Thiết kế yếu tố hình học đường ô tô part 6 pps

127 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 3 1. Bình đồ tuyến, những yêu cầu chung đối với tuyến trên bình đồ 2. Những nguyên tắc cơ bản khi vạch tuyến, định tuyến 3. Thiết kế các đoạn tuyến nằm trên đường thẳng 4. Phân tích đặc điểm của sự chuyển động của ô tô trong đường cong tròn 5. Lực ngang và lựa chọn hệ số lực ngang tính toán trong thiế t kế đường ô tô 6. Siêu cao, tác dụng và các phương pháp nâng siêu cao. Trình tự tính toán đoạn nối siêu cao. 7. Mở rộng phần xe chạy trong đường cong tròn, bố trí đoạn nối mở rộng. 8. Nguyên tắc lựa chọn bán kính đường cong tròn. 9. Sự nối tiếp giữa các đường cong tròn 10. Đường cong chuyển tiếp: Tác dụng, dạng hình học, các dạng nối tiếp, tính toán và bố trí. 11. Đảm bảo tầm nhìn trên đường cong nằm, các phương pháp xác định phạm vi cần phá bỏ trong đường cong nằm 12. Đánh giá mức độ an toàn khi thiết kế bình đồ tuyến đường ô tô. 128 129 CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ TRẮC DỌC VÀ TRẮC NGANG 4.1 XÁC ĐỊNH ĐỘ DỐC DỌC CỦA ĐƯỜNG 4.1.1 Xác định độ dốc dọc của đường – Bài toán kinh tế-kỹ thuật Trong thiết kế đường ô tô, việc định tiêu chuẩn độ dốc dọc phải được tính toán dựa trên nguyên tắc tổng chi phí xây dựng và vận doanh là nhỏ nhất, phải xét một cách tổng hợp những ảnh hưởng của độ dốc tới giá thành xây dựng đường và tới các ch ỉ tiêu khai thác vận tải như tốc độ xe chạy, mức tiêu hao nhiên liệu, tận dụng sức chở của ô tô, … Độ dốc dọc của đường có ảnh hưởng tới giá thành xây dựng và chủ yếu là đối với khối lượng công tác nền đường. Độ dốc dọc càng lớn, chiều dài tuyến đường ở vùng đồi và núi càng rút ngắn, khối lượng đào đắp càng giảm, giá thành xây dựng do đó cũ ng hạ thấp. Ngược lại, khi độ dốc dọc càng lớn thì xe chạy càng lâu, tốc độ xe chạy càng thấp, tiêu hao nhiên liệu càng lớn, hao mòn săm lốp càng nhiều tức là giá thành vận tải càng cao. Mặt khác, khi độ dốc dọc lớn thì mặt đường càng nhanh hao mòn (do lốp xe và nước mưa bào mòn), rãnh dọc mau hư hỏng, công tác duy tu bảo dưỡng càng nhiều. Tức là khi độ dốc càng lớn thì chi phí vận doanh càng tốn kém, lưu lượng xe chạy càng nhiều thì chi phí này càng t ăng. Độ dốc dọc tối ưu là độ dốc ứng với tổng chi phí xây dựng và khai thác là nhỏ nhất. Đường quan hệ độ dốc dọc – chi phí C : Chi phí xây dựng E : Chi phí vận doanh Σ : Tổng chi phí xây dựng và vận doanh Độ dốc dọc i opt được xác định căn cứ vào địa hình, dòng xe, khả năng xây dựng, khả năng duy tu bảo dưỡng, tổng kết các kinh nghiệm, Hình 4.1 Quan hệ độ dốc dọc i (%) và chi phí i (%) Chi phÝ E C Σ i opt 130 4.1.2 Quy định khi xác định độ dốc và chiều dài đoạn dốc: Tiêu chuẩn thiết kế đường hiện hành TCVN 4054-05 [1], quy định về độ dốc và chiều dài đoạn dốc như sau: - Độ dốc dọc lớn nhất i max : Tuỳ theo cấp hạng đường, độ dốc dọc tối đa được quy định trong bảng 1.14 và bảng 4.1. Khi gặp khó khăn có thể đề nghị tăng lên 1% nhưng độ dốc dọc lớn nhất không vượt quá 11%. Đường nằm trên cao độ 2000m so với mực nước biển không được làm dốc quá 8%. Bảng 4.1 Độ dốc dọc lớn nhất các cấp đường [1] Cấp hạng I II III IV V VI Địa hình Đồng bằng Đồng bằng Đồng bằng, đồi Núi Đồng bằng, đồi Núi Đồng bằng, đồi Núi Đồng bằng, đồi Núi Độ dốc dọc lớn nhất % 3 4 5 7 6 8 7 10 9 11 - Đường đi qua khu dân cư, đường có nhiều xe thô sơ chạy : không nên làm dốc dọc quá 4%. - Dốc dọc trong hầm : không dốc quá 4% và không nhỏ quá 0,3% (thoát nước). - Trong đường đào : để đảm bảo thoát nước và rãnh dọc không phải đào quá sâu thì độ dốc dọc tối thiểu là 0,5% (Khi khó khăn là 0,3% và đoạn dốc này không kéo dài quá 50m). - Độ dốc nên dùng : không nên lớn hơn 3% để nâng cao chất lượng vận tải, khi trên đường có nhiều xe nặng, xe kéo moóc chạy thì phải căn cứ vào tính toán đặc tính động lực theo lực kéo để xác định i max Bảng 4.2 Chiều dài lớn nhất của dốc dọc (m)[1] Vtt (km/h) Độ dốc (%) 20 30 40 60 80 100 120 4 1200 1100 1100 1000 900 800 - 5 1000 900 900 800 700 - - 6 800 700 700 600 - - - 7 700 600 600 500 - - - 8 600 500 500 - - - - 9 400 400 - - - - - 10 và 11 300 - - - - - - - Chiều dài đoạn dốc lớn nhất l max : Chiều dài đoạn có dốc dọc không được quá dài, khi vượt quá quy định trong bảng 4.2 phải có các đoạn chêm dốc 2,5% và có 131 chiều dài đủ bố trí đường cong đứng (tối thiểu 50m). Các đoạn chêm còn làm chỗ tránh xe cho đường có 1 làn xe Đối với đường vùng núi, dốc lớn quanh co hiểm trở có thể bố trí đường cứu nạn theo 22TCN 218-94 Bảng 4.3 Chiều dài dốc tối đa với các độ dốc khác nhau trên đường cao tốc[2] Chiều dài dốc tối đa (m) Độ dốc dọc % Cấp 120 Cấp 100 Cấp 80 Cấp 60 2 3 4 5 6 1500 800 600 - - - 1000 800 600 - - - 900 700 500 - - 1000 800 600 - Chiều dài đoạn dốc nhỏ nhất l min : Chiều dài tối thiểu đoạn đổi dốc phải đủ để bố trí đường cong đứng và không nhỏ hơn các quy định ở bảng 4.3 Bảng 4.4 Chiều dài tối thiểu đoạn đổi dốc [1] Tốc độ thiết kế, km/h 120 100 80 60 40 30 20 Chiều dài tối thiểu đổi dốc, m 300 250 200 (150) 150 (100) 120 (70) 100 (60) 60 (50) Ghi chú : Trị số trong ngoặc được dùng cho các đường cải tạo nâng cấp khi khối lượng bù vênh mặt đường lớn. Đối với đường cao tốc chiều dài dốc tối thiểu là 300m, 250m, 200m, 150m tương ứng với các cấp 120, 100, 80, 60 và phải đủ bố trí chiều dài đường cong đứng. 4.1.3 Chiết giảm độ dốc dọc trong đường cong bằng có bán kính nhỏ: Trong đường cong bằng có bán kính nhỏ, độ dốc dọc thực tế sẽ tăng lên, bởi vì: - Trong đường cong có bố trí siêu cao, tổng hình học của độ dốc siêu cao và độ dốc dọc sẽ lớn hơn độ dốc dự định áp dụng - Cùng khắc phục độ chênh cao độ nhưng chiều dài ở bụng đường cong ngắn hơn ở tim đường nên độ dốc dọc ở mép trong sẽ lớn hơn độ dốc dọc tim đường Bảng 4.5 quy định chiết giảm độ dốc dọc trong các đường cong có bán kính nhỏ Như vậy độ dốc dọc tối đ a có thể áp dụng trong các đường cong có bán kính R≤50m là : I ad-max = I max – I cg , (%) Bảng 4.5 Lượng chiết giảm dốc dọc trong đường cong nằm có bán kính nhỏ [1] Bán kính cong nằm, m 20 - 25 25 - 30 30 - 35 35 - 50 Dốc dọc phải chiết giảm, Icg ,% 2,5 2 1,5 1 I sc I hîp thµnh I d 132 4.2 ĐƯỜNG CONG ĐỨNG. Để đảm bảo tầm nhìn tính toán, trắc dọc lượn đều không gãy khúc, xe chạy an toàn êm thuận, ở những chỗ đổi dốc trên trắc dọc phải thiết kế đường cong đứng lồi hoặc lõm dạng đường cong tròn hoặc parabol bậc 2. Điều kiện bố trí đường cong đứng: Khi hiệu đại số tuyệt đối giữa 2 độ dốc Δi = /i 1 -i 2 / ≥ 1% khi V tt ≥ 60 km/h ≥ 2% khi V tt < 60 km/h phải nối tiếp bằng các đường cong đứng . Chú ý : dấu của i là dấu đại số, lên dốc mang dấu “+” xuống dốc mang dấu “-“ 4.2.1 Xác định bán kính tối thiểu của đường cong đứng lồi Bán kính tối thiểu của đường cong đứng lồi được xác định từ điều kiện đảm tầm nhìn của người lái xe trên trắc dọc (Hình 4.2). Theo hình vẽ ta có tam giác vuông ABD có AC là đường cao thuộc cạnh huy ền : AC 2 = BC.CD vì độ dốc dọc của đường i rất nhỏ, bán kính đường cong đứng R rất lớn so với d 1 và d 2 nên có thể xem: AC ≈ l 1 ; BC ≈ d 1 ; CD ≈ 2R - d 1 ≈ 2R Với d 1 và d 2 là chiều cao tầm mắt của người lái xe đến mặt đường, m. Do đó ta có: 11 d.R2l = Hình 4.2 Sơ đồ tính toán bán kính đường cong đứng lồi Tương tự ta cũng có: Låi Lâm + i 1 - i 2 + i 1 + i 2 - i 2 - i 1 - i 1 + i 2 + i 1 + i 2 - i 1 - i 2 S l1 l2 0 d 1 d2 B C A D R 133 22 d.R2l = Do đó: ( ) R2ddllS 2121 +=+= Từ đó suy ra: () 2 min 2 12 S R,m 2d d = + (4.1) - Khi hai ô tô cùng loại gặp nhau, ta có d 1 = d 2 = d; S= S 2 (tầm nhìn hai chiều), do đó: 2 2 min S R,m 8d = (4.2) - Đối với trường hợp đảm bảo tầm nhìn một chiều thì: d 2 = 0; S = S 1 (tầm nhìn một chiều), do đó: 2 1 min S R,m 2d = (4.3) 4.2.2 Xác định bán kính tối thiểu của đường cong đứng lõm: Bán kính tối thiểu của đường cong đứng lõm được xác định từ điều kiện đảm bảo không gây khó chịu đối với hành khách và vượt tải chịu được của lò xo ô tô bởi lực ly tâm (Hình 4.3). Gọi b là gia tốc ly tâm cho phép, theo [1,2] thì b = 0,5–0,7m/s 2 , ta có: b v R R v b 2 min 2 =⇒= ; v – tốc độ xe chạy, m/s. Hình 4.3 Sơ đồ xác định bán kính đường cong đứng lõm Nếu V tính bằng km/h và b = 0,5m/s 2 thì: m, 6,5 V R 2 min = (4.4) * Xác định bán kính đường cong đứng lõm theo điều kiện tầm nhìn ban đêm Về ban đêm pha đèn của ô tô chiếu được trong đường cong đứng lõm một chiều dài nhỏ hơn so với trong đường thẳng. 134 Gọi hp là chiều cao của pha đèn ( hp =0,75 m đối với xe con). α là góc mở rộng của pha đèn. ( thường α=1 0 ). Thì S 1 2 ≈ 2.R.(hp+S1.sinα) 2 1 p1 S R 2.(h S .sin ) ⇒= +α (4.5) với S 1 là tầm nhìn một chiều yêu cầu 4.2.3 Lựa chọn bán kính đường cong đứng Trong thiết kế trắc dọc việc lựa chọn bán kính đường cong đứng nhằm tạo điều kiện tốt cho xe chạy đảm bảo an toàn êm thuận, mặt khác đường cong đứng phải bám sát địa hình để đảm bảo cho khối lượng công trình ít và công trình ổn định lâu dài, vì vậy công việc lựa chọn bán kính đường cong đứng phải thoả mãn hai đ iều kiện trên, trong trường hợp không tránh được mới vận dụng các giới hạn tính toán theo công thức trên. Bán kính đường cong đứng chọn cho bao tốt với địa hình, tạo thuận lợi cho xe chạy và mỹ quan cho đường nhưng không nhỏ hơn các trị ghi trong bảng 4.6, 4.7. Bảng 4.6 Bán kính tối thiểu của đường cong đứng lồi và lõm [1] Tốc độ thiết kế, km/h 120 100 80 60 40 30 20 Bán kính đường cong đứng lồi, m Tối thiểu giới hạn 11000 6000 4000 2500 700 400 200 Tối thiểu thông thường 17000 10000 5000 4000 1000 600 200 Bán kính đường cong đứng lõm, m Tối thiểu giới hạn 4000 3000 2000 1000 450 250 100 Tối thiểu thông thường 6000 5000 3000 1500 700 400 200 Chiều dài đường cong đứng tối thiểu, m 100 85 70 50 35 25 20 Bảng 4.7 Bán kính và chiều dài tối thiểu của đường cong đứng trên đường cao tốc [2] Các chỉ tiêu Cấp 120 Cấp 100 Cấp 80 Cấp 60 Tối thiểu, (m) 12000 6000 3000 1500 Bán kính đường cong đứng lồi Tối thiểu thông thường, (m) 17000 (20000) 10000 (16000) 4500 (12000) 2000 (9000) Tối thiểu, (m) 5000 3000 2000 1000 Bán kính đường cong lõm Tối thiểu thông thường, (m) 6000 (12000) 4500 (10000) 3000 (8000) 1500 (6000) Chiều dài đường cong đứng tối thiểu, (m) 100 85 70 50 Ghi chú : Các trị số trong ngoặc ở bảng 4.7 là các trị số bán kính đường cong đứng đạt yêu cầu về thu nhận thị giác và khi có điều kiện thì nên thiết kế đường cong đứng với bán kính đó. 135 4.3 TÍNH TOÁN VÀ CẮM ĐƯỜNG CONG ĐỨNG 4.3.1 Các công thức tính toán cơ bản Vì các độ dốc i 1 và i 2 rất nhỏ nên ta có các công thức ω = Δi = /i 1 -i 2 / (4.6) Chiều dài đường cong đứng K ≈ R.ω=R.Δi (4.7) Tiếp tuyến đường cong đứng 2 . 2 iRK T Δ == (4.8) Xác định toạ độ các điểm trên đường cong đứng: Vì các góc φ và ω rất nhỏ nên: R O ω TD i 1 TC ω T P D T i 2 B C E y x ϕ ϕ d K Hình 4.4 Sơ đồ tính toán đường cong đứng R x y R x xxxBCBEy 2 . 2 1 tan. 2 1 sin. 2 1 2 1 2 ±=⇒=≈=== ϕϕ (4.9) Phân cự d khi x=T là R K R T d 82 22 == (4.10) 136 Phương trình R x y 2 2 ±= là cơ sở để tính toán đường cong đứng, dấu “+” với đường cong đứng lõm, dấu “-“ với đường cong đứng lồi 4.3.2 Trình tự tính toán và cắm đường cong đứng Các công thức từ (4.6) đến (4.10) và hình 4.5 là cơ sở tính toán và cắm đường cong đứng. 1. Xác định vị trí cọc (đỉnh) của đường cong đứng : Thường đỉnh đường cong đứng rơi vào các vị trí cọc, nếu không thì phải chêm cọc và cũng dễ dàng xác định đượ c đỉnh giao của 2 đường thẳng có độ dốc i 1 và i 2 2. Từ (4.6), (4.7) và (4.8) xác định được chiều dài K và tiếp tuyến T của đường cong đứng. Từ các giá trị T, đo sang 2 bên đỉnh theo phương ngang sẽ xác định được điểm bắt đầu (TD) và điểm kết thúc (TC) của đường cong đứng . x y x y H T H TK d R D TD TC O i 1 i 2 T T P E ω ω K Hình 4.5 Sơ đồ tính toán đường cong đứng 3. Xác định phân cự d theo (4.10) , xác định điểm giữa P của đường cong đứng 4. Tính toán nhánh 1 đường cong đứng : - Dùng TD làm gốc toạ độ, trục x nằm ngang, trục y thẳng đứng [...]... bảo nền đường ổn định, hạn chế sử dụng tường chắn đất, tốt nhất dùng dạng đường đào có mặt cắt ngang chữ L Phương pháp này thường dùng cho đường cấp cao - Địa hình tương đối thoải của vùng đồi và vùng núi, đường đỏ được thiết kế theo phương pháp hình bao Ngồi ra phương pháp này còn dùng thiết kế đường cải tạo nâng cấp, đường cấp thấp 4.5 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TRẮC DỌC ĐƯỜNG ƠTƠ Thiết kế trắc dọc đường. .. kiện địa hình khi thiết kế trắc dọc Có 2 phương pháp thiết kế là thiết kế theo phương pháp đường bao và thiết kế theo phương pháp đường cắt, việc áp dụng phương pháp nào sẽ tuỳ thuộc vào từng loại địa hình - Vùng đồi và vùng núi : ở những vùng này thơng thường độ dốc địa hình thường lớn hơn độ dốc lớn nhất cho phép đối với đường, vì vậy nối chung là thiết kế theo phương pháp hình cắt, tức là đường đỏ... trình tự tính tốn trên được lập với giả thiết chiều dài tiếp tuyến, chiều dài cung, chiều dây cung là hầu như bằng nhau Giả thiết này hồn tồn có thể chấp nhận được khi tính tốn các yếu tố đường cong đứng vì góc ngoặt tại đỉnh đường cong đứng Δi rất nhỏ 4.4 NHỮNG U CẦU VÀ NGUN TẮC CƠ BẢN KHI THIẾT KẾ TRẮC DỌC 4.4.1 Các u cầu và ngun tắc cơ bản khi thiết kế trắc dọc Thiết kế đường đỏ hay thiết kế trắc dọc... nền đường Đường có Vtt từ 60 km/h trở lên phải có dãi dẫn hướng – là vạch sơn liền rộng 20cm nằm trên lề gia cố, sát với mép mặt đường Bảng 4.10 Độ dốc ngang các yếu tố của mặt cắt ngang Yếu tố mặt cắt ngang Phần mặt đường và phần lề gia cố Bê tơng xi măng và bê tơng nhựa Các loại mặt đường khác, mặt đường lát đá tốt, phẳng Mặt đường lát đá chất lượng trung bình Mặt đường đá dăm, cấp phối, mặt đường. .. khoảng cách x của chúng - Tính tốn tung độ y của các cọc theo cơng thức y = ± x2 2R - Tính tốn cao độ thiết kế các cọc HTK = HT + y Trong đó HT là cao độ theo đường tang - Tính tốn cao độ đào đắp : h=HTK-HTN 5 Tính tốn nhánh 2 đường cong đứng : Tương tự, với TC là gốc toạ độ, trục x hướng sang trái, trục y thẳng đứng 6 Ghi các cao độ thiết kế lên trắc dọc: Trong phạm vi đường cong đứng bao giờ cũng phải... dọc tuyến đường - Đảm bảo thốt nước tốt từ nền đường và khu vực hai bên đường Cần tìm cách nâng cao tim đường so với mặt đất tự nhiên vì nền đường đắp có chế độ thủy nhiệt tốt hơn so với nền đường đào Chỉ sử dụng nền đường đào ở những đoạn tuyến khó khăn như qua vùng đồi núi, sườn dốc lớn,… 137 - Độ dốc dọc tại các đoạn nền đường đào hoặc đắp thấp (cần phải làm rãnh dọc) khơng được thiết kế nhỏ hơn... dọc đường ơ tơ tức là vạch đường đỏ (đường nối các cao độ thi cơng) trên mặt cắt dọc địa hình tự nhiên vẽ theo trục đường Đường đỏ thiết kế vạch khác nhau thì độ cao thi cơng ở các điểm (các cọc) cũng khác nhau, dẫn đến khối lượng đào đắp khác nhau và giải pháp kỹ thuật thiết kế các cơng trình chống đỡ và các cơng trình cầu cống cũng có thể khác nhau Vì thế khi thiết kế đường đỏ, ngồi việc cần bảo... điểm thiết kế tổng thể nền mặt đường, trên cơ sở phân tích tính tốn quan hệ giữa chế độ thuỷ nhiệt với cường độ của đất nền đường (thay đổi tuỳ thuộc vào sự phân bổ độ ẩm trong nền đường) - Xuất phát từ quan điểm tạo thuận lợi cho việc xây dựng đường hoặc thoả mãn các u cầu hay hạn chế về mặt thi cơng Chẳng hạn tuyến đi sườn núi, những người khảo sát thiết kế đường ở nước ta thương có quan điểm thiết kế. .. thơng Bảng 4.9 Tốc độ hạn chế khi xuống dốc Độ dốc xuống (%) 0,11 0,09 0,07 0, 06 0,05 0,04 Vhc (Km/h) 20-25 40 60 80 100 120 + Đoạn qua khu dân cư, các chỗ giao nhau : Theo các quy định hiện hành của luật giao thơng đường bộ 145 + Theo chất lượng mặt đường : Mặt đường cấp thấp B1 và B2 vận tốc Vhc=4 060 Km/h; mặt đường cấp cao A2 Vhc=80-100km/h; mặt đường cấp cao A1 khơng hạn chế 3 Định tốc độ tối đa cho... km/h; Khi tính tốn cần phải xét cả hai trường hợp: xe con có kích thước bé nhưng tốc độ xe chạy cao, xe tải có tốc độ thấp nhưng kích thước lớn 4.7.2 Lề đường: Dải đất song song và nằm sát phần xe chạy gọi là lề đường Lề đường có tác dụng giữ cho mép mặt đường khơng bị hư hỏng Lề đường phải đảm bảo khi cần thiết ơ tơ có thể tránh hoặc đỗ trên lề đường Khi sửa chữa xây dựng mặt đường, lề đường còn là . núi, đường đỏ được thiết kế theo phương pháp hình bao. Ngoài ra phương pháp này còn dùng thiết kế đường cải tạo nâng cấp, đường cấp thấp. 4.5 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TRẮC DỌC ĐƯỜNG ÔTÔ Thiết kế. kế trắc dọc đường ô tô tức là vạch đường đỏ (đường nối các cao độ thi công) trên mặt cắt dọc địa hình tự nhiên vẽ theo trục đường. Đường đỏ thiết kế vạch khác nhau thì độ cao thi công ở các điểm. 4.4.2.2 Ảnh hưởng của điều kiện địa hình khi thiết kế trắc dọc. Có 2 phương pháp thiết kế là thiết kế theo phương pháp đường bao và thiết kế theo phương pháp đường cắt, việc áp dụng phương pháp