缓和曲线要素及公式介绍
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11.2.1 带缓和曲线的圆曲线的测设
为了保障车辆行驶安全,在直线与圆曲线之间加入一段半径由∞逐渐变化到R的曲线,这种曲线称为缓和曲线。
目前常用的缓和曲线多为螺旋线,它有一个特性,曲率半径ρ与曲线长度l成反比。数学表达为:
ρ∝1/l 或ρ·l = k ( k为常数)
若缓和曲线长度为l0,与它相连的圆曲线半径为R,则有:
ρ·l = R·l0 = k
目前我国公路采用k = 0.035V3(V为车速,单位为km/h),铁路采用k = 0.09808V3,则公路缓和曲线的长度为l0 = 0.035V3/R ,
铁路缓和曲线的长度为:l0 = 0.09808V3/R 。
11.2.2 带缓和曲线的圆曲线的主点及主元素的计算
带缓和曲线的圆曲线的主点有直缓点ZH、缓圆点HY、曲中点QZ、圆缓点YH、缓直点HZ 。
带缓和曲线的圆曲线的主元素及计算公式:
切线长 T h = q+(R+p)·tan(α/2)
曲线长 L h = 2l0+R·(α-2β0)·π/180°
外矢距 E h = (R+p)·sec(α/2)-R
切线加长 q = l0/2-l03/(240R2)
圆曲线相对切线内移量 p = l02/(24R)
切曲差 D h = 2T h -L h
式中:α 为线路转向角;β0为缓和曲线角;其中q、p、β0缓和曲线参数。
11.2.3 缓和曲线参数推导
dβ = dl/ρ = l/k·dl
两边分别积分,得:
β= l2/(2k) = l/(2ρ)
当ρ = R时,则β =β0
β0 = l0/(2R)
若选用点为ZH原点,切线方向为X轴,垂直切线的方向为Y轴,建立坐标系,则:
dx = dl·cosβ = cos[l2/(2k)]·dl
dy = dl·sinβ = sin[l2/(2k)]·dl
考虑β很小,sinβ和cosβ即sin(l2/(2k))和cos(l2/(2k))可以用级数展开,等式两边分别积分,并把k = R·l0代入,得以曲线
长度l为参数的缓和曲线方程式:
X = l-l5/(40R2l02)+……
Y = l3/(6Rl0)+……
通常应用上式时,只取前一、二项,即:
X = l-l5/(40R2l02)
Y = l3/(6Rl0)
另外,由图可知,
q = X HY-R·sinβ0
p = Y HY-R(1-cosβ0)
以β0= l0/(2R)代入,并对sin[l0/(2R)]、cos[l0/(2R)]进行级数展开,取前一、二项整理可得:q = l0/2-l03/(240R2)
p = l02/(24R)
若仍用上述坐标系,对于圆曲线上任意一点i,则i点的坐标X i、Y i可以表示为:
Xi = R·sinψi+q
Yi = R·(1-cosψi)+p
11.2.4 带缓和曲线的圆曲线的主点桩号计算及检核
ZH桩号 = JD桩号-T h
HY桩号 = ZH桩号+l0
QZ桩号 = HY桩号+L/2
YH桩号 = QZ桩号+L/2 = HY桩号+L = ZH桩号+l0+L
HZ桩号 = YH桩号+l0 = ZH桩号+L h
JD桩号 = ZY桩号-T h+D h(检核)
11.2.5 带缓和曲线的圆曲线的主点的测设过程:
(1)在JD点安置经纬仪(对中、整平),用盘左瞄准直圆方向,将水平度盘的读数配到0°00′00″,在此方向量取T h,定出ZH点;
(2)从JD沿切线方向量取T h-X HY,然后再从此点沿切线垂直方向量取Y HY , 定出HY点;
(3)倒转望远镜,转动照准部到度盘读数为α,量取T h,定出HZ点;
(4)从JD沿切线方向量取T h-X HY,然后再从此点沿切线垂直方向量取Y HY , 定出YH点;
(5)继续转动照准部到度盘读数为(α+180°)/2,量取E h,定出QZ点。
11.2.6 偏角法测设带缓和曲线的圆曲线的中桩
(一)缓和曲线的偏角计算:
tanδ = Y/X
考虑到δ很小,则tanδ≈δ,因此可得:
δ = Y/X
= l2/(6Rl0)
上式表明偏角δ与曲线长度的平方l2成正比。因此,可以得出
δi∶δ1= l i2∶ l12
HY点的偏角δ0= l02/(6Rl0) = l0/(6R) =β0/3
若用整桩距进行测设时,l2 = 2l1,l3 = 3l1,…… ,由此可得:
δ1 = (l12/ l02)·δ0
δ2 = 22δ1
┋
δn = n2δ1
(二)缓和曲线的偏角法测设过程:
①在ZH点安置经纬仪(对中、整平),用盘左瞄准JD,将水平度盘的读数配到0°00′00″;
②转动照准部到度盘读数为δ1,从ZH点量取C,定出1点;
③转动照准部到度盘读数为δi,从第i-1点量取C,与此方向交出第i点;
④检核,观测者将水平度盘读数放到β0/3 时,应能看到HY桩;
⑤另一半缓和曲线在HZ点同样过程测设。
(三)缓和曲线的偏角法测设完成后的圆曲线偏角法测设过程:
①在HY点安置经纬仪(对中、整平),用盘右瞄准ZH,将水平度盘的读数配到360°-2β0/3 ;
②转动照准部使水平度盘读数为0°00′00″,此时望远镜照准的方向为圆曲线线的切线方向,倒转望远镜;
③按照圆曲线偏角法进行测设;
④检核,如同圆曲线偏角法测设中的检核一样。
(四)直角坐标法放样过程:
①从ZY点沿切线方向量取X1,自此点沿垂直方向量取Y1,定出1点