Лавров С.Е. Основы проектирования автомобильных дорог - файл n1.doc

Лавров С.Е. Основы проектирования автомобильных дорог
скачать (2023.5 kb.)
Доступные файлы (1):

2024kb.

02.11.2012 21:10

n1.doc

1 2 3

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Самарский государственный архитектурно-строительный университет»
Кафедра автомобильных дорог и строительных конструкций
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Методические указания к выполнению курсового проекта

Утверждены редакционно-издательским советом университета 21 января 2008 г.

Самара 2008

Составители: С.Е.Лавров, А.С.Лычев

УДК 625.72 (075.8)
Основы проектирования автомобильных дорог: методические указания к курсовому проекту / сост. С.Е.Лавров, А.С.Лычев

Самарск. гос. арх-строит. ун-т. Самара, 2008

Рецензенты:

д.т.н., проф. А.С.Лычев
Содержат характеристику природных условий района проложения дороги, определение категории дороги и основных технических нормативов, проектирование плана трассы, проектирование продольного профиля, типовые поперечные профили, деталь проекта, примеры сравнения вариантов, требования нормативных документов по оформлению проекта.

Методические указания предназначены для студентов 3-го и 4-го курсов специальности 291000 «Автомобильные дороги», а также могут быть использованы специалистами при проектировании и ремонте автомобильных дорог и аспирантами соответствующей специальности.

Учебное издание

Редактор	Г.Ф.Коноплина
Технический редактор	А.И.Непогодина
Корректор	Е.М.Фоменкова

Подписано в печать Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Печать оперативная

Уч.-изд.л., Усл.печ.л Тираж 100 экз.

Заказ №

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

443001 Самара, ул.Молодогвардейская, 194
Самарский государственный архитектурно-строительный университет, 2008

1 Задание и состав проекта
1.1 Исходные данные:

-топографическая карта местности масштаба 1:10000 с сечением горизонталей через 2,5 м;

-район проложения трассы дороги;

-грунтовые условия;

-расположение уровня грунтовых вод;

-перспективная интенсивность движения.

1.2 Содержание пояснительной записки:

-характеристика природных условий района проложения дороги;

-определение категории дороги и основных технических нормативов;

-проектирование плана трассы;

-проектирование продольного профиля;

-типовые поперечные профили;

-деталь проекта;

-сравнение вариантов.

1.3 Перечень графического материала:

-план вариантов трассы на топографической карте;

-продольный профиль;

-типовые поперечные профили земляного полотна;

-деталь проекта.

1.4 Требования по оформлению проекта:

-пояснительная записка и чертежи должны быть оформлены в соответствии с требованиями СПДС и ЕСКД;

-план трассы выполняется на топографической карте. Выбранный вариант отмечается красным цветом, остальные – черным;

-продольные профили выполняются на миллиметровой бумаге с нумерацией вариантов вверху листа.
2 Характеристика природных условий района проложения дороги
Характеристика природных условий включает в себя сведения:

-о климатических условиях (годовое количество осадков, среднемесячные и экстремальные значения температур, преимущественные направления ветра зимой и летом, глубина промерзания грунтов, высота снежного покрова);

-о рельефе местности (по топографической карте);

-о геологических условиях (виды грунтов и возможность их использования для устройства земляного полотна, склонность к пучинообразованию, толщина растительного слоя);

-о принадлежности района проектирования дороги к той или иной дорожно-климатической зоне.
3 Определение категории дороги и основных технических нормативов
3.1 Техническая категория дороги определяется по таблице 1 [1] в зависимости от расчетной интенсивности движения.

3.2 Толщина дорожной одежды принимается без расчета для дорог I – II категорий – 0,8 м, III категории – 0,6 м, IV категории – 0,5 м.

3.3 Основные нормы проектирования устанавливаются по [1] и сводятся в таблицу 1.

Таблица 1

Наименование норматива	Ед. измерения	Величина норматива
Расчетная скорость	км/ч
Наименьший радиус кривой в плане:
- с устройством виража	м
- без устройства виража	м
Наибольший продольный уклон	%о
Расстояние видимости:
- для остановки	м
- встречного автомобиля	м
Наименьший радиус вертикальных кривых:
- выпуклых	м
- вогнутых	м
Число полос движения	шт.
Ширина полосы движения	м
Ширина проезжей части	м
Ширина земляного полотна	м
Уширение проезжей части на кривых	м

4 Проектирование плана трассы

4.1 Трассирование автомобильных дорог

с учетом принципов ландшафтного проектирования
Ландшафтом называют исторически сложившийся в результате действия природы и людей комплекс рельефа, водных поверхностей, растительности и застроек.

Под ландшафтным проектированием понимают проложение дороги, обеспечивающее удобство и безопасность движений по ней, плавность сопряжения между собой элементов трассы и гармоничное сочетание дороги с окружающим ландшафтом. Требованиям ландшафтного проектирования наиболее удачно отвечают клотоидные трассы.

В данной работе для проектирования плана трассы используются переходные кривые больших параметров в качестве самостоятельных дорожных закруглений, описанные по клотоиде, прямые вставки между которыми невелики или совершенно отсутствуют.

4.2 Уравнение клотоиды
Клотоида как математическая кривая представляет собой спираль, радиусы кривизны которой непрерывно изменяются от ? = ? в начальной точке, до ? = 0 в конце (в бесконечном удалении от начала).

Рисунок 1

В качестве переходной кривой или самостоятельного дорожного закругления применяется начальный участок клотоиды от ? = ? (точка отхода от начальной прямой, которую обычно называют главной касательной) до ? = R на расстоянии L от начала клотоиды.

Степень изменения кривизны клотоиды характеризует параметр

A = ? R * L ,

где R– радиус кривизны конца рассматриваемого отрезка клотоиды длиной L;

L – длина отрезка клотоиды от ее начала до данной точки на ней, где радиус кривизны ? = R.
4.3 Закругления в виде двух сопряженных клотоид
При проектировании клотоидной трассы должно быть выдержано определенное соотношение между радиусом кривизны конца клотоиды R и ее длиной L, чтобы нарастание центробежного ускорения было не более определенной нормативной величины (0,5-0,6 м/с³).

При назначении радиуса R исходят из категории проектируемой дороги, чтобы обеспечить расчетную скорость движения автомобилей.

В зависимости от расчетных скоростей минимальные значения параметра А = ? R * L.

Таблица 2

Категория	V	IV	III	II
Расчетная скорость, км/ч	60	80	100	120	140
Минимальное значение А	100	150	200	350	500

Для удобства пользования это соотношение выражено графически на совмещенной номограмме с некоторым расширением пределов расчетных скоростей.

Рисунок 2

В номограмме приведена минимально допустимая для данного радиуса длина переходной кривой, соответствующие скорости движения автомобиля, а также величина нарастания центробежного ускорения.

Необходимо задаваться такими значениями R и L, чтобы точка Т пересечения координат была не ниже линии J=0,5-0,6 м/с³ или по заданной величине V определяем параметр А (точка S).
4.4 Основные элементы клотоидной кривой

Рисунок 3

Закругление, состоящее из двух ветвей сопряженных клотоид, называется биклотоида.

? – угол поворота трассы, ? = 2 * ?;

? – угол клотоиды;

А – параметр клотоиды;

Т – тангенс клотоидной кривой (биклотоиды);

К – длина биклотоиды;

Д – домер;

Б – биссектриса;

L – длина клотоиды;

Т_Д – длинный тангенс клотоиды;

Т_К – короткий тангенс клотоиды;

Б_кл – биссектриса клотоиды;

S_Б – расстояние от начала координат до ее биссектрисы;

координаты конца клотоиды: X_К – абцисса, Y_К – ордината.

Если ?₁= ?₂, и соответственноТ₁ = Т₂; Т_К1 = Т_К2; Т_Д1 = Т_Д2; L ₁ = L₂,то клотоида симметричная. Если элементы не равны – клотоида несимметричная.
4.5 Симметричная биклотоида

Рисунок 4

Разбивка симметричной биклотоиды с помощью таблицы [2] не представляет сложности. Элементы клотоидной кривой в таблице [2] приведены для R = 100 м.

При трассировании часто известны угол поворота ? и длина тангенса.

Пример 1. Дано: ? = 43⁰ 30^/ , Т_дан = 175 м.

Надо определить элементы закругления.

Из таблицы I-а [2] в строке ? = 43⁰ 30^/ находим табличное значение Т_табл=78,629.

Определяем соотношение:

Т_дан / Т_табл = 175,0 / 78,629 = 2,226.

Выписываем из таблицы I-а [2] значения элементов клотоиды и умножаем их на найденный коэффициент.

R = 100 * 2,226 = 222,60 м;

К = 151,844 * 2,226 = 338,00 м;

L = 75,922 * 2,226 = 169,00 м;

А = 87,133 * 2,226 = 196,96 м;

Д = 2 * Т – К.

Параметр А должен быть не менее минимального для принятой расчетной скорости. В противном случае надо увеличивать Т_дан.

Если даны угол ? и биссектриса Б_дан , то также через соотношение

Б_дан / Б_табл находят коэффициент и затем его умножают на табличные значения всех элементов.

Зная пикетажное положение вершины угла, определяем местоположение главных точек закругления.

ПК ВУ №1 - Т = ПК НЗ

ПК НЗ + К = ПК КЗ

4.6 Несимметричная биклотоида

Рисунок 5

Условимся обозначать меньшие по величине тангенс и угол ?биклотоиды независимо от их расположения через индекс «1», а большие – через индекс «2», т.е. Т₂больше Т_1, ?₂больше ?_{1 ,}? = ?₁+?₂.

Если ?₁=?₂ биклотоида симметричная.

В случае, когда известны величины смежных углов биклотоиды ?₁ и ?₂ и расстояние между ними Д = Т_К1 + Т_К2,по таблице I-а [2] определяем Т^/ _К1 и Т^/ _К2;

- находим стыковой радиус

R_min=	100*Д	;
	Т^/ _К1 + Т^/ _К2

- выписываем из таблицы I-а [2] численные значения первой клотоиды и умножаем их на R_min/ 100;

-выписываем значения второй клотоиды и умножаем их на R_min/ 100;

-вычисляем домер Д = Т _Д1 +Т _К1 + Т _Д2 +Т _К2 - L ₁ - L ₂;

-определяем длину биклотоиды К = L ₁ + L ₂;

-находим

Z₁=	Sin ?₂	* (Т _К1 + Т _К2);
	Sin ?

Т₁=	Т _Д1 +	Sin ?₂	* (Т _К1 + Т _К2);
		Sin ?

Т₂=	Т _Д₂ +	Sin ?₁	* (Т _К1 + Т _К2).
		Sin ?

Зная пикетажное положение угла ?₁,определяем пикетажное положение основных точек закругления:

ПК угла ?₁ + Z₁ = ПК ВУ.

ПК угла ?₁ - Т _Д1 = ПК НЗ.

ПК НЗ + К = ПК КЗ.
Пример. Дано: ?₁ = 15⁰ 00^/ , ?₂ = 22⁰ 30^/ , Д = 80,0 м.

Требуется определить элементы этой несимметричной биклотоиды.

По табл. I-а [2] при ?₁ = 15⁰ 00^/ находим Т^/ _К1 = 17,568 м, Т^/ _Д1= 35,033 м,

L^/ ₁ = 52,360 м, А^/ ₁ = 72,360 м и т.д.

По таблице I-а [2] при ?₂ = 22⁰ 30^/ находим Т^/ _К2 = 26,571 м, Т^/ _Д2= 52,789 м,

L^/ ₂ = 78,540 м, А^/ ₂ = 87,623 м и т.д.
Определяем стыковой радиус:

R_min=	100*Д	=	100 * 80	= 181,25 м.
	Т^/ _К1 + Т^/ _К2		17,568+26,571

Определяем элементы первой клотоиды:

Т _К1 = Т^/ _К1 *	R	= 17,568 * 1,812 = 31,83 м.
	100

Т _Д1 = Т^/ _Д1 *	R	= 35,033 * 1,812 = 63,48 м.
	100

L ₁ = L^/ ₁ *	R	= 52,360 * 1,812 = 94,88 м.
	100

И т.д.

Элементы второй клотоиды:

Т _К2 = Т^/ _К2 *	R	= 26,571 * 1,812 = 48,15 м.
	100

Т _Д2 = Т^/ _Д2 *	R	= 52,789 * 1,812 = 95,65 м.
	100

L ₂ = L^/ ₂ *	R	= 78,540 * 1,812 = 142,31 м.
	100

И т.д.

Домер биклотоиды:

Д = Т _Д1 +Т _К1 + Т _Д2 +Т _К2 - L ₁ - L ₂ =

= 63,48 + 31,83 + 48,15 + 95,65 - 94,88 - 142,31 = 1,92 м.

Длина биклотоиды:

К = L ₁ + L ₂ = 94,88 + 142,31 = 237,19 м.

4.7 Сопряжение обратных симметричных биклотоид

Рисунок 6

Если известны углы поворота ?₁ и ?₂ , расстояние между ними ВД, а также Т₁ или Б₁ первой клотоиды, то вычисления производим следующим образом.

Пример. Дано: расстояние между вершинами углов BD = 427,14 м, Т₁= 175 м,

?₁ = 43⁰ 30^/ , ?₂ = 70⁰ 00^/.

Элементы первой биклотоиды берем из выше приведенного примера.

R₁ = 222,60 м.

К₁ = 338,00 м.

L₁ = 169,00 м.

А₁ = 196,96 м.

Д₁ = 2 * Т – К.

Определяем Т₂ = 427,14 - Т₁ = 427,14 – 175,00 = 252,14 м.

По таблице I-а [2] при ?₂ = 70⁰ 00^/ выписываем табличное значение

Т_табл = 134,653.

Находим отношение

Т_данное	=	252,14	= 1,872.
Т_табл		134,653

Умножив все элементы закругления на это отношение, получим численные значения второй биклотоиды:

R₂= 100 * 1,872 = 187,2 м.

L ₂ = 122,173 * 1,872 = 228,71 м.

А ₂ = 110,532 * 1,872 = 206,92 м и т.д.

Находим пикетажное положение основных точек закругления:

ПК ВУ №1 - Т₁ = ПК НЗ₁.

ПК НЗ₁ + К₁ = ПК КЗ₁.

ПК КЗ₁+Т₂ = ПК ВУ № 2.

ПК КЗ₁(что соответствует НЗ₂) + К₂ = ПК КЗ₂.
4.8 Сопряжение смежных односторонних симметричных биклотоид

Рисунок 7

Пример. При известных углах поворота ?₁ = 55⁰ 00^/ и ?₂ = 70⁰ 00^/, тангенсах первой биклотоиды Т₁ = Т₂ =100 м, и расстоянии между вершинами углов BD = 300 м, определяем параметры и основные элементы сопряженных биклотоид.

Т^/ ₁ = Т^/ ₂ = 300 – Т₁ = 300 – 100 = 200 м.

По таблице I-а [2] при ?₁ = 55⁰ 00^/ выписываем табличное значение тангенса

Т_табл = 101,569 м.

Находим отношение

Т_данное	=	100,00	= 0,984
Т_табл		101,569

и, умножив все табличные значения элементов на это отношение, находим искомые величины:

R₁= 100 * 0,984 = 98,4 м.

L ₁ = 95,993 * 0,984 = 94,46 м.

А ₁ = 97,976 * 0,984 = 96,41 м и т.д

Для определения элементов второй биклотоиды по таблице I-а [2] при ?₂ = 70⁰ 00^/ находим табличное значение тангенса Т_табл = 134,653 м.

Находим отношение

Т_данное	=	200,00	= 1,485
Т_табл		134,653

и, умножив все табличные значения элементов на это отношение, находим искомые величины:

R₂= 100 * 1,485 = 148,50 м.

L ₂ = 122,173 * 1,485 = 181,43 м.

А ₂ = 110,532 * 1,485 = 164,14 м и т.д.

Зная пикетажное положение ВУ № 1, вычисляем:

ПК ВУ №1 - Т₁= ПК НЗ₁.

ПК НЗ₁ + К₁ = ПК КЗ₁.

ПК КЗ₁+Т₂= ПК ВУ № 2.

ПК КЗ₁(что соответствует НЗ₂) + К₂ = ПК КЗ₂.
4.9 Сопряжение смежных односторонних несимметричных биклотоид

Рисунок 8

Пример. Дано: углы поворота первой и второй биклотоид ?₁ = 39⁰ 10^/ , ?₂ = 62⁰ 00^/ и их тангенсы Т₁ = 200 м, Т₂ = 290 м, Т₂^/ = 200 м. Расстояние между углами равно 410 м. Следовательно, Т₁^/ = 410 – 290 = 120 м.

Требуется определить параметры и элементы этих сопряженных биклотоид. Вычисления производим в следующей последовательности:

-определяем отношение тангенсов Т₂/ Т₁ = 290 / 200 = 1,45;

-по номограмме (приложение 5) и ?₁ = 39⁰ 10^/ находим ?₁ = 8⁰ 30^/;

-вычисляем ?₂ = ?₁ – ?₁ = 39⁰ 10^/ - 8⁰ 30^/ = 30⁰ 40^/ ;

-по таблице I-а [2] при ?₁ = 8⁰ 30^/ находим: Т_Д1 = 0,19803, Т_К1 = 0,09911.

-по таблице I-а [2] при ?₂ = 30⁰ 40^/ находим: Т_Д2 = 0,72466, Т_К2 = 0,36685 (табличные значения делим на 100);

-определяем sin ?₁ = 0,1478, sin ?₂ = 0,5100, sin ?₁ = 0,6316;

-рассчитываем стыковой радиус R_min биклотоиды по формуле:

R =	Т₁	=
	Т_Д1 + [(sin ?₂ / sin ?₁)* (Т_К1 + Т_К2 )]
=	200	= 348,3 = 348,0 м;
	0,19803+[(0,510 / 0,6316) * (0,0991+0,36685)]

-проверяем правильность определения по номограмме угла ?₁ , рассчитав тот же радиус по формуле:

R =	Т₂	=
	Т_Д2 + [(sin ?₁ / sin ?₁) * (Т_К1 + Т_К2 )]
=	290	= 347,85 = 348,0 м.
	0,72466+[(0,1478 / 0,6316)*(0,0991+0,36685)]

Как видим, радиус, определенный по двум формулам, получился одинаковым, следовательно, ?₁ определен правильно.

Зная R = 348 м и ?₁ = 8⁰ 30^/, таблице I-а [2] определяем табличные значения, которые умножаем на R / 100:

L₁ = 29,671*3,48 = 103,26 м.

А₁ = 54,471*3,48 = 189,56 м и т.д.

При R = 348 м и ?₂ = 30⁰ 40^/ по таблице I-а [2] аналогично определяем:

L₂ = 107,047*3,48 = 372,52 м.

А₂ = 103,463*3,48 = 360,05 м и т.д.

Если вместо ?₁ = 8⁰ 30^/ по номограмме (приложение 5) определили бы ?₁ = 8⁰ 00^/, то по первой формуле радиус составил бы 351,8 м, а по второй - 345,4 м, что подтвердило бы неточность определения ?₁.

Аналогично определяем элементы второй биклотоиды.
4.10 Сопряжение обратных несимметричных биклотоид

Рисунок 9

Дано: угол поворота несимметричной биклотоиды ?₁ = 77⁰ 00^/ , ее тангенсы Т₁ = 90 м, Т₂ = 150 м и расстояние между смежными углами BD = 400 м, угол поворота второй биклотоиды ?₂ = 60⁰ 00^/ ее первый тангенс Т₁^/ = 400 – 150 = 250 м и второй тангенс Т₂^/ = 180 м.

Требуется определить параметры этих несимметричных биклотоид.

Способом, описанным выше, определяем параметры первой биклотоиды при известных тангенсах и угле поворота.

Находим отношение Т₂/ Т₁ = 150 / 90 = 1,67 и по номограмме (приложение 5) находим ?₁.

Вычисляем ?₂ = ?₁ – ?₁ и с помощью таблицы I-а [2] и по формулам, приведенным в разделе 4.9, вычисляем R₁, L₁, А₁ , L₂, А₂и другие элементы первой и второй клотоид.

Аналогично вычисляем параметры и элементы второй биклотоиды при известных Т₁^/ / Т₂^/ = 250 / 180 = 1,39 и ?₂ = 60⁰ 00^/ .

По номограмме (приложение 5) находим ?₁^/.

Находим ?₂^/ = ?₂ – ?₁^/ .

По таблице I-а [2] при ?₁^/ и ?₂^/ находим искомые величины для расчета R₂и параметров второй биклотоиды.

Таким образом, при заданных тангенсах и углах поворота двух обратных несимметричных биклотоид параметры этих биклотоид определяют таким же способом, как и для разбивки симметричной биклотоиды.

1 2 3