的路肩最小寬度 。路基加寬值為 :BJ= e - (- )式中 :e -路面加寬值-直線段路肩寬度-彎道部分規(guī)定路肩最小寬度在加寬緩和段上 ,路面和路基的逐漸加寬按正比例增加(如圖 8) ,在距離緩和段起點(diǎn)x 處 ,路面 、路基加寬值 ( bjx、BJ X)為 :ex = xe/ lj ;BJ X = xBJ/ lj ;式中 :lj-加寬緩和段長度 ,與超高緩和段長度或緩和曲線長度相等 ,如不設(shè)置緩和曲線及超高 ,則應(yīng)

15、不小于 10m ;e 、BJ意義同前 。在不設(shè)緩和曲線的彎道上 ,按圖 8 所示加寬方式加寬 ,曲線起終點(diǎn)路面內(nèi)側(cè)邊緣有較突出的轉(zhuǎn)折 ,小半徑的彎道尤為顯著 。因此 ,在設(shè)計(jì)位于此處的擋土墻和有關(guān)結(jié)構(gòu)物時(shí) ,應(yīng)按下述方法消除轉(zhuǎn)折 。圖 8加寬緩和段長度與超高緩和段 、緩和曲線長度應(yīng)相一致 ,并選取大者作為統(tǒng)一的設(shè)計(jì)值 。當(dāng)不設(shè)置超高及緩和曲線而僅設(shè)加寬緩和段時(shí)其長度 lj應(yīng)不小于 10m。The Calculation Method of Freeway Superelevation and Broadenning DesignWang Gongli Yao Li Wang ZhenjunAbstractAccording to t he mode and process of t he freeway superelevation and broadenning and t he calculation. Met hod of t he two- lane pavement superelevation and broadenning design ,