第 6 卷 第 3 期 2 0 0 4 年 9 月
辽 宁 省 交 通 高 等 专 科 学 校 学 报
J OU RNAL OF L IAON IN G PROV INCIAL COLL EGE OF COMMUN ICA TIONS
Vol. 6 No . 3 Sep . 2 0 0 4
文章编号 :1008 - 3812 (2004) 03 - 0030 - 03
高速公路超高与加宽设计计算方法
王功礼1
姚 丽2
翁振军1
(1. 辽宁省高速公路管理局 ,辽宁沈阳 ,110003 ;2. 辽宁省交通高等专科学校 ,辽宁沈阳 ,110122)
摘 要 本文通过以两车道为主的高速公路超高和加宽的设计方法的实践 ,建立了一种简便的超高与加宽 的计算模型 ,并介绍其计算方法 。
关键词 高速公路 超高 加宽 计算方法
中图分类号 :U412 文献标识码 :B
1 前言
在现代公路设计中 ,不同等级公路的超高和加宽设计计 算方法不尽相同 ,虽然基本原理比较相似 ,但计算方法复杂 、 繁琐 。近几年来 ,我们在辽宁省丹本高速公路 ( 山区高速公
表 1
地形 平原微丘 重丘
计算行车速度( km/ h)
120 100 80 60
不设超高最小半径( m)
5500 4000 2500 1500
路) 的施工和管理过程中 ,仔细分析了设计方案及施工工艺 , 山岭 总结一套简易而实用的超高和加宽设计方案 。此方案更适
用一般平原高速公路 (四车道) 及一至四级普通公路建设 。 2. 2 超高的形成 2 超高设计 2. 2. 1 高速公路的路基的基本构成
2. 1 超高的作用及设计条件 高速公路路基横断面组成的示意图如图 1 。 2. 1. 1 超高的作用 2. 2. 2 超高缓和段的形成
超高是将公路曲线部分的路面设计成向曲线内侧倾斜 2. 2. 2. 1 绕中间带的中心线旋转 的单向横坡 ,使得汽车在曲线上行驶时能够获取一个指向曲 线内侧的横向分力 ,以克服或削弱离心力对行车的影响 。 2. 1. 2 超高设置条件
《公路工程技术标准》规定 ,当平曲线半径小于不设超高
先将外侧行车道绕中间带的中心线旋转 ,与内侧行车道 构成单向横坡后 ,整个断面再一同绕中心线旋转 ,直至达到 超高横坡度值 。如图 2 (1) 所示 。该种超高过渡方式适用于 中间带宽度小于或等于 4. 5m 的公路 。 2. 2. 2. 2 绕中央分隔带的边缘旋转
将两侧的行车道分别绕中央分隔带边缘旋转 ,使之各自 成为独立的单向超高断面 ,此时中央分隔带维持原水平状态 不发生变化 。如图 2 (2) 所示 。各种中间带宽度的公路均可 采用该种超高过渡方式 。
2. 2. 2. 3 绕各自行车道的中心线旋转
将两侧的行车道分别绕各自的中心线旋转 ,使之成为独
的半径时 ,应在曲线上设置超高 。其超高横坡度可由下式求 得 :
ib = V2/ 127R - μ V —行车速度 R —平曲线半径 μ—横向力系数
不设超高的圆曲线最小半径见表 1 。 收稿日期 :2004 - 04 - 10 同迎来一个更加辉煌的前景 。 参考文献
[ 1 ]桥梁和结构工程学会 2001 年桥梁学术讨论会论文集. 人民交通
立的单向超高断面 ,此时中央分隔带的两边分别升高或降低 而成为倾斜的横向断面 。如图 2 (3) 所示 。该种超高过渡方 出版社 ,2001
[ 2 ]范立础. 桥梁工程. 人民交通出版社 ,2001 [ 3 ]李国濠. 桥梁漫笔. 人民交通出版社 ,1996
[ 4 ]龙驭球 ,包世华. 结构力学教程. 高等教育出版社 ,2000
The General State of t he Develop ment and Prospect of Bridge St ruct ures
Yu Zhongtao
〔Abstract〕The paper introduced t he bridge developing actuality and t he essential features of t he bridge structures and technique level in t he recent years at home and abroad. Then , comments on t he trends for future develop ment of t he bridge structures are pointed out .
〔Keywords〕Bridge structures ; Develop ment ; Present situation ; Prospect
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Zhu Fangfang
第 3 期
图 1 高速公路路基横断面组成示意图
观 ,因而在使用时均有一定的局限性 ,图 2 (2) 所示超高过渡 式适用于车道数大于 4 条的公路 。
2. 3 超高的设计计算方法 方式 (绕中央分隔带边缘旋转) 具有较强的通用性 ,在此仅对
该方式进行探讨和研究 。 图 2 (1) 和图 2 ( 3) 所示两种超高过渡方式在超高过 程
中 ,其中央分隔带及路缘石会产生不同程度的变形 ,影响美
图 2
界距离 ,用 Lk表示 。内侧车道超高中不会出现临界断面 。
2. 3. 1 确定超高缓和段的最小长度 由 Lk= Bil/ p 和式 (1) 可以推出 :
外侧车道超高缓和段最小长度为 :
Lc= B (ib+ il) / p
车道宽度 + 左侧路缘带宽度 + 右侧路缘带宽度 ,m ;ib为路面 超高横坡度 , % ;il为路拱横坡度 , % ;p 为外侧车道的超高渐
王功礼等 :高速公路超高与加宽设计计算方法
(1) Lk= ilLc/ (il+ ib)
2. 3. 3 各断面超高值的计算
(3)
式中 B 为旋转轴至右侧路缘带外侧边缘的宽度 ,即行
变率 ,即旋转轴与右侧路缘带外侧边缘之间的相对坡度 (p ≥ 1/ 330) 。因为内侧车道超高缓和段的长度与外侧车道的相 等 (也为 Lc) ,故内侧车道的超高渐变率为
p′= B (ib - il) / Lc
图 3 断面位置及超高横断面示意图
如下图 3 ,由于 ①②断面分别处于内侧车道超高段及其 过渡段上的旋转轴上 ,故断面 ①②的超高值均为 0 。
对于 ③断面 ,内侧车道仅增大横坡度 ,其坡向不发生变 化(特殊地 , Ib= il时横坡度也不需要发生变化) 。根据规范 规定 ,在超高过渡段全长范围内 ,内侧车道右路缘带外侧边 缘将以均匀降低的方式进行变化 (即呈直线变化) ,其超高渐 变率为 p′按(2) 式计算 ,如图 4 所示 。图中 x 为超高缓和段 上任意一点距起始断面的距离 。Lc长度范围内任意一点的 超高值为 :
hx = - Bil - (Bib - Bil) x/ Lc= - B[il + (ib - il ) x/ Lc]
(4)
对于 ④断面 ,外侧车道在超高过渡中会出现临界断面 (该断面横坡度为 0) ,同样根据规范规定 ,在超高过渡段全 长范围内 ,外侧车道右路缘带外侧边缘也将以均匀升高的方
图 5 断面 ④超高示意图
(2)
图 4 断面 ③超高示意图
式进行超高 。如图 5 所示 。
Lc长度范围内在任意一点的超高值为 hx= (Lk- x) Bil/ Lkx ≤Lk
hx = (x - Lk) Bib/ (Lc - Lk)x > L k
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2. 3. 2 确定临界长度
外侧车道临界断面距超高缓和段起点的距离被称为临
辽 宁 省 交 通 高 等 专 科 学 校 学 报 2004 年
3 加宽设计 须先求得 l 长度(即 CD) ,然后由 B 点顺垂直方向量出 BC 而
汽车在平曲线上行驶时 ,因为每个车轮沿着各自独立的 定出 C 点 (BC = K・e) ,于是延长 AC 线并截出 l 长度 ,就得到 轨迹运动 ,汽车在路上占据的宽度比直线段大 ,因此曲线段 路面必须加宽 。 3. 1 计算加宽宽度
3. 1. 1 路面加宽值计算
图 6 平曲线上的路面加宽
如图 6 所示 。图中 R 为平曲线半径 ;Lo为汽车后轴至车
D 点的位置 。L 和 K 的数值可近似地由下式计算
l = K・R・e/ lj
式中 : R - 圆曲线半径 ,m
lj- 规定的加宽缓和段长度 ,m e - 路面的宽值 ,m
K - 修正系数 (图 7 中 , K = BC/ B E) 3. 2. 2 路基加宽
弯道部分按规定加宽路面后 ,如路肩宽度不足 ,则应加
宽路基 ,以保持所要求的路肩最小宽度 。路基加宽值为 :
BJ= e - (α- α′) 式中 :e - 路面加宽值
α- 直线段路肩宽度
α- 弯道部分规定路肩最小宽度
在加宽缓和段上 ,路面和路基的逐渐加宽按正比例增加
身前边缘的长度 ,解放牌载重汽车可取为 5m ; b 为一个车道 的宽度 ;e 为双车道路面的加宽值 。
由三角形 COD ,得出下列关系 :
Lo2 + ( R - e1)= R
2
2
(如图 8) ,在距离缓和段起点 x 处 ,路面 、路基加宽值 ( bjx、 BJ X)为 :
ex = x・e/ lj ; BJ X = x・BJ/ lj ;
式中 :lj - 加宽缓和段长度 ,与超高缓和段长度或缓和曲 线长度相等 ,如不设置缓和曲线及超高 ,则应不小于 10m ; e 、BJ意义同前 。
在不设缓和曲线的弯道上 ,按图 8 所示加宽方式加宽 , 曲线起终点路面内侧边缘有较突出的转折 ,小半径的弯道尤 为显著 。因此 ,在设计位于此处的挡土墙和有关结构物时 , 应按下述方法消除转折 。
图 8
∴e1= R - ( R- Lo2)0. 5 Lo= Rsinθ
2
∴e1= R (1 - cosθ) = 2Rsin2θ/ 2 = Lo2 / 2R
∴e = 2 e1= Lo2/ R
由于加宽还与车速有关 ,需考虑由于车速而产生的汽车 摆动宽度值 0. 1V/ R0. 5,故加宽值计算公式为 :e = Lo2/ R + 0. 1V/ R0. 5
图 7
在圆曲线范围内加宽为不变的全加宽值 ,两端设置加宽 缓和段 ,其加宽值由直线段加宽为零逐渐按比例增加到圆曲 线起点处的全加宽值 。此时在加宽缓和段两端点处形成折 点 ,路容较差 。为了消除此折点使线形圆顺 ,可采用下述插 入曲线的连接方式 (如图 7) ,即使缓和段路面加宽的边缘线
AC 与圆曲线段路面加宽后的边缘弧线切于 D 点 。由 A 到
加宽缓和段长度与超高缓和段 、缓和曲线长度应相一 致 ,并选取大者作为统一的设计值 。当不设置超高及缓和曲 线而仅设加宽缓和段时其长度 lj应不小于 10m。
B 的长度是规定的缓和段长度 。为使路面加宽边缘顺适 ,必
The Calculation Method of Freeway Superelevation and Broadenning Design
Wang Gongli Yao Li Wang Zhenjun
〔Abstract〕According 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 ,t his article establishes a superelevation and broadenning design mode and its
calculation met hod.
〔Keywords〕freeway ; superelevation ; broadenning ; calculation met hod
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