中文名 | 緩和曲線 | 外文名 | transition curve |
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類(lèi)????型 | 道路平面線形要素 | 出????處 | 《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》 |
性????質(zhì) | 曲率連續(xù)變化的曲線 |
緩和曲線的線型多種多樣,如回旋線、三次拋物線、七次四項(xiàng)式型、半波正弦型、一波正弦型、雙紐線、多心復(fù)曲線……
我國(guó)常用的線型有兩種:三次拋物線、回旋線。其中三次拋物線是回旋線的近似結(jié)果。
鐵路上常用的緩和曲線是三次拋物線型。其方程式為:
上式中
三次拋物線型緩和曲線的優(yōu)點(diǎn)是鋪設(shè)和養(yǎng)護(hù)維修比較容易,緩和曲線長(zhǎng)度比較短;其缺點(diǎn)是始、終點(diǎn)存在折角,影響行車(chē)的平穩(wěn)性。
公路、匝道常用的緩和曲線是回旋線,也叫放射螺旋線?;匦€不僅線形美觀,而且與駕駛員勻速轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)由圓曲線駛?cè)胫本€或者由直線駛?cè)雸A曲線的軌跡線相符合。
回旋線的本質(zhì)特征是:
即曲率
實(shí)地放樣緩和曲線之前,需要計(jì)算若干曲線要素:
上面的公式中
R——圓曲線半徑,單位:m。這是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù);
p——內(nèi)移距,單位:m;
q——切線增長(zhǎng),單位:m;(有些文獻(xiàn)用 m 表示該變量)
T——切線長(zhǎng),單位:m;
E——外距,單位:m;
D——切曲差,即切線長(zhǎng)減去曲線長(zhǎng),單位:m;
注意:
[式中 α 為路線設(shè)計(jì)參數(shù),R值對(duì)于設(shè)計(jì)道路可查相關(guān)規(guī)范]
緩和曲線的作用:
1、緩和曲率——使曲率連續(xù)變化;
2、緩和超高——使橫向坡度連續(xù)變化;
3、緩和加寬——使車(chē)道加寬連續(xù)變化。
緩和曲線產(chǎn)生的效果:
1、曲率連續(xù)變化,便于車(chē)輛駕駛;
2、離心加速度連續(xù)變化,沒(méi)有突變,乘客感覺(jué)舒適;
3、超高橫坡度及加寬逐漸變化,行車(chē)更加穩(wěn)定;
4、與圓曲線配合,增加線形美觀。
5800手機(jī)應(yīng)該不行,電腦上可以CAD?使用SPLINE命令。
工具欄有樣條曲線工具
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由于直線與圓曲線間存在曲率半徑的突變,圓曲線半徑越大,這種突變程度就越小。當(dāng)圓曲線半徑超過(guò)2000m時(shí),這種突變對(duì)軌道交通行車(chē)影響很小。而當(dāng)正線上曲線半徑不大于2000m時(shí),則要在圓曲線與直線間加設(shè)緩和曲線,實(shí)現(xiàn)曲率半徑的逐漸過(guò)渡,減少列車(chē)在突變點(diǎn)處的輪軌沖擊。因此,《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157—2003)規(guī)定:“線路平面圓曲線與直線之間應(yīng)根據(jù)曲線半徑、超高設(shè)置及設(shè)計(jì)速度等因素設(shè)置緩和曲線,其長(zhǎng)度可按表的規(guī)定采用?!?/p>
地鐵緩和曲線長(zhǎng)度
R/L/.V |
100 |
95 |
90 |
85 |
80 |
75 |
70 |
65 |
60 |
55 |
50 |
45 |
40 |
35 |
30 |
3000 |
30 |
25 |
20 |
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2500 |
35 |
30 |
25 |
20 |
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2000 |
40 |
35 |
30 |
25 |
20 |
20 |
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1500 |
55 |
50 |
45 |
35 |
30 |
25 |
20 |
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1200 |
70 |
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50 |
40 |
35 |
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25 |
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20 |
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1000 |
85 |
70 |
60 |
50 |
45 |
35 |
30 |
25 |
25 |
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800 |
85 |
80 |
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65 |
55 |
45 |
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35 |
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25 |
20 |
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700 |
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85 |
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600 |
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75 |
70 |
70 |
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50 |
45 |
35 |
30 |
20 |
20 |
20 |
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550 |
75 |
70 |
70 |
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55 |
45 |
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35 |
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20 |
20 |
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500 |
70 |
70 |
65 |
60 |
50 |
45 |
35 |
20 |
20 |
20 |
20 |
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450 |
70 |
65 |
60 |
55 |
50 |
40 |
25 |
20 |
20 |
20 |
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400 |
65 |
60 |
60 |
55 |
45 |
25 |
20 |
20 |
20 |
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350 |
60 |
60 |
60 |
35 |
30 |
25 |
20 |
20 |
20 |
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300 |
60 |
60 |
60 |
35 |
30 |
25 |
20 |
20 |
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250 |
60 |
60 |
40 |
35 |
30 |
20 |
20 |
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200 |
60 |
40 |
40 |
35 |
25 |
20 |
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150 |
40 |
40 |
35 |
25 |
回旋線最本質(zhì)的特點(diǎn)就是
為了確定上式的正負(fù)號(hào),需要對(duì)曲率的正負(fù)號(hào)取值做個(gè)約定
數(shù)學(xué)上曲率的定義為
在
下圖分四種情況,對(duì)曲率的正負(fù)號(hào)取法進(jìn)行了說(shuō)明:
曲率半徑是曲率的倒數(shù),其符號(hào)與曲率一致。
公式
a就是曲率變化率,它可能是正數(shù),也可能是負(fù)數(shù)。
a與A的關(guān)系滿(mǎn)足公式
為了說(shuō)明a的符號(hào),以及它與A的關(guān)系,請(qǐng)見(jiàn)下圖
在測(cè)量坐標(biāo)系下K0 000處的曲率為-1/100(左轉(zhuǎn)為負(fù)),K0 150處的曲率為1/50(右轉(zhuǎn)為正)。可知:
曲率變化率
在數(shù)學(xué)坐標(biāo)系下K0 000處的曲率為1/100(左轉(zhuǎn)為正),K0 150處的曲率為-1/50(右轉(zhuǎn)為負(fù))??芍?
曲率變化率
求解微分方程
曲率k隨樁號(hào)L變化的函數(shù)為
前進(jìn)方向T隨樁號(hào)L變化的函數(shù)為
坐標(biāo)隨樁號(hào)L變化的函數(shù)為(用到了復(fù)數(shù)):
當(dāng)
特別的,當(dāng)
當(dāng)
這個(gè)特解與通解相比,簡(jiǎn)化了不少。它的含義其實(shí)就是在曲率為零的地方建立坐標(biāo)系。如下圖所示,在直緩點(diǎn)建立了坐標(biāo)系:
x軸是回旋線的切線,其正方向是樁號(hào)增加方向;y軸是回旋線的法線,在x軸的左邊就是數(shù)學(xué)坐標(biāo)系,在x軸的右邊就是測(cè)量坐標(biāo)系。
從原點(diǎn)開(kāi)始沿回旋線行走距離
點(diǎn) P 處的切線與軸夾角為
原點(diǎn)與點(diǎn) P 的連線叫弦,其長(zhǎng)度為c,也就是弦長(zhǎng)。
原點(diǎn)到點(diǎn) P 的方位角為
點(diǎn) P 處,切線與弦線的夾角為
從原點(diǎn)開(kāi)始沿回旋線行走距離
圓曲線的半徑為R
接下來(lái),計(jì)算各個(gè)參數(shù):
曲率變化率
參數(shù)
曲率
曲率半徑
切線角
最大切線角
坐標(biāo)
弦長(zhǎng)的計(jì)算公式如下:
弦切角的計(jì)算公式如下:
注意:
回旋線的曲線要素計(jì)算公式如下:
回旋曲線段,根據(jù)樁號(hào) L,距中 Z,計(jì)算前進(jìn)方向 T 及坐標(biāo) x,y的公式如下:
上式需要一個(gè)起算點(diǎn),即需要知道樁號(hào)
距中 Z 的正方向是前進(jìn)方向 T 加上90°,因此:
在數(shù)學(xué)坐標(biāo)系下,距中 Z 左正右負(fù),即在回旋線沿樁號(hào)增加方向右側(cè)取負(fù)值;
在測(cè)量坐標(biāo)系下,距中 Z 左負(fù)右正,即在回旋線沿樁號(hào)增加方向左側(cè)取負(fù)值。
參數(shù) C 按下式計(jì)算:
更高次項(xiàng)的系數(shù),請(qǐng)見(jiàn)下表
1 2/5 1123/3600 23519/78000 93134377/286416000 671176607/1790100000 60632952362431/134042688000000 10959451729410359/19436189760000000 28568328624908898433/39649827110400000000 596762934176757576209/635718894670080000000 2098157146254959366777509639/1688977959359468544000000000 14062585980252142453129239257/8444889796797342720000000000 3127534025901397259312263980851/1386126739060529356800000000000 |
上式中,R 是圓曲線的曲率半徑。它是有正負(fù)號(hào)的,具體取法請(qǐng)參考前文;
以ZH點(diǎn)為原點(diǎn)的坐標(biāo)系是測(cè)量坐標(biāo)系,將根據(jù) HY 點(diǎn)計(jì)算C。從 ZH 至 HY(樁號(hào)增加的方向)右轉(zhuǎn),因此HY處的曲率半徑 R 取正值。HY 點(diǎn)的樁號(hào)比 ZH 點(diǎn)的樁號(hào)大,所以 Ls 也取正值。最終 C 為正值。
以HZ點(diǎn)為原點(diǎn)的坐標(biāo)系是數(shù)學(xué)坐標(biāo)系,將根據(jù) YH 點(diǎn)計(jì)算C。從 YH 至 HZ(樁號(hào)增加的方向)右轉(zhuǎn),因此YH處的曲率半徑 R 取負(fù)值。YH 點(diǎn)的樁號(hào)比 HZ 點(diǎn)的樁號(hào)小,所以 Ls 也取負(fù)值。最終 C 為正值。
注意:使用上述規(guī)則時(shí),要求x 軸必須是切線,而且其正方向是樁號(hào)增加的方向。
更為一般的計(jì)算公式為:
上式中:
坐標(biāo) x 按下式計(jì)算
更高次項(xiàng)的系數(shù),請(qǐng)見(jiàn)下表
1 -1/40 23/5760 -2773/2995200 2066579/8146944000 -224209943/2932899840000 28747533091/1173159936000000 -261175434475093/31844253302784000000 86647036511116753/30570483170672640000000 -2316511336548771758119/2307460069722370867200000000 35677500215657115786212861/98390097372961893777408000000000 |
坐標(biāo)y 按下式計(jì)算
更高次項(xiàng)的系數(shù),請(qǐng)見(jiàn)下表
1/6 -1/80 133/57600 -16933/29952000 23345441/146644992000 -95319797/1955266560000 13001597946211/823558275072000000 -1694382133343581/318442533027840000000 9603494098034819239/5196982139014348800000000 |
曲率按下式計(jì)算:
更高次項(xiàng)的系數(shù),請(qǐng)見(jiàn)下表
1 -2/5 121/720 -3337/46800 1932763/63648000 -579833/44752500 1585042411/286416000000 -9194722916339/3887237952000000 943636378388861/932937108480000000 -1904209296741873383/4401130809254400000000 69481023021498242079629/375328435413215232000000000 -11534698506084794283343/145601548220643840000000000 16035089603343026034099263/472913828620651192320000000000 |
曲率半徑等于曲率的倒數(shù)
切線角按下式計(jì)算:
更高次項(xiàng)的系數(shù),請(qǐng)見(jiàn)下表
1/2 -1/15 121/7200 -3337/655200 1932763/1145664000 -579833/984555000 1585042411/7446816000000 -9194722916339/116617138560000000 943636378388861/31719861688320000000 -1904209296741873383/167242970751667200000000 69481023021498242079629/15763794287355039744000000000 -11534698506084794283343/6697671218149616640000000000 16035089603343026034099263/23645691431032559616000000000000 |
最大切線角按下式計(jì)算
更高次項(xiàng)的系數(shù),請(qǐng)見(jiàn)下表
1/2 2/15 167/1800 46351/546000 25385099/286416000 5252428289/52509600000 3982854295663/33510672000000 4270501632677849/29154284640000000 7356042227375864101/39649827110400000000 11595993887859194946607/48314635994926080000000 1866776187030795889021687763/5911422857758139904000000000 233123111824877589842938537/553368847083586560000000000 114262828881514570894054876308869 /200988377163776756736000000000000 |
弦長(zhǎng)按下式計(jì)算
更高次項(xiàng)的系數(shù),請(qǐng)見(jiàn)下表
1 -1/90 7/3240 -1021/1895400 -103137467/148478054400 1824489697/267260497920000 1962656897729/320712597504000000 172597317854624597/17410845493297152000000 12570996329063196101/12535808755173949440000000 -84559611892561668247007/73412289685903166668800000000 986086453888432129684636273/2402965612958834641128652800000000 |
弦切角按下式計(jì)算:
更高次項(xiàng)的系數(shù),請(qǐng)見(jiàn)下表
1/6 -4/405 329/194400 -279619937/50948352000 49981690783/400890746880000 -10875344672639/352783857254400000 112198229967587/11545653510144000000 -142446483534146625839/18803713132760924160000000 52613217024783269917249/38359574790832285286400000000 3424580749757991824764543627/15532865900902135616451379200000000 -1413931320131094500306391029838659/32941774994930072328304475504640000000000 |
最大弦切角按下式計(jì)算
更高次項(xiàng)的系數(shù),請(qǐng)見(jiàn)下表
1/6 23/405 2033/48600 1740762847/50948352000 10960255204399/400890746880000 6772270615585369/352783857254400000 1193239078444885151/150093495631872000000 -161805233310981385370591/18803713132760924160000000 -1286980164945796856981760287/38359574790832285286400000000 -72056068243648037753159483098122901/1009636283558638815069339648000000000 -4238353071056815709683515980381542179491/32941774994930072328304475504640000000000 -562636180723418426132797552941934630463/2614426586899212089547974246400000000000 -232168897210836372569220251035298614709587903/672012209896573475497411300294656000000000000 |
更高次項(xiàng)的系數(shù),請(qǐng)見(jiàn)下表
0 1/24 -19/1920 -9139/691200 -3240559/159744000 -282589603597/8798699520000 -7026310366847/140779192320000 -19235406274658191/253402546176000000 -1157743059288068176933/10190161056890880000000 -31472972322721395868013113/187091357004516556800000000 -593565174736535737082257554883/2399758472511265701888000000000 -2404682875032206089252747022332201/6641331572674927829975040000000000 -1872334767018224961225647555546981/3542043505426628175986688000000000 |
更高次項(xiàng)的系數(shù),請(qǐng)見(jiàn)下表
1/2 -11/80 -5321/57600 -52487/7488000 18677834707/146644992000 3188362247677/9776332800000 169430712200037851/274519425024000000 332286113603292440329/318442533027840000000 8671309730283052493037077/5196982139014348800000000 912479043985584874133797609/352905657722244956160000000 696256490101343458284600171876781/177102175271331408799334400000000 13074672153106612908209529164613637/2213777190891642609991680000000000 463819829160454637226871854554498260583/52687897143221094117801984000000000000 |
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評(píng)分: 3
不對(duì)稱(chēng)緩和曲線隧道詳細(xì)測(cè)設(shè)及放樣——我國(guó)現(xiàn)行隧道設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定,三級(jí)和三級(jí)以上隧道在隧道路線轉(zhuǎn)彎時(shí),要設(shè)置曲線,對(duì)于一般地形通常設(shè)置為對(duì)稱(chēng)曲線,但在特殊地形或受地物限制時(shí),可設(shè)置不對(duì)稱(chēng)緩和曲線.關(guān)于不對(duì)稱(chēng)曲線的計(jì)算,相關(guān)書(shū)籍都有各自的算法,根據(jù)...
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評(píng)分: 4.3
120 0.35 0.6 0.35 0.5 0.35 高速 山嶺 二 平、微 高速 重丘 一 平、微 高速 平、微 250 130 90 350 -- 100 360 -- -- 400 -- 110 160 150 450 -- -- -- -- 500 -- 120 -- -- 550 140 -- -- -- 600 -- -- -- -- 650 -- -- -- -- 170 700 150 130 170 160 180 750 -- -- -- -- -- 800 -- -- 180 -- 200 850 -- -- -- -- -- 900 160 140 190 170 220 1000 170 150 -- 180 240 1080 -- -- -- -- -- 1100 -- -- -- -- -- 1200 180 160 200 190 260 1300
當(dāng)汽車(chē)從直線地段駛?cè)肭€時(shí),為了緩和行車(chē)方向的突變和離心力的突然發(fā)生和消失,并能使汽車(chē)不減速而平穩(wěn)地通過(guò),在平曲線兩端采用適應(yīng)汽車(chē)轉(zhuǎn)向和離心力漸變的緩和曲線,用來(lái)連接直線和平曲線。
緩和曲線主要有三種線形,即回旋線(輻射螺旋線)、雙紐線和三次拋物線。較理想的緩和曲線是汽車(chē)從直線段駛?cè)胍欢ò霃降钠角€時(shí),在不降低車(chē)速又能徐緩均勻轉(zhuǎn)向的情況下,即汽車(chē)轉(zhuǎn)彎的曲率半徑從無(wú)窮大,有規(guī)律地逐漸減小至平曲線半徑,其中回旋線較能符合上述要求。
按照等速行駛、等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)的條件,求得的曲線稱(chēng)為回旋曲線。在回旋線方程中,如果近似地以曲線弦長(zhǎng)代替弧長(zhǎng),就成為雙紐線。如果近似地以曲線沿切線的長(zhǎng)度代替弧長(zhǎng),就成為三次拋物線。
緩和曲線曲率連續(xù)變化,便于車(chē)輛遵循;離心加速度逐漸變化,旅客感覺(jué)舒適;超高橫坡度及加寬逐漸變化,行車(chē)更加平穩(wěn);與圓曲線配合,增加線形美觀。
緩和曲線設(shè)置在直線和圓曲線之間或半徑相差較大的兩個(gè)轉(zhuǎn)向相同的圓曲線之間。
《規(guī)范》規(guī)定:除四級(jí)公路外的其它各級(jí)公路都應(yīng)設(shè)置緩和曲線,另外,當(dāng)圓曲線半徑大于“不設(shè)超高的最小半徑”時(shí)可省略緩和曲線。