Трасса автомобильной дороги

 

Изобретение относится к области проектирования лесовозных автомобильных дорог и может быть использовано при выполнении кругового участка с постоянным поперечным уклоном и переходной кривой. Трасса автомобильной дороги включает прямолинейный участок, круговой участок и расположенную между ними переходную кривую. Новым является то, что переходная кривая выполнена в виде сопряженных дуг окружностей, при этом количество дуг, превышение высоты внешнего края проезжей части над принятой отметкой нулевой высоты проезжей части по верху дорожной одежды на каждой из дуг, радиус дуг и их длины определяются с помощью математических зависимостей. Технический результат состоит в повышении безопасности движения на криволинейных участках трассы. 2 табл., 5 ил.

Изобретение относится к области проектирования лесовозных автомобильных дорог и может быть использовано при выполнении кругового участка с постоянным поперечным уклоном и переходной кривой.

Известен поперечный профиль дороги на закруглении, включающий внешнюю и внутреннюю половины проезжей части с соответствующими поперечными уклонами, изменяющимися на протяжении переходных кривых от нормального уклона внешней половины проезжей части в начале каждой переходной кривой до уклона основного виража в конце ее (SU, авторское свидетельство 1298282 А1, кл. Е 01 С 1/00, 1985). Обочины с изменяющимися на всем протяжении соответствующих переходных кривых уклонами, прилегающие к кромкам проезжей части и образующие два дополнительных виража на протяжении расположенной между переходными кривыми круговой кривой с уклонами, большими уклона проезжей части, обращенными в разные стороны, и отгон дополнительного виража на протяжении каждой переходной кривой. С целью повышения безопасности движения, на всем протяжении каждой переходной кривой поперечный профиль проезжей части выполнен односкатным, изменяющимся от уклона, равного уклону проезжей части на прямолинейном участке на внутренней половине проезжей части, до уклона основного виража. Поперечный уклон проезжей части на каждой переходной кривой изменяется в соответствии с зависимостью где i - поперечный уклон проезжей части в данном сечении дороги; i_n - поперечный уклон проезжей части на прямолинейном участке дороги; е - основание натурального логарифма; К - коэффициент пропорциональности, принимаемый в зависимости от скорости движения, минимального радиуса кривой в плане от 0,098 до 0,592; L - длина переходной кривой; V - скорость движения; l - расстояние от начала переходной кривой до данного сечения; А - параметр, характеризующий степень кривизны клотоиды.

Недостатком такого поперечного профиля дороги на закруглении является то, что представленная формула содержит неопределенные значения коэффициента К в каждом конкретном поперечном сечении переходного участка, что может привести к неопределенностям в расчетах при практическом применении данного изобретения.

Известна трасса автомобильной или железной дороги, включающая прямолинейный участок, круговой участок и расположенную между ними переходную кривую, которая выполнена по уравнению

где R - радиус круговой кривой;
х - проекция на прямую длины переходной кривой от ее начала до рассматриваемой точки;
R₀ - проекция переходной кривой на ось X;
у - стрела разбивки рассматриваемой точки (SU, патент 1838495 A3, кл. Е 01 С 1/00, 1990).

Недостатком такой трассы, представленной уравнением третьей степени с синусоидальным отводом возвышения, является неравномерное изменение величины возвышения наружного края проезжей части над горизонталью. Это создает у водителя транспортного средства ощущение дискомфорта, что в свою очередь может привести аварии.

Цель изобретения - повышение безопасности движения на криволинейных участках трассы.

Поставленная цель достигается тем, что в трассе автомобильной дороги, включающей прямолинейный участок, круговой участок и расположенную между ними переходную кривую, переходная кривая выполнена в виде сопряженных дуг окружностей, при этом количество дуг, превышение высоты внешнего края проезжей части над принятой отметкой нулевой высоты проезжей части по верху дорожной одежды на каждой из дуг, радиус дуг и их длины определяются следующими зависимостями:
n = H_(KR)/h,
H_i = H_i+1-h,

l_i = h/i_отг,
где n - количество дуг окружностей на переходной кривой;
Н_кр - превышение высоты внешнего края проезжей части над принятой отметкой нулевой высоты проезжей части по верху дорожной одежды по верху дорожной одежды на круговом участке;
h - заранее определенная разница между высотами внешних краев проезжей части, взятая по верху дорожной одежды, смежных дуг над принятой отметкой нулевой высоты проезжей части по верху дорожной одежды, равная 1-2 см;
i - номер дуги переходной кривой;
H_i+1 - превышение высоты внешнего края проезжей части над принятой отметкой нулевой высоты проезжей части по верху дорожной одежды смежной дуги по направлению от рассматриваемой дуги к круговому участку;
R_i - радиус i-й дуги;
v - установленная максимальная скорость автомобиля;
g - ускорение свободного падения;
H_i - превышение высоты внешнего края проезжей части над принятой отметкой нулевой высоты проезжей части по верху дорожной одежды на i-й дуге окружности переходной кривой;
d - ширина проезжей части;
ϕ_п - коэффициент сопротивления боковому сдвигу автомобиля;
l_i - длина i-й дуги окружности переходной кривой;
i_отг - продольный уклон проезжей части дороги на переходной кривой.

На фиг.1 представлена схема превышения Н внешнего края проезжей части в точке В над принятой отметкой нулевой высоты проезжей части по верху дорожной одежды на одной из дуг; на фиг.2 показана кривая, составленная из трех сопряженных дуг окружностей; на фиг.3 представлен участок дорожного полотна, спроектированного с использованием этой кривой; фиг.4 и 5 - графики, отображающие зависимости превышения Н и радиуса R от длины кривой соответственно для предлагаемого изобретения и прототипа.

При движении по криволинейному участку дороги транспортного средства на него действует центробежная сила, стремящаяся опрокинуть его в сторону от центра поворота. Действие центробежной силы обычно компенсируют соответствующим поперечным уклоном проезжей части. При этом происходит постепенный подъем внешнего края проезжей части на всем протяжении криволинейного участка дороги.

При повороте будем считать, что внутренний край А (фиг.1) проезжей части находится в горизонтальной плоскости на протяжении всего криволинейного участка трассы. Тогда превышение Н в точке В над горизонталью назовем высотой подъема внешнего края проезжей части.

Не представляется возможным мгновенный переход от прямолинейного движения к движению по круговому участку. Для реализации компенсированного поворота требуется переходный участок, обеспечивающий плавное изменение радиуса кривой и высоты внешнего края проезжей части между прямолинейным участком дороги и криволинейным участком с постоянным радиусом (на котором расположен круговой участок с постоянной высотой внешнего края дороги). Известно, что форма дорожного полотна на закруглениях (криволинейных участках дороги с постоянным радиусом) рассматривается состоящей из трех участков: прямолинейного, кругового участка, обеспечивающего полную компенсацию центробежной силы при движении по нему с установленной скоростью и представляющего собой в плане дугу окружности, а также переходной кривой (переходного участка), расположенного между круговым и прямолинейным участками ("Справочник инженера-дорожника. Изыскания и проектирование автомобильных дорог." Под ред. Проф. А.К.Бируля. Изд-во "Транспорт", 2-е изд., перераб. и доп. 1968 г., с. 260).

Переход от прямолинейного движения к движению по окружности большого радиуса при заданной скорости движения обуславливает небольшой подъем внешнего края проезжей части (ее малый поперечный уклон). Очевидно, что в этом случае устройство переходного участка не требуется. Так происходит, например, когда высота подъема края проезжей части соизмерима с величиной естественных препятствий на дороге (0,01-0,02 м). Обозначим эту малую высоту h.

Из вышесказанного следует, что переход от прямолинейного участка к криволинейному можно представить в виде набора сопряженных дуг определенных радиусов, образующих в плане составную кривую. Каждая пара смежных дуг имеет общую касательную в точке их сопряжения, то есть кривая является гладкой и многоцентровой. Центрами кривой будем считать центры составляющих кривую дуг окружностей различных радиусов. Окружность можно определять уравнением в декартовых координатах, его можно найти в справочной литературе (Справочник по математике. Под ред. Рывкина А.А. и др. М.: Изд-во "Высшая школа", изд. 3-е, 1975 г., с.245).

Если выбрать набор радиусов сопрягаемых дуг окружностей постепенно меняющимся от некоторого заранее заданного до некоторого достаточно большого, близкого к прямой, то кривую, выполненную в виде сопряженных дуг окружностей, можно использовать для сопряжения криволинейных участков дороги с прямолинейными.

Таким образом, для расчета плана и профиля всего криволинейного участка трассы используется единая методика расчета, что приводит к упрощению расчетных операций по сравнению с прототипом.

В табл.1 приведены значения возвышений внешнего края проезжей части над горизонталью по прототипу и по заявленному изобретению. На основании табл.1 можно построить график, приведенный на фиг.4, на котором видно, что значения возвышений, полученные при использовании заявленной кривой 1, изменяются более плавно, чем значения возвышения, полученные при использовании кривой-прототипа 2.

В табл.2 приведены значения длины и переменного радиуса переходной кривой по прототипу и по заявленному изобретению. На основании табл.2 можно построить график, приведенный на фиг.5, на котором видно, что значения радиусов заявленной кривой 1 также изменяются более плавно, чем значения радиусов кривой-прототипа 2, что приводит к менее резкому повороту руля водителем и, следовательно, к повышению безопасности движения.

Формула изобретения

Трасса автомобильной дороги, включающая прямолинейный участок, круговой участок и расположенную между ними переходную кривую, отличающаяся тем, что переходная кривая выполнена в виде сопряженных дуг окружностей, при этом количество дуг, превышение высоты внешнего края проезжей части над принятой отметкой нулевой высоты проезжей части по верху дорожной одежды на каждой из дуг, радиус дуг и их длины определяются следующими зависимостями
n=H_кр/h,
H_i=H_i+1-h,

l_i=h/i_отг,
где n - количество дуг окружностей на переходной кривой;
Н_кр - превышение высоты внешнего края проезжей части, взятое по верху дорожной одежды, над принятой отметкой нулевой высоты проезжей части по верху дорожной одежды на круговом участке;
h - заранее определенная разница между высотами внешних краев проезжей части, взятых по верху дорожной одежды смежных дуг над принятой отметкой нулевой высоты проезжей части по верху дорожной одежды, равная 1-2 см;
i - номер дуги переходной кривой;
H_i+1 - превышение высоты внешнего края проезжей части над принятой отметкой нулевой высоты проезжей части по верху дорожной одежды смежной дуги по направлению от рассматриваемой дуги к круговому участку;
R_i - радиус i-й дуги;
v - установленная максимальная скорость автомобиля;
g - ускорение свободного падения;
H_i - превышение высоты внешнего края проезжей части над принятой отметкой нулевой высоты проезжей части по верху дорожной одежды на i-й дуге окружности переходной кривой;
d - ширина проезжей части;
ϕ_n - коэффициент сопротивления боковому сдвигу автомобиля;
l_i - длина i-й дуги окружности переходной кривой;
i_oтг - продольный уклон проезжей части дороги на переходной кривой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6