探討公路緩和曲線的設(shè)計(jì)

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(貴州省凱里公路管理局)

1 緩和曲線及其作用

1.1 緩和曲線

在公路中，如果汽車從直線進(jìn)入到圓曲線，那么行車司機(jī)就會(huì)對(duì)前輪的轉(zhuǎn)向角進(jìn)行逐漸的改變，使得它能夠?qū)ο鄳?yīng)半徑的圓曲線進(jìn)行適應(yīng)。車在行駛過程中，其行駛曲率半徑產(chǎn)生會(huì)不斷的變化，通常我們將這個(gè)曲率半徑發(fā)生變化的路段稱為緩和曲線段。

1.2 緩和曲線的設(shè)置作用

車輛在行駛過程中，行駛曲率產(chǎn)生著不斷的變化，這一變化可以保證車輛能夠適應(yīng)其轉(zhuǎn)向操作的行駛軌跡，同時(shí)還能夠保證車輛在比較舒適和通暢的路線上行駛。設(shè)置緩和曲線，在緩和行車的方向，發(fā)生的突然的變化以及離心力的突然增加，可以成為緩和超高變化的過渡段，這樣可以使得行車可以從直接段安全并且快速的進(jìn)入到彎道中。通?？梢詫⒕徍颓€的作用歸納為以下幾點(diǎn)。

(1)行車曲率產(chǎn)生不斷的變化，保證車輛行駛安全

在公路上行駛的車輛，不管它的速度是多少，在發(fā)生轉(zhuǎn)彎的時(shí)候都會(huì)存在一條曲率不斷產(chǎn)生變化的軌跡線。但是這條軌跡線的長度以及形式會(huì)隨著行車的速度、曲率的半徑以及駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的不同而產(chǎn)生不斷變化的、如果車輛在速度比較低的情況下行駛，那么駕駛員可以對(duì)路面的富余寬度進(jìn)行利用，使得行車可以在車道范圍內(nèi)行駛，所以在這種情況下可以不需要進(jìn)行緩和曲線的設(shè)置。但是如果車輛在速度比較高的情況下行駛，那么行車超過車道范圍行駛的可能性非常大。那么在這種情況下為了安全，就必須進(jìn)行緩和曲線的設(shè)置，可以保證駕駛?cè)藛T能夠根據(jù)設(shè)置的路線行駛，使得行車避免侵入別的車道，保證了行車安全。

(2)緩和不斷產(chǎn)生變化的離心加速，使得行車人員產(chǎn)生舒適感

行車從直線行駛到圓曲線中，或者是從圓曲線行駛到直線中，在直線和圓曲線之間可以設(shè)置一條過度曲線，這樣可以對(duì)離心加速度的變化進(jìn)行緩和，使得行車人員感覺比較舒適。

(3)行車中超高橫坡坡率產(chǎn)生不斷變化，設(shè)置緩和曲線可以保證行車更加平穩(wěn)的行駛

行車過程中，當(dāng)車輛需要從直線上的雙坡斷面過渡到圓曲線上的單坡斷面時(shí)，如果車輛行駛的速度比較快，那么車輛就會(huì)發(fā)生非常激烈的搖晃。如果設(shè)置一條緩和曲線，那么就可以對(duì)車輛的劇烈搖晃進(jìn)行有效的緩解和避免，可以保證車輛更加平穩(wěn)和安全的行駛。

(4)緩和曲線可以與圓曲線良好的配合，保證公路線形更加優(yōu)美

直線與圓曲線連接，如果連接的部位曲率發(fā)生變化比較大，那么從視覺上來說會(huì)產(chǎn)生不平順的感覺。這時(shí)進(jìn)行緩和曲線的設(shè)置，可以保證公路平面線形更加的連續(xù)，更加的平順，提高公路平面線形的優(yōu)美性。

2 緩和曲線的設(shè)計(jì)

2.1 緩和曲線長度

在公路平面線形設(shè)計(jì)中，如果需要設(shè)置緩和曲線，那么必須要對(duì)緩和曲線的長度進(jìn)行保證，只有具備足夠的長度，才能夠保證駕駛員在行車中能夠從容的轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，使得行車人員感覺到比較舒適和美觀。在對(duì)緩和曲線長度的設(shè)置中，主要對(duì)下面三個(gè)方面的因素進(jìn)行綜合考慮。

(1)保證行車人員可以感覺到舒適、順暢和美觀

行車在緩和曲線上行駛時(shí)，車輛的離心加速度(a)會(huì)根據(jù)緩和曲線曲率的變化也產(chǎn)生著不斷的變化，如果緩和曲線的曲率變化比較快，那么就會(huì)導(dǎo)致行車人員產(chǎn)生不舒服的感覺。

離心加速度的變化率

緩和曲線最小長度公式

式中:V 為汽車行駛速度，(km/h);R 為圓曲線半徑，m;αs為離心加速度的變化率，(m/s3)。

在對(duì)緩和曲線進(jìn)行設(shè)置的過程中，一般運(yùn)用0.6 m/s3，并以V(km/h)代替v(m/s)，則

在對(duì)緩和曲線的設(shè)置過程中，必須要以實(shí)際情況為依據(jù)，對(duì)離心加速度進(jìn)行不同的選擇。如果車輛高速運(yùn)行，那么選擇的離心加速度應(yīng)該要相對(duì)小一些，如果車輛行駛速度慢一些，那么選擇的離心加速度相對(duì)要大一些。對(duì)于平原城市道路來說，離心加速度應(yīng)該選擇的比較小;對(duì)于山區(qū)道路，離心加速度要大一些;對(duì)于直線行車段，離心加速度要相對(duì)小;對(duì)于交叉路口那么應(yīng)該選擇較大的離心加速度。

(2)按視覺條件計(jì)算

從回旋線的特性得知R·L =C'，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可以得知，如果C' =R2/9～R2，那么就可以使得道路平面線形更加的順通和協(xié)調(diào)，因而設(shè)置的緩和曲線的長度如下:

L=R/9～R

通常來說，緩和曲線應(yīng)該運(yùn)用比較大的數(shù)值，通常是5的倍數(shù)。

(3)行駛時(shí)間不過短

不管緩和曲線的參數(shù)是多少，都嚴(yán)禁行車在緩和曲線上行駛的時(shí)間比較短，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致駕駛員在操作的過程中比較匆忙。通常來說，行車在緩和曲線上的行駛時(shí)間應(yīng)該最少有3 s，因而

2.2 緩和曲線的省略

在公路平面線形設(shè)計(jì)中，并不是任何情況下都要設(shè)置緩和曲線的，根據(jù)相關(guān)規(guī)定和要求可知，在以下幾種情況下不需要進(jìn)行緩和曲線的設(shè)置:一是行車的速度低于40 km/h，那么這種情況下可以運(yùn)用直線來對(duì)緩和曲線進(jìn)行替代;二是在圓曲線半徑大于表1 中不設(shè)置緩和曲線的最小圓曲線半徑時(shí)，直線與圓曲線的連接可以運(yùn)用直線進(jìn)行連接;三是如果道路等級(jí)為四級(jí)，可以不進(jìn)行緩和曲線的設(shè)置。未設(shè)置緩和曲線的最小圓曲線半徑見表1。

表1 不設(shè)置緩和曲線的最小圓曲線半徑

3 案例分析

3.1 工程概況

貴州至遵義公路夏云鄉(xiāng)段地處貴州省平壩縣的東面，屬于典型的喀斯特地貌。根據(jù)相關(guān)調(diào)查得知，該公路段地處山嶺重丘區(qū)，地形相對(duì)來說比較復(fù)雜，并且新建公路的工程量比較大，耗資也比較大，根據(jù)相關(guān)規(guī)定和要求，該公路采用一級(jí)公路，并且根據(jù)沿線的地形情況，設(shè)計(jì)車速為60 km/h。

3.2 緩和曲線

根據(jù)上述工程概況可得知該公路采用一級(jí)公路進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)相關(guān)規(guī)定一級(jí)要求，如果直線段和半徑小于不設(shè)置超高的最小半徑的圓曲線相連接，那么需要設(shè)置緩和曲線對(duì)其進(jìn)行連接。根據(jù)公路工程相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，本工程緩和曲線采用的是回旋線，相關(guān)公式如下

r1=A2

式中:r 為回旋線上某點(diǎn)的曲線半徑，m;l 為回旋線上某點(diǎn)的到原點(diǎn)的曲線長度，m;A 為回旋線參數(shù)。

根據(jù)是上文得知緩和曲線只有具備足夠的長度，才能夠保證行車駕駛?cè)藛T感覺比較舒適，并且保證平面線形的流暢以及美觀，同時(shí)保證在緩和曲線之內(nèi)圓曲線上的超高以及加寬的過渡也能夠完成。因而，必須要對(duì)緩和曲線的長度進(jìn)行合理的確定。上文得知主要從三個(gè)方面確定緩和曲線的長度，即保證行車人員可以感覺到舒適、順暢和美觀、按視覺條件計(jì)算以及行駛時(shí)間不過短。根據(jù)第一個(gè)條件公式計(jì)算得出，最小緩和曲線長度為19.4 m;根據(jù)第二個(gè)條件公式計(jì)算得出，最小緩和曲線長度為90 m;根據(jù)第三個(gè)條件公式計(jì)算得出，最小緩和曲線長度為50 m。據(jù)此本設(shè)計(jì)緩和曲線最小值為50 m。

4 結(jié) 語

綜上所述，在公路平面線形設(shè)計(jì)中，緩和曲線是平面線形的要素之一，是平面線形設(shè)計(jì)的重要組成部分。緩和曲線對(duì)于保證乘客視線舒適、實(shí)現(xiàn)行車平穩(wěn)安全以及促進(jìn)線形美觀具有非常重要的作用。在公路緩和曲線設(shè)計(jì)中，必須根據(jù)工程情況，從旅客感覺舒適、超高漸變率適中、行駛時(shí)間不過短三個(gè)方面進(jìn)行考慮，從而保證緩和曲線設(shè)計(jì)的合理性。

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