Методические указания - Томский Государственный

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Томский государственный архитектурно-строительный университет»
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗБИВКА ВИРАЖА
Методические указания
Составители А.А. Бурлуцкий, Г.В. Пушкарева
Томск 2014
Проектирование и разбивка виража: методические указания /
Сост. А.А.Бурлуцкий, Г.В.Пушкарева. – Томск: Изд-во
Том.гос.архит.-строит.ун-та, 2014. – 15 с.
Рецензент к.т.н. С.В.Ефименко
Редактор к.т.н. М.В.Бадина
Методические указания «Проектирование и разбивка виража»
предназначены для подготовки студентов обучающихся по
направлению 270800 «Строительство», профиль подготовки
«Автомобильные дороги»; по направлению 270000 «Строительство»
специальность
271101
специализации
«Строительство
автомагистралей, аэродромов и специальных сооружений» всех форм
обучения. Рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим
семинаром кафедры автомобильных дорог. Протокол № от
Срок действия
с 01.09.14
до 01.09.19
Оригинал-макет подготовлен авторами
Подписано в печать 22.12.14 г.
Формат 60x84. Бумага офсет. Гарнитура Таймс.
Уч.-изд.л. 0,8. Тираж 50 экз. Заказ № _______
Изд -во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2.
Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ.
634003, г. Томск, ул. Партизанская, 1
2
ВВЕДЕНИЕ
Методические указания служат дополнительным материалом к курсовому проекту «Проект автомобильной дороги» по
курсу «Основы проектирования автомобильных дорог. Целью
методических указаний является закрепление теоретических
знаний, полученных студентами при изучении соответствующего раздела курса «Основы проектирования автомобильных дорог», умение проектировать вираж на кривых малого радиуса,
приобретение навыков расчета и разбивки отгонов виража и
систематизация работы студентов при выполнении курсового
проекта, а также облегчение их работы по подбору необходимых справочных данных.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
На кривых в плане с радиусами R ≤ 3000 м на автомагистралях, скоростных дорогах и дорогах I категории и с радиусами
R≤ 2000 м на дорогах остальных категорий особенно неблагоприятные условия для движения создаются для автомобилей,
движущихся по внешней полосе проезжей части, имеющей уклон от центра кривой. В этом случае устойчивость автомобиля
резко снижается. Кроме того, усложняется управление автомобилем в связи с большим боковым уводом шин. Для повышения
устойчивости автомобиля и уверенности управления, на кривых
малого радиуса устраивают односкатный поперечный профиль
– вираж с уклоном проезжей части и обочин к центру кривой.
Поперечный уклон виража, необходимый для обеспечения скорости движения V (м/сек) при заданном радиусе R, может быть
определен из выражения для
:
,
(1)
3
где
коэффициент поперечной силы. За основной критерий,
определяющий значение , принимают устойчивость автомобиля против заноса, когда
Тогда выражение (1) принимает вид:
(2)
где
– коэффициент поперечного сцепления колеса с покрытием.
Согласно СНиП 2.05.02-85* [1] поперечный уклон проезжей
части на вираже назначают в зависимости от радиусов кривых в
плане в пределах от 20 ‰ до 60 ‰. В районах с частой гололедицей, в которых обледенение проезжей части составляет более
10 дней в году, уклон виража принимают 40 ‰ (табл. 1)
Таблица 1. Поперечные уклоны проезжей части на виражах
в зависимости от радиусов кривых в плане
Поперечный уклон проезжей части на виражах, %
основной, наиболее распространенный
в районах с
Радиусы кривых в плане, м
на подъездных
частым голона дорогах Iдорогах к проледом
V категорий
мышленным
предприятиям
От 3000 до 1000 для до20-30
20-30
рог III категории
От 2000 до 1000 для дорог II20-30
20-30
V категорий
От 1000 до 800
30-40
30-40
От 800 до 700
30-40
20
30-40
От 700 до 650
40-50
20
40
От 650 до 600
50-60
20
40
От 600 до 500
60
20-30
40
От 500 до 450
60
30-40
40
От 450 до 400
60
40-60
40
От 400 и менее
60
60
40
Примечание: Меньшие значения поперечных уклонов на виражах соответствуют большим радиусам кривых, а большие - меньшим.
4
Конструирование виража включает в себя три части: среднюю, на круговой кривой малого радиуса с односкатным уклоном, равным уклону виража в сторону центра кривой, и двух
переходных частей: от двухскатного профиля на прямой к односкатному в средней части и наоборот, от односкатного к
двухскатному (рис.1). Эти переходные участки называются отгонами виража. Длина отгона виража не должна быть слишком
короткой, т.к. при больших скоростях движения начинается боковое раскачивание автомобиля. Переход от двухскатного к односкатному профилю осуществляют вращением внешней половины поперечного профиля проезжей части вокруг оси дороги,
а после того, как будет достигнут односкатный профиль с поперечным уклоном, равным уклону при двухскатном профиле,
производят вращение вокруг внутренней кромки проезжей части до получения необходимой величины поперечного уклона на
вираже.
Рисунок 1 – Схема виража
1 – отгон виража, переходная кривая; 2 – круговая кривая
5
В случае присутствия продольного уклона по оси дороги
iпрод , по кромке общий уклон будет равен:
,
(3)
где В – ширина проезжей части, L – длина отгона виража, iв –
поперечный уклон на вираже. Дополнительный продольный уклон внешней кромки проезжей части iдоп по отношению к проектному продольному уклону на участках отгона виража не
должен превышать для дорог: автомагистралей, скоростных дорог I и II категорий – 5 ‰; других категорий в равнинной местности – 10 ‰; других категорий в горной местности – 20 ‰ [1]
Согласно выражения (3) минимальная длина отгона виража составит:
.
(4)
2. ПОРЯДОК РАСЧЕТА И РАЗБИВКИ ОТГОНА ВИРАЖА
Конструирование и разбивку отгона виража ведут в следующей последовательности:
1. Назначают длину отгона виража, равную длине переходной
кривой, а при ее отсутствии перед началом круговой кривой
выделяют ровный участок, равный длине переходной кривой в
зависимости от ее радиуса [1]. В стесненных условиях (реконструкция) определяют минимальную длину отгона виража по
формуле (4). Размеры элементов поперечного профиля и поперечные уклоны проезжей части и обочин принимают по категории проектируемой дороги.
2. До начала отгона виража поперечный уклон обочин приводят
к уклону проезжей части на протяжении 10 м (рис.2). При этом
бровку поднимают на высоту:
(5)
6
где – ширина обочин, м; i1 – поперечный уклон проезжей части; i2 – поперечный уклон обочин.
3. Повышение наружной кромки осуществляется путем постепенного вращения внешней половины дорожного полотна вокруг оси проезжей части до тех пор, пока не будет достигнут
односкатный поперечный профиль с уклоном, равным уклону
проезжей части. При этом внешняя кромка дорожной одежды
(краевой полосы bкп) поднимется на высоту:
(
)
.
(6)
Внешняя бровка поднимется на высоту:
.
(7)
Расстояние, на котором будет осуществляться вращение вокруг
оси, равно:
.
(8)
4. Увеличение односкатного поперечного профиля проезжей
части до уклона виража выполняют путем вращения вокруг
внутренней кромки проезжей части.
В этом случае внешняя кромка проезжей части поднимется
над первоначальной на величину:
.
(9)
Внешняя бровка поднимется на высоту:
.
(10)
Ось покрытия проезжей части поднимется на величину:
.
(11)
Расстояние, на котором осуществляется вращение вокруг внутренней кромки, равно:
.
(12)
7
8
Рисунок 2 – Схема отгона виража в поперечном профиле
5. Полученные участки (
) делят на несколько частей и для
каждого промежуточного значения вычисляют превышения и
отметки всех характерных точек верха земляного полотна. Количество поперечных профилей на длине отгона виража должно
быть не менее 4 [1].
Характерными точками являются:
 ось дороги;
 внешняя и внутренняя кромки дорожной одежды;
 внешняя и внутренняя бровки земляного полотна.
6. Превышения h всех характерных точек вычисляют для каждого промежуточного сечения в соответствии с поперечным уклоном в данном сечении
:
,
(13)
где b – расстояние от неподвижной точки поперечника до точки,
превышение которой требуется вычислить.
Полученные превышения используют при определении
истинных проектных отметок на каждом поперечнике путем
суммирования или вычитания их с отметками в зависимости
от положения точек поперечника относительно внутренней
кромки проезжей части, а также для построения продольных
профилей характерных точек на длине отгона виража (рис.3).
Если в пределах кривой присутствует продольный уклон,
то предварительно определяют отметки внутренней кромки
на всех поперечниках с учетом продольного уклона. Затем
истинные проектные отметки получают путем суммирования
отметок внутренней кромки с превышениями h для всех характерных точек поперечников.
7. Пикетажное положение поперечников при разбивке отгона
виража определяют следующим образом.
Начало отгона виража соответствует началу закругления.
Пикетажное положение начала закругления (НЗ) принимают
9
из ведомости прямых, кривых и углов поворота. Затем отступают от НЗ на 10 м и определяют пикетажное положение нулевого поперечника. Пикетажное положение каждого из назначенных поперечников определяют по расстояниям между
ними.
Рисунок 3 – Расчет отгона виража
10
3. ПРИМЕР РАСЧЕТА ОТГОНА ВИРАЖА
Запроектировать и разбить отгон виража при следующих исходных данных: дорога III технической категории; радиус круговой кривой R=800 м; длина переходной кривой L=120 м; ширина проезжей части В=7,0 м; ширина краевой полосы
0,5
м; ширина неукрепленной обочины
2,0 м; поперечный уклон
проезжей части i1=20 ‰; поперечный уклон обочины i2=40 ‰;
уклон виража iв=40 ‰; продольный уклон на участке отгона виража i1=10 ‰; проектная отметка оси дороги в начале отгона виража (НЗ) 152.50; начало переходной кривой (НЗ) расположено
на ПК 5+40. Отгон виража производим на длине переходной
кривой
м.
Переход от двухскатного поперечного профиля к односкатному, равному уклону проезжей части, осуществится путем
вращения внешней половины дорожного полотна вокруг оси на
части длины отгона виража:
= 60 м.
=
Выделим на поперечном профиле характерные точки: 1 –
внутренняя бровка земляного полотна, 2 – внутренняя кромка
дорожной одежды (краевой полосы), 3 – ось дороги, 4 - внешняя кромка дорожной одежды (краевой полосы), 5 – внешняя
бровка земляного полотна (рис. 3). Эти точки в сечении 0 – 0
имеют следующие превышения относительно горизонтальной
линии, проходящей через бровки:
м;
м;
м.
11
На расстоянии 10 м до НЗ (сечение 1-1) приводим поперечный уклон обочин i2=40 ‰ к уклону проезжей части i1=20 ‰
(рис.2). Бровки земляного полотна поднимутся на высоту:
м.
Высотное положение кромок и оси остаются прежними. Данные
заносим в табл.2.
В сечении 2 -2 внешняя половина верха земляного полотна
имеет нулевой уклон, следовательно:
м.
Остальные характерные точки свои отметки сохранили.
В сечении 3 – 3 верх земляного полотна имеет односкатный
профиль с уклоном, равным поперечному уклону проезжей части i1=20 ‰. Тогда превышения в характерных точках составят:
м;
м.
В точках 1, 2, 3 значения превышений остаются прежними
(табл.2).
Таблица 2. Превышения характерных точек, м
№ сечения
0-0
1-1
2-2
3-3
4-4
5-5
Характерные точки поперечника
1
0,0
0,04
0,04
0,04
0,02
0,0
2
0,08
0,08
0,08
0,08
0,08
0,08
3
0,16
0,16
0,16
0,16
0,20
0,24
4
0,08
0,08
0,16
0,24
0,32
0,40
5
0,0
0,04
0,16
0,28
0,38
0,48
Далее, на оставшейся длине отгона виража, равной
м, вращение верха земляного полотна осуществляется вокруг внутренней кромки.
12
В сечении 4 – 4 верх земляного полотна имеет поперечный
уклон 30 ‰. Превышения характерных точек 1, 3, 4 и 5 примут
следующие значения:
м;
м;
м;
м.
В точке 2 (внутренняя кромка дорожной одежды) изменений не
произойдет.
В сечении 5 – 5 весь верх земляного полотна имеет уклон виража 40 ‰.
Превышения характерных точек примут следующие значения:
м;
м;
м;
=
м.
Вычисляем проектные отметки характерных точек в каждом
сечении. По исходным данным проектная отметка оси дороги на
начале закругления HНЗ = 152,50 м (из продольного профиля).
Проектная отметка оси дороги в сечении 0 – 0 с учетом продольного уклона iпр=10 ‰, примет значение
м.
Пользуясь значениями превышений характерных точек из
табл. 3, получим проектные отметки остальных характерных точек сечения 0 – 0:
м;
м.
Принимая за условную отметку внутренней кромки, с учетом
продольного уклона и значений превышений остальных характерных точек, вычисляем проектные отметки характерных точек
13
всех сечений и сводим полученные результаты в таблицу
(табл.3).
Таблица 3. Проектные отметки характерных точек сечений
№ сечения
ПК+
Расстояние
до начала
отгона, м
0-0
1-1
2-2
3-3
4-4
5-5
5+30
5+40
5+70
6+00
6+30
6+60
-10
0
30
60
90
120
Проектные отметки, м
Внутренняя
Внешняя
Ось
Бровка Кромка
Кромка Бровка
1
2
3
4
5
152.24
152.32 152.40 152.32 152.24
152.38 152.42 152.50 152.42 152.38
152.68 152.72 152.80 152.80 152.80
152.98 153.02 153.10 153.18 153.22
153.26 153.32. 153.44 153.56 153.62
153.54 153.62 153.78 153.94 154.02
4. УШИРЕНИЕ ПРОЕЗЖЕЙ ЧАСТИ НА КРИВЫХ
МАЛЫХ РАДИУСОВ
При движении автомобиля по кривой в плане каждое его колесо движется по самостоятельной траектории, в результате чего занимаемая автомобилем полоса движения увеличивается. Чтобы
условия движения автомобиля по кривой были аналогичны условиям движения на прямом участке, проезжую часть на кривых необходимо уширять. Необходимое уширение проезжей части можно
рассчитать из условия безопасности движения по формуле:
(13)
где l – расстояние от переднего бампера автомобиля до задней
оси, м; R – радиус кривой, м;
– поправка, учитывающая
влияние скорости движения (V в км/час). СНиП 2.05.02-85* рекомендует при радиусах кривых в плане 1000 м и менее предусматривать уширение проезжей части с внутренней стороны за
счет обочин, при условии , чтобы ширина обочин была не менее
1,5 м для дорог I и II категорий и не менее 1 м для дорог осталь14
ных категорий. Величины полного уширения двухполосной
проезжей части дорог на закруглениях следует принимать
по табл.4.
При недостаточной ширине обочин для размещения уширений проезжей части с соблюдением этих условий необходимо
предусматривать соответствующее уширение земляного полотна. Уширение проезжей части следует выполнять пропорционально расстоянию от начала переходной кривой так, чтобы величины полного уширения были достигнуты к началу круговой
кривой.
Таблица 4. Полное уширение двухполосной проезжей части
Величина уширения, м, для автомобилей и автопоездов с
расстоянием от переднего бампера до задней оси автомобиля или автопоезда, м
Радиусы кривых
автомобилей 7 и
в плане, м
менее, автопоездов
13
15
18
- 11 и менее
1000
0,4
850
0,4
0,4
0,5
650
0,4
0,5
0,5
0,7
575
0,5
0,6
0,6
0,8
425
0,5
0,7
0,7
0,9
325
0,6
0,8
0,9
1,1
225
0,8
1,0
1,0
1,5
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. СН П 2.05.02-85* Автомобильные дороги / Госстрой
России, 2008. – 54 с.
2. Ф
, Г.А. Изыскания и проектирование автомобильных дорог: учебник для вузов: [в 2кн]. Кн.1 /
Г.А.Федотов, П.И.Поспелов. – М.: Высшая школа, 2009. –
646 с.
3. ГОСТ Р52399–2005 Геометрические элементы автомобильных дорог.
15