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道路工程
1.7.2.4.3 三、缓和曲线的长度及参数
三、缓和曲线的长度及参数

(一)缓和曲线的最小长度

由于车辆要在缓和曲线上完成不同曲率的过渡行驶,所以要求缓和曲线有足够的长度,以使司机能从容地打方向盘,乘客感觉舒适,线形美观流畅,圆曲线上的超高和加宽的过渡也能在缓和曲线内完成。所以,应规定缓和曲线的最小长度。可从以下几方面考虑。

1.旅客感觉舒适

汽车行驶在缓和曲线上,其离心加速度将随着缓和曲线曲率的变化而变化,若变化过快,将会使旅客有不舒适的感觉。

离心加速度的变化率为

式中 v——汽车行驶速度,m/s;

   R——圆曲线半径,m;

   a——离心加速度,m/s2

   t——汽车在缓和曲线上的行驶时间,s。

在等速行驶的情况下:

于是

式中 v——汽车行驶速度,km/h。

按式(4-41)可推出缓和曲线的最小长度公式为

选定能保证舒适的最大as,则可得出在一定车速和一定半径下的最短缓和曲线长度。我们称as为“缓和系数”,采用值各国不一致。缓和曲线的设置铁路比公路早。铁路上采用as≤0.3m/s3,公路上参考这一规定取as≤0.6m/s2。于是缓和曲线的最小长度为

设计中可根据实际情况选用不同的as值。高速公路要小一些,低速路大些;平原区要小些,山岭区大些;直通路要小些,交叉口大些。

2.超高渐变率适中

由于在缓和曲线上设有超高缓和段,如果缓和段太短则会因路面急剧地有双坡变为单坡而形成一种扭曲的面,对行车不利。

在超高过渡段上,路面外侧逐渐抬高,从而形成一个“附加坡度”,当圆曲线上的超高值一定时,这个附加坡度就取决于缓和曲段长。附加坡度,或称超高渐变率,太大或太小都不好,太大对行车不利,太小对排水不利。《规范》规定了适中的超高渐变率,由此可导出缓和曲线最小长度公式为

式中 B——旋转轴至行车道(设路缘带时为路缘带)外侧边缘的宽度,m;

   Δi——超高坡度与路拱坡度的代数差,%;

   p——超高渐变率,即旋转轴至行车道外侧边缘线之间的相对坡度。

3.行驶时间不过短

缓和曲线不管其参数如何,都不可使车辆在其上的行驶时间过短而使司机操作匆忙。一般认为汽车在缓和曲线上的行驶时间至少有3s,于是

考虑了上述影响缓和曲线长度的各因素,《规范》规定了各级公路缓和曲线的最小长度,见表4-10;《城规》制定了城市道路的最小缓和曲线长度,见表4-11。

(二)回旋线参数的确定

上面讨论的缓和曲线长度,是在条件受限制时的最小长度。在一般情况下,特别是当回曲线半径较大、车速较高时,应该使用更长的缓和曲线。而现代道路的缓和曲线广泛使用的是回旋线,回旋线的基本公式是以参数形式表达的(RLs=A2)。对其参数的最小允许值应作出规定。

表4-10 各级公路缓和曲线最小长度

注 四级公路为超高、加宽缓和段长度。

表4-11 城市道路缓和曲线最小长度

若按离心加速度的变化率来确定回旋线的最小参数,则由式(4-47)可得

因此

限定离心加速度的变化率as,则可按式(4-52)求出最小参数Amin

若按车辆在缓和曲线上的行驶时间不过短、超高变化率适中等条件,同样可以得出回旋线的最小参数。

具体到一个弯道的A值应该根据线形顺适与美观的要求,按圆曲线半径R的大小来确定。考察司机的视觉,当回旋曲线很短,其回旋线切线角(或称缓和曲线角)在3°左右时,曲线极不明显,在视觉上容易被忽略。但回旋线过长β大于29°时,圆曲线与回旋线不能很好协调。因此,从适宜的缓和曲线角β=3°~29°这一区间可以推导出合适的A值。因为

在回旋线终点,β=β0,将β0=3°和β0=29°代入式(4-53),则得

不过上述关系只适用R在某种范围之间。经验证明,当R在100m左右时,通常取A=R;如果R小于100m,则选择A等于R或大于R。反之,在圆曲线较大时,可选择A在R/3左右,如R超过了3000m,即使A小于R/3,在视觉上也没有问题。

(三)缓和曲线的省略

在直线和圆曲线之间设置缓和曲线后,圆曲线产生了内移值p,在缓和曲线长度Ls一定的情况下,p与圆曲线半径成反比,当R大到一定程度时,p值甚微,即使直线与圆曲线径相连接,汽车也能完成在缓和曲线的行驶,因为在路面的富余宽度中已经包含了这个内移值。所以《标准》规定,在下列情况下可不设回旋线:

(1)在直线与圆曲线间,当圆曲线半径大于表4-12所列曲线半径时。

(2)半径不同的同向圆曲线间,当小圆半径大于或等于“不设超高的最小半径”时。

(3)小圆半径大于表4-12中所列半径,且符合下列条件之一时。

1)小圆曲线按规定设置相当于最小回旋线长的回旋线时,其大圆与小圆的内移值之差不超过0.10m。

2)计算行车速度不小于80km/h时,大圆半径(R1)与小圆半径(R2)之比小于1.5。

3)计算行车速度小于80km/h时,大圆半径(R1)与小圆半径(R2)之比小于2。

《城规》所规定的不设缓和曲线的最小圆曲线半径见表4-13。

表4-12 不设缓和曲线的最小圆曲线半径

表4-13 城市道路不设缓和曲线的最小圆曲线半径