Bài giảng Thiết kế đường ô tô: Chương 2

Bài giảng Thiết kế đường ô tô: Chương 2 trình bày các nội dung chính sau: Thiết kế bình đồ tuyến, bán kính tối thiểu trong đường cong, siêu cao và đoạn nối siêu cao, đường cong chuyển tiếp, mở rộng đường và đoạn nối mở rộng,... Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết của bài giảng.

Trang 1

10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 61

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VÀ NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN

2.1.1 Khái niệm

Bình đồ tuyến là hình chiếu bằng của tuyến đường và có 3

yếu tố chính: đoạn thẳng, đoạn đường cong tròn và đoạn

chuyển tiếp từ đường thẳng sang đường cong

2.1.2 Những yêu chung của bình đồ tuyến:

 Đảm bảo các yếu tố của tuyến không vi phạm những quy

định về trị số giới hạn đối với cấp đường thiết kế

 Đảm bảo tuyến đường ôm theo hình dạng địa hình để khối

lượng đào đắp nhỏ nhất, bảo vệ cảnh quan thiên nhiên

 Đảm bảo sự hài hoà, phối hợp giữa đường và cảnh quan

 Không nên thiết kế đường có những đoạn đường thẳng quá

dài

 Cố gắng sử dụng các tiêu chuẩn hình học cao trong điều kiện

địa hình cho phép

 Đảm bảo tuyến là một đường không gian đều đặn, êm thuận,

trên hình phối cảnh tuyến không bị bóp méo hay gãy khúc

Trang 2

2.1.3 Một số nguyên tắc cơ bản khi vạch tuyến:

Bám sát đường chim bay giữa điểm đầu và cuối tuyến

Tránh vạch tuyến qua các vị trí bất lợi về thổ nhưỡng, thủy

văn, địa chất … hoặc qua khu đất quý, đất vùng kinh tế đặc

biệt

Tuyến qua thành phố, thị trấn cần xác định trên cơ sở so

sánh kinh tế kỹ thuật và tham khảo ý kiến của địa phương

Tuyến qua vùng đồi nên dùng bán kính lớn uốn theo địa hình

tự nhiên, bỏ qua những vòng lượn nhỏ và tránh tuyến bị gãy

khúc ở bình đồ và mặt cắt dọc

Khi qua vùng đồng bẳng thì vạch tuyến thẳng, ngắn nhất Tuy

nhiên tránh dùng đoạn thẳng quá dài (>3km) , tránh dùng góc

chuyển hướng nhỏ

2.2 BÁN KÍNH TỐI THIỂU TRONG ĐƯỜNG CONG

2.2.1 Đặc đểm xe chạy trên đường cong:

- Khi xe chạy trong đường cong phải chịu thêm lực ly tâm,

lực này đặt ở trọng tâm của xe, nằm ngang và có chiều

hường từ tâm ra ngoài đường cong, có giá trị

Trong đó m : khối lượng xe

v : vận tốc xe chạy trong đường cong

R : bán kính đường cong

Lực ly tâm có thể gây lật xe, trượt ngang, tiêu tốn nhiên liệu, hao mòn lốp xe, gây

khó khăn cho việc điều khiển xe và làm cho hành khách trên xe cảm thấy khó chịu.

- Xe chạy trong đường cong yêu cầu bề rộng phần xe chạy lớn hơn đường thẳng

- Xe chạy trong đường cong dễ bị cản tầm nhìn nhất là khi bán kính đường cong nhỏ,

ở đoạn đường đào.

H3.1-Các lực tác dụng khi xe chạy trong đường cong

2.2.1 Đặc đểm xe chạy trên đường cong:

Gọi Y là tổng lực ngang tác dụng lên xe

Y=C.cos ± G.sin

“+” khi đường 2 mái và xe chạy ở phần lưng đường cong

“-” khi đường có siêu cao và dốc về phía bụng đường cong

Do góc  nhỏ nên cos1 và sin tgi n

 m được gọi là hệ số lực ngang đặc trưng cho lực ngang tác dụng lên một đơn vị

trọng lượng của xe

Từ đó ta có với v là (m/s) thì

với V là (km/h) thì

Trang 3

2.2.2 Xác định Hệ số lực ngang:

 Theo điều kiện ổn định chống lật

Điều kiện ổn định giữa mô men lật và mô men giữ cho ta

Trong đó:

b là khoảng cách giữa hai bánh xe

h là chiều cao của trọng tâm xe

D là độ dịch ngang của thân xe so với bánh

Theo thực nghiệm D = 0,2.b

Đối với xe con thì b/h = 2 ÷ 3

Đối với xe buýt thì b/h = 1,7 ÷ 2,2

Theo trị số an toàn nhỏ nhất ta có điều kiện để xe ổn định không lật là m ≤ 0,6

 Theo điều kiện ổn định chống trượt ngang

Điều kiện để xe không bị trượt là

Trong đó: G là tải trọng tác dụng lên bánh xe

φ là hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường

φ1là hệ số bám dọc φ1= (0,7÷0,8)φ

φ 2 là hệ số bám ngang φ 2 = (0,6÷0,7)φ

Khi đó ta có Y ≤ G.φ2

Như vậy ta có các điều kiện của μ như sau:

Mặt đường khô, sạch  μ ≤ 0,36

Mặt đường ẩm, sạch  μ ≤ 0,24

Mặt đường ẩm, bẩn  μ ≤ 0,12

H3.2-Tương quan giữa lực bám ngang và dọc

 Theo điều kiện êm thuận và tiện nghi với hành khách

Điều tra cho ta kết quả như sau

- Khi μ = 0,1 hành khách khó nhận biết là xe vào đường cong

- Khi μ = 0,15 hành khách bắt đầu cảm nhận thấy đã vào đường cong

- Khi μ = 0,20 hành khách cảm thấy có đường cong và hơi khó chịu Người

lái xe lúc này muốn giảm tốc độ chạy xe.

- Khi μ = 0,30 hành khách cảm thấy bị xô dạt về một phía

Để đảm bảo êm thuận và thoải mái cho hành khách nên chọn μ = 0,15 Trong

điều kiện khó khăn, khi hành khách có chuẩn bị cho phép dùng μ = 0,25

Trang 4

 Theo điều kiện tiết kiệm nhiên liệu và săm lốp

Thực tế cho thấy μ càng lớn thì độ mài mòn lấp xe, máy móc, tiêu hao nhiên

liệu càng tăng Nghiên cứu cho thấy nên dùng μ ≤ 0,1

TÓM LẠI:

- Trong điều kiện bình thường chọn μ = 0,10

- Trong điều kiện địa hình khó khăn chọn μ = 0,15

- Trong điều kiện đặc biệt khó khăn chọn μ = 0,20

2.2.3 Lựa chọn bán kính đường cong bằng:

 Xác định bán kính đường cong nằm theo hệ số lực ngang μ

Trong đó V : tốc độ xe chạy tính toán km/h

μ : hệ số lược ngang

iscmax: độ dốc siêu cao lớn nhất

isctt: độ dốc siêu cao thông thường, isctt= iscmax– 2%

i n : độ dốc ngang mặt đường, i n = 2  4%

 Xác định bán kính đường cong nằm tối bảo đảm tầm nhìn ban đêm (Tầm

nhìn 1 chiều)

Vào ban đêm tầm nhìn S của người lái xe

phụ thuộc vào góc phát sáng theo phương

ngang của đèn Thường góc phát sáng này

nhỏ   2 0 nên bán kính đường cong được

xác định như sau:

H3.4 Sơ đồ tầm nhìn ban đêm

= = 2. 

180 p.

=90

p ≈ 15

Trang 5

Đây là bái toán kinh tế kỹ thuật Bán kính được chọn theo các nguyên tắc sau

- Lớn hơn các giá trị giới hạn

- Phù hợp với địa hình, càng lớn càng tốt

- Đảm bảo sự nối tiếp giữa các đường cong, bố trí được các yếu tố đường cong

- Đảm bảo sự hài hòa các yếu tố của tuyến và phối hợp tuyến với cảnh quan

 Chỉ trong trường hợp khó khăn mới vận dụng bán kính đường cong

nằm tối thiểu Khuyến khích dùng bán kính tối thiểu thông thường

trở lên, và luôn tận dụng địa hình để đảm bảo chất lượng chạy xe

tốt nhất

 Bán kính đường cong nằm tối thiểu theo TCVN 4054:2005

2.3 SIÊU CAO VÀ ĐOẠN NỐI SIÊU CAO

2.3.1 Khái niệm về siêu cao

Khi xe chạy trong đường cong, những

xe chạy bên nửa phía ngoài tim đường

(phía lưng đường cong) kém ổn định

hơn những xe chạy phía bụng đường

cong Vì vậy, để đảm bảo an toàn và

tiện lợi trong việc điều khiển ô tô ở các

đường cong bán kính nhỏ thì phải làm

cho mặt đường có độ dốc ngang 1 mái

nghiên về phía bụng của đường cong

(Hình 3.2)  Mặt đường bố trí siêu cao

H3.2 Bố trí siêu cao trong đường cong

Trang 6

2.3.2 Mục đích bố trí siêu cao

 Giảm hệ số lực ngang μ

 Tăng tốc độ xe chạy trong đường

cong nằm

 Tăng mức độ an toàn chạy xe trong

đường cong nằm

 Tạo cho lái xe yên tâm chạy với tốc

độ cao, đảm bảo yêu cầu mỹ quan,

quang học và mặt đường không có

cảm giác bị thu hẹp một cách giả tạo

trong đường cong

2.3.3 Độ dốc siêu cao

Từ công thức tính hệ số lực ngang

Để giảm μ ta có các biện pháp sau:

- Tăng R

- Giảm V

- Bố trí mặt đường có dốc ngang 1 mái về

phía bụng đường cong (gọi là siêu cao)

Độ dốc siêu cao isc= in iscmax

iscmax xác định theo điều kiện xe không bị

trượt ngang trên mặt đường

Theo TCVN thì iscmax = 8%  2% < isc< 8%

Trang 7

2.3.4 Bố trí siêu cao

 Độ dốc siêu cao lấy theo bán kính đường cong nằm và tốc độ

thiết kế của tuyến đường Độ dốc siêu cao lớn nhất không

quá 8 % và nhỏ nhất không dưới 2 %

 Lề đường phần gia cố làm cùng độ dốc và cùng hướng với

dốc siêu cao, phần lề đất không gia cố phía lưng đường cong

dốc ra phía lưng đường cong

 Các phần xe chạy riêng biệt nên làm siêu cao riêng biệt

 Khi thiết kế siêu cao trong đường cong, chú ý thiết kế độ dốc

dọc của lòng rãnh cho thích đáng để đảm bảo việc thoát

nước trong rãnh dọc được tốt

2.3.5 Đoạn nối siêu cao

 Để chuyển tiếp một cách điều hòa

từ trắc ngang hai mái (trên đường

thẳng) sang trắc ngang một mái

(trong đường cong) phải có một

đoạn chuyển tiếp Lsc Đoạn này

được gọi là đoạn nối siêu cao.

 Có 2 phương pháp nâng siêu cao

 Phương pháp quay quanh tim

 Phương pháp quay quanh mép

H3.3 Sơ đồ tính Lsc theo phương pháp quay quanh tim

2.3.5.1 Phương pháp quay quanh tim:

 Quay mái mặt đường bên lưng đường

cong quanh tim đường cho đạt độ dốc

ngang mặt đường in;

 Tiếp tục quay cả mặt đường quanh tim

đường cho đạt độ dốc i sc

Khi thực hiện quay siêu cao thì đoạn nối siêu

cao L sc có chức năng chuyển hóa một cách

điều hòa từ mặt cắt ngang thông thường hai

mái sang cắt ngang đặc biệt có siêu cao Sự

chuyển hóa này tạo ra độ dốc dọc phụ i f do

đó ta có:

Trang 8

H3.3 Sơ đồ tính Lsc theo phương pháp quay quanh tim

Công thức tính chiều dài đoạn nối siêu cao

Lscvà chiều dài các đoạn đặc trưng như sau

Trong đó b : chiều rộng mặt đường

i f = 1 % khi Vtt < 60 km/h

i f = 0.5 % khi Vtt ≥ 60 km/h

i n : độ dốc ngang mặt đường

Xét mặt cắt ngang bất kỳ cách đầu đoạn một khoảng x

 Nếu x≤L1thì mặt cắt nằm trong đoạn 1:

Độ dốc bên bụng đường cong: i=i n

Độ dốc bên lưng đường cong :

 Nếu L 1 ≤ x ≤L 2 thì mặt cắt nằm trong đoạn 2:

Độ dốc bên bụng đường cong :i=in

Độ dốc bên lưng đường cong:

 Nếu (L1+L 2 ) ≤ x ≤ L sc thì mặt cắt nằm trong đoạn 3 :

Độ dốc cả mặt đường

H3.4 Sơ đồ tính Lsc theo phương pháp quay quanh mép

2.3.5.2 Phương pháp quay quanh mép:

 Quay mái mặt đường bên lưng đường

cong quanh tim đường cho đạt độ dốc

ngang mặt đường in;

 Tiếp tục quay cả mặt đường quanh mép

đường cho đạt độ dốc i sc

Công thức tính chiều dài đoạn nối siêu cao

L sc và chiều dài các đoạn đặc trưng như sau

Trang 9

 Nếu tại vị trí đường cong không bị khống

chế bởi điều kiện quy hoạch thoát nước

hoặc san nền thì dùng phương pháp quay

quanh tim đường để nâng siêu cao.

 Để giải quyết vấn đề tâm lý cho người lái

xe, với những đường cong ôm vực, người

ta thiết kế mặt đường có độ dốc siêu cao

ngược (mặt đường có độ dốc nghiên về

phía lưng đường cong), độ dốc siêu cao

ngược không được vượt quá 4%.

2.3.6 Trình tư tính toán nâng siêu cao

 Xác định độ dốc siêu cao isc, độ dốc dọc phụ thêm i f

 Chọn phương pháp nâng siêu cao

 Lựa chọn chiều dài đoạn bố trí siêu cao L SC

 Từ chiều dài L bố trí đã chọn tính lại ifvà tính các đoạn đặc trưng L 1 , L 2 , L 3

 Tính độ dốc phần mặt đường trong đoạn nối siêu cao

 Tính các độ dốc lề đường (lề đất, lề gia cố), độ dốc dải phân cách tại các

mặtcắt ngang trong đoạn nối siêu cao phụ thuộc vào độ dốc ngang mặt

đường và phương pháp nâng siêu cao.

 Kết hợp tính toán đường cong chuyển tiếp và mở rộng trong đường cong

thiết kế trắc ngang trên cơ sở các độ dốc ngang đã xác định được.

Trang 10

2.4 ĐƯỜNG CONG CHUYỂN TIẾP

2.4.1 Khái niệm đường cong chuyển tiếp

 Khi xe chạy từ đoạn đường thẳng có bán kính là 

vào đoạn đường cong có bán kính bằng R, điều kiện

xe chạy bị thay đổi đột ngột:

- Bán kính từ + chuyển sang R

- Lực ly tâm tăng dần từ 0 đến

- Góc  giữa trục bánh trước và trục xe tăng từ 0 đến 

 Những thay đổi đột ngột này gây cảm giác khó chịu

cho lái xe và hành khách và gây khó khăn trong điều

khiển xe Do vậy cần bố trí đường cong chuyển tiếp

(ĐCCT) nhằm:

- Thay đổi góc  từ từ đến góc ngoặt cần thiết.

- Giảm mức độ tăng lực ly tâm đột ngột để tránh tình

trạng hành khách bị xô ngang

- Làm cho tuyến đường hài hòa, lượn đều không bị gãy

khúc, làm tăng sự êm thuận và an toàn xe chạy.

LA



R

2.4.2 Phương trình đường cong chuyển tiếp dạng Clô-tô-it

 Đoạn ĐCCT được thiết kế với điều kiện:

 Tốc độ xe chạy trên đường thẳng bằng tốc độ xe chạy trên đường

cong.

 Phương trình ĐCCT phù hợp với qũy đạo xe chạy trong thực tế, bán

kính đường cong thay đổi tỉ lệ nghịch với góc ngoặt của bánh xe trước

và được xác định bằng công thức:

trong đó:

L A – Chiều dài khung xe, m;

 - góc ngoặt của bánh xe trước;

 - bán kính đường cong tại điểm tính toán, m.

=

L A



R

2.4.2 Phương trình đường cong chuyển tiếp dạng Clotoit

 Ngoài đường thẳng,  = 0, tăng dần khi vào đường cong và tại tiếp đầu

của đường cong tròn có bán kính bằng R,  = 0và ta có:

 Nếu xe chạy với tốc độ không đổi v (m/s), tốc độ quay góc ngoặt của bánh

xe trước không đổi là , gọi S là chiều dài đoạn đường xe chạy được trên

ĐCCT, t là thời gian xe chạy tương ứng, ta có:

Thay vào trên, ta có:

Vì LA, v,  là những đại lượng không đổi nên:

Do đó:

Phương trình trên là cơ sở để thiết kế ĐCCT Nó chính là phương trình

đường cong dạng Clotoit.

=

= = .

= . .

.

=

Trang 11

2.4.2 Phương trình đường cong chuyển tiếp dạng Clô-tô-it

Phương trình đường cong Clotoit :

Hằng số C có thể xác định từ điều kiện: khi S = L

(tại cuối ĐCCT) thì  = R và ta có:

C = .S = R.L = A 2

A được gọi là thông số của đường cong Clotoit

L là chiều dài ĐCCT

P.trình được chuyển sang hệ tọa độ đề các:

(đây là phương trình hội tụ nhanh nên chỉ cần

tính 2 số hạng đầu là đủ)

=

-2.4 ĐƯỜNG CONG CHUYỂN TIẾP

2.4.3 Xác định chiều dài ĐCCT tối thiểu

 Chiều dài ĐCCT được xác định từ điều kiện để lực ly tâm tăng dần dần

không gây cảm giác khó chịu cho hành khách khi xe chạy vào đường cong.

 Muốn vậy tốc độ tăng gia tốc ly tâm I không được vượt quá trị số cho phép

có thể gây khó chịu cho hành khách Lực ly tâm phải tăng từ từ, thay đổi từ

0 ở ngoài đoạn thẳng đến trị số cực đại v 2 /R khi vào đến đường cong tròn

với độ tăng gia tốc ly tâm là I.

(Giá trị độ tăng gia tốc ly tâm theo Liên Xô cũ và Việt Nam I=0.5 m/s 3 )

 Thời gian xe chạy trên đoạn ĐCCT có thể xác định theo công thức:

 Do đó chiều dài ĐCCT có thể xác định:

 Nếu v tính bằng km/h thì:

=

.

=

47 ( )

= = ( )

2.4.4 Trình tư cắm ĐCCT

* Bước 1: Xác định các thông số cơ bản của

đường cong tròn:

Tiếp tuyến đường cong:

Chiều dài đường cong:

Phân cự: p=

* Bước 2: Xác định chiều dài ĐCCT: LCT từ đó

xác định thông số

* Bước 3: Xác định góc kẹp 0= LCT/2R và kiểm tra 0≤ /2 (ko thỏa thì phải tăng R)

* Bước 4: Xác định tọa độ điểm cuối ĐCCT (x0 ,y 0 ) có S=L CT và độ dịch chuyển t,p

Trang 12

2.4.4 Trình tư cắm ĐCCT

* Bước 5: Tính lại bán kính đường cong tròn

R 1 =(R+p) và tính lại yếu tố đường cong tròn

theo R 1 :

* Bước 6: Xác định chiều dài phần còn lại của

đường cong tròn

* Bước 7: Xác định lý trình điểm bắt đầu NĐ

và kết thúcNC của đường cong chuyển tiếp

* Bước 8: Xác định tọa độ các điểm của ĐCCT cách nhau 5-10m ứng với thông số A.

* Bước 9: Tính và cắm phần đường cong tròn còn lại Ko

2.4.5 Trình tư cắm đường cong tròn

* Bước 2: Chọn khoảng cách cắm cọc l=5-20m tùy R, từ đó xác định góc chắn

Từ đó tính được tọa độ điểm thứ n theo công thức:

x’ n = R.sin(n.)

y’ n = R.[1-cos(n.)]

* Bước 1: Xác định hệ

trục tọa độ (x’o’y’):

Từ A đo một đoạn

t AB =y 0 cotg 0 được B,

sau đó nối B với O’

được trục o’y’  o’y’

2.5 MỞ RỘNG ĐƯỜNG VÀ ĐOẠN NỐI MỞ RỘNG

2.5.1 Khái niệm

đạo bánh trước và sau không trùng

nhau nên dải chiều rộng mà ô tô

chiếm chỗ sẽ lớn hơn trên đường

thẳng

 Để đảm bảo điều kiện xe chạy trên

đường cong tương đương như trên

đường thẳng, ở các đường cong có

bán kính nhỏ cần phải mở rộng phần

xe chạy thêm chiều rộng e (D)

H3.4 Sơ đồ xác định độ mở rộng mặt đường trong đường cong

Định dạng
Số trang	16
Dung lượng	809,25 KB