ĐỀ CƯƠNG THIẾT KẾ ĐƯỜNG ÔTÔ

Câu 5:Trình bày các loại đường cong chuyển tiếp, ý nghĩa của đường cong chuyển tiếp và công thức tính chiều dài đoạn cong chuyển tiếp.. Câu 4 Siêu cao  KN : là cấu tạo đặc biệt trong đ

CÂU HỎI ÔN TẬP MÔN THIẾT KẾ ĐƯỜNG Ô TÔ LỚP ĐƯỜNG HẦM – METRO K51

Câu 1:Nêu tóm tắt trình tự các bước chính trong công tác thiết kế đường ô tô Các

nội dung cần có trong hồ sơ bản vẽ thiết kế đường ô tô

Câu 2:Trình bày các lực tác dụng lên xe khi xe chuyển động trên đường.

Câu 3:Trình bày các khái niệm lưu lượng xe thiết kế, cấp hạng thiết kế và vận tốc

thiết kế được sử dụng trong môn học thiết kế đường ô tô.Trình bày các loại vận tốc chủ yếu sử dụng khi thiết kế đường ô tô

Câu 4:Trình bày khái niệm siêu cao và ý nghĩa của siêu cao Trình tự các phương

pháp nâng siêu cao trong đường ô tô và áp dụng của mỗi phương pháp

Câu 5:Trình bày các loại đường cong chuyển tiếp, ý nghĩa của đường cong chuyển

tiếp và công thức tính chiều dài đoạn cong chuyển tiếp

Câu 6:Trình bày tóm tắt các phương pháp nâng cao chất lượng xe chạy khi xe vào

đường cong bằng

Câu 7:Trình bày các nguyên tắc chủ đạo khi thiết kế bình đồ.

Câu 8:Trình bày các nguyên tắc chủ đạo khi thiết kế trắc dọc.

Câu9:Trình bày các loại đường cong đứng và căn cứ xác định giá trị bán kính tối

thiểu của các loại đường cong đứng

Câu10:Trình bày các dạng mặt cắt ngang điển hình, các phương pháp tính toán

khối lượng đào đắp sử dụng trong thiết kế đường ô tô

Câu 11:Các số liệu đầu vào và căn cứ sử dụng để tính toán giá thành và tổng mức

đầu tư công trình đường ô tô

Câu 12: Ý nghĩa của công tác phân kỳ đầu tư Trình bày các ví dụ phân kỳ đầu tư

trong xây dựng và vận hành đường ô tô

-KN: Xuất hiện tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường

-Tính chất: Ngược chiều và cản trở sự chuyển động của ô tô

-Nguyên nhân sinh ra :

+ Do ma sát giữa bánh xe với mặt đường

+Do biến dạng của lốp xe và biến dạng của mặt đường

+ Do xe bị xung kích và chấn động trên mặt đường không bằng phẳng

+ Do ma sát trong ổ trục của xe khi xe chạy

-Công thức xác định :

Pf = f.G (kG) + f: Hệ số sức cản lăn phụ thuộc độ cứng lốp xe, tốc độ xe chạy và chủ yếu

phụ thuộc vào loại mặt đường (Thường lấy f=0,02 )

 V<50Km/h => f không thay đổi,

 50≤V≤150Km/h => f tăng theo công thức fv = f.[1+0,01(V-50)]

2 Lực cản do không khí Pw

-Nguyên nhân sinh ra :

+ Do phản lực của khối không khí phía trước

+ Do ma sát của thành xe với không khí hai bên

+ Do khoảng chân không phía sau ô tô hút lại

-Công thức xác định :

 Theo khí động học( không khí khi không có gió )

F – diện tích cản trở (diện tích mặt cắt ngang lớn nhất của ô tô) (m2)

F = 0,8.B.H (B và H là chiều rộng và chiều cao của ô tô m)

v – vận tốc tương đối của xe kể cả tốc độ gió, thường tính với vận tốc

gió bằng không, như vậy v là vận tốc xe chạy tính toán (m/s)

 Trong kỹ thuật km/h:

3 Lực cản do lên dốc Pi

-Nguyên nhân sinh ra :

+ Do trọng lượng bản thân ô tô gây ra khi xe chuyển động trên mặt phẳng nghiêng

-Công thức xác định :

Pi = ± G sinα

Do sinα ≈ tgα = i (α nhỏ) i – độ dốc dọc của đường

=> Pi = ± G i

-Xe lên dốc lấy dấu “+” Pi ngược chiều chuyển động

-Xe xuống dốc lấy dấu “-“ Pi cùng chiều chuyển động

4 Lực cản do quán tính Pj

-Bao gồm sức cản quán tính :

+Do chuyển động tịnh tiến của ô tô có khối lượng m

+ Do các bộ phận quay của ô tô

-Xe tăng tốc lực quán tính ngược và cản trở chuyển động ô tô

-Xe giảm tốc, lực quán tính cùng chiều chuyển động

- Công thức xác định :

Pj = ± m.j+ m – khối lượng ô tô m=G/g( G – trọng lượng của ô tô, g – gia tốc trọng trường)+J –gia tốc của ô tô J=dv/dt(v – tốc độ xe chạy, t – thời gian)

-Do còn chuyển động quay của bánh xe, trục xe nên nhân thêm hệ số kể đến quán tính quay δ=1,03-1,07

Dấu “+” ứng trường hợp tăng tốc và dấu “-” ứng trường hợp giảm tốc

-Nguyên nhân sinh ra:

Xe chạy, nhiên liệu cháy trong động cơ, biến nhiệt năng thành cơ năng tạo một công suất làm quay trục khuỷu, tạo mô men quay M tại trục động cơ rồi chuyền quahộp số, trục các đăng tới cầu xe tạo mô men quay tại trục chủ động Mk và sinh ra lực kéo Pk tại bánh xe chủ động

Công suất hiệu dụng N của động cơ tạo mô quay M tại trục khuỷu của động cơ :

w : là vận tốc góc của trục quay:

n : số vòng quay tính bằng v/phút

-Tính được mô men quay ở bánh xe chủ động:

Mk=M.ik.η.io (kG.m)

+ ik: tỉ số truyền của hộp số, thay đổi theo số cài của xe

+ io: tỉ số truyền cơ bản ở cầu xe, phụ thuộc vào loại xe

+ η: hệ số hiệu dụng của cơ cấu truyền động

η=0.8÷0.85 đối với xe tải

η=0.85÷0.9 đối với xe con, xe du lịch

+ rk phụ thuộc áp lực hơi trong lốp xe, cấu tạo lốp và tải trọng tác

dụng trên lốp xe Thường rk=(0,93-0,96)r

câu 3.

 Lưu lượng xe thiết kế

-KN: là số xe con quy đổi từ xe khác, qua một mặt cắt ngang đường trong một đơn

vị thời gian, tính cho năm tương lai

Năm thiết kế tương lai là năm mà tuyến đường thỏa mãn yêu cầu sử dụng và có mức độ phục vụ nhất định

 Cấp hạng thiết kế

- Tốc độ thiết kế ảnh hưởng quyết định :

+ Chất lượng của con đường;

+Tính an toàn và chất lượng của giao thông thông qua đặc điểm đường;

+ Tính kinh tế

 Các loại vận tốc chủ yếu :

™- Tốc độ xe lý thuyết (VLT)

Là tốc độ tính toán theo một mô hình nhất định của 1 ô tô con chạy một mình, không có cản trở của xe khác trên một đoạn đường có những điều kiện đường nhất định khi thời tiết thuận lợi

Câu 4 Siêu cao

 KN : là cấu tạo đặc biệt trong đường cong có bán kính nhỏ, phần đường phíalưng đường cong nâng cao để mặt đường có độ dốc ngang một mái nghiêng

về phía bụng đường cong đảm bảo xe chạy an toàn, êm thuận

 Ý nghĩa :

+ Giảm lực ngang, do đó giảm tác hại lực ly tâm, đảm bảo xe chạy an toàn trong đường cong

+ Tác dụng tâm lý có lợi cho người lái, làm người lái tự tin điều khiển xe khi vào trong đường cong

+ Tác dụng về mỹ học và quang học, làm mặt đường không bị cảm giác thu hẹp giả tạo khi vào đường cong

 Phương pháp nâng siêu cao:

1 Phương pháp quay quanh tim đường

Trình tự các bước :

- 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 isc

Tính chiều dài đoạn nối siêu cao Lsc và các đoạn đặc trưng:

Tính lại độ dốc dọc phụ thêm

Tìm được công thức tính độ dốc ngang i tại mặt cắt ngang bất kỳ trong đoạn nối siêucao cách đầu đoạn một khoảng cách x như sau :

+ Nếu x≤L1 thì mặt cắt nằm trong đoạn 1 :

Độ dốc bên bụng đường cong i=in

Độ dốc bên lưng đường cong

+ Nếu L1≤x≤L1+L2 thì mặt cắt nằm trong đoạn 2 :

Độ dốc bên bụng đường cong i=in

Độ dốc bên lưng đường cong

+ Nếu (L1+L2) ≤x≤ Lsc thì mặt cắt nằm trong đoạn 3 :

Độ dốc cả mặt đường

2 Phương pháp quay quanh mép đường

- Quay mái mặt đường bên lưng đường cong quanh tim đường cho đạt độ dốc in;

- Tiếp tục quay quanh mép trong mặt đường (khi chưa mở rộng) cho đạt độ dốc isc Tính được chiều dài đoạn nối siêu cao Lsc và các đoạn đặc trưng như sau :

Tính lại độ dốc dọc phụ thêm

Tính độ dốc ngang i tại mặt cắt ngang bất kỳ trong đoạn nối siêu cao tương tự như phương pháp trên.

3 Đối với đường cao tốc, đường có nhiều làn xe thì có các phương pháp nâng siêu

cao như hình 3.8

a Hình 3.8a là mặt cắt ngang trên đoạn thẳng

b Hình 3.8b quay quanh tim đường (tim phần dải phân cách giữa) với bề rộng b là khoảng cách giữa 2 mép đường

c Hình 3.8c nâng siêu cao hai phần đường riêng quanh 2 mép giữa đường giáp giải phân cách :

Chiều dài đoạn nối siêu cao Lsc và chiều dài các đoạn đặc trưng như sau :

i tại mặt cắt bất kỳ trong đoạn nối siêu cao cách đầu đoạn một khoảng cách x: + Nếu x≤L1 thì mặt cắt nằm trong đoạn 1 :

Độ dốc phần đường bên trái (bên bụng) i=in

Độ dốc phần đường bên phải (bên lưng)

+ Nếu L1≤x≤L1 + L2 thì mặt cắt nằm trong đoạn 2 :

Độ dốc phần đường bên trái i=in

Độ dốc phần đường bên phải

+ Nếu (L1+L2) ≤x≤ Lsc thì mặt cắt nằm trong đoạn 3 :

Độ dốc nâng cả 2 phần trái và phải

d Hình 3.8d quay quanh mép trong đường với bề rộng b là khoảng cách giữa 2 mépđường

e Hình 3.8e nâng siêu cao hai phần đường riêng quanh 2 tim của từng phần

- Nên dung phương pháp quay quanh tim đường Với phương pháp này cao độ timđường không thay đổi nên dễ dàng thể hiện trên trắc dọc và tổng quát được khi lập các chương thiết kế trên máy tính Thuận lợi với trường hợp tuyến uốn lượn gồm nhiều đường cong ngược chiều liên tiếp

- Với đường cao tốc, nhiều làn xe thì nên thiết kế theo các phương pháp hình 3.8b

và 3.8c đảm bảo tạo được độ đều đặn về thị giác khi nhìn từ xa

Độ tăng gia tốc ly tâm I theo thời gian quy định tuỳ từng nước

Với I=0,5 m/s3 :

Lct còn xác định từ điều kiện thời gian hành trình trên ĐCCT Với lái xe trình độ chuyên môn trung bình thời gian này bằng 3s ta được công thức

Lct = 3.v = 0,83V (m)

3.Các loại đường cong chuyển tiếp :

Tiêu chuẩn lựa chọn loại đường cong toán học làm ĐCCT phụ thuộc 2 điều kiện cơ bản:

- Dạng đường cong phù hợp với quỹ đạo chuyển động của xe

- Tính toán và cắm đường cong đơn giản và dễ dàng

Dưới đây nghiên cứu từng loại đường cong

a Đường cong clothoid

- Đường ôtô tốc độ tính toán 60km/h trở lên sử dụng đường clothoid không chỉ làm đường cong chuyển tiếp mà còn làm yếu tố tuyến làm đẹp thêm hình ảnh đường

Là phương trình cơ sở lý thuyết tính toán đường cong clothoid

Phương trình clothoid hệ toạ độ Descarte :

Điểm cuối của ĐCCT có S=L ứng với toạ độ (X0, Y0)

Góc φ hợp bởi tiếp tuyến của điểm cuối ĐCCT và đường tang chính được xác

định như sau:

 Đặc điểm đường cong clothoid

- Có một lượng vô hạn đường clothoid tương tự nhau về mặt hình học, khi phóng

to hoặc thu nhỏ chiều dài đường cong thay đổi tỉ lệ thuận thông số A, tất cả góc

và trị số tương quan khác giữ nguyên không đổi (hình 3.15)

-Các vị trí đặc trưng và các vị trí về hình dạng của đường clothoid :

+ Một điểm trên đường clothoid mà tại đó R=L=A gọi là điểm đặc trưng Có φ=0.5 hoặc φ=31.8310 grad Nhờ điểm đặc trưng có thể xác định thông số bất kỳ một đường clothoid nào bằng cách đo chiều dài L đến điểm tiếp xúc của đường tang có góc φ=0.5

+Ngoài ra còn điểm hình dạng, điểm ấy có các số tròn số khi tính tỷ số A/R

+ Ta có thêm điều kiện xác định thông số đường clothoid rút ra từ các khả năng sử dụng trung bình của đường clothoid Nó dựa chủ yếu trên những yêu cầu về hình dáng đường ,chúng ta có điều kiện:

Khi bán kính đường cong tròn nhỏ nên chọn các thông số ở cận trên

b Đường hoa thị Lemniscat Becnulli

- Có dạng như cánh hoa thị

- phương trình ( chiều dài dây cung a )

là phương trình đường cong Lemniscat Bernoulli

Phương trình đường hoa thị Lemniscat viết ở tọa độ có dạng

- Thường sử dụng bố trí đường cong rẽ trái tại nút giao thông khác mức hoặc

đường cong con rắn địa hình vùng núi khó

c Đường cong parabol bậc 3

-phương trình là phương trình Parabol bậc 3 trong toạ độ cực

-Thường dùng trong đường sắt, đặc điểm là đơn giản

Người ta thấy góc α nhỏ hơn 5-6 có thể sử dụng bất kỳ đường cong nào trong ba đường cong trên, kết quả tính toán các thông số 3 đường cong tương tự nhau Khi góc α ≥ 9-10 tức là φ > 24005’ không nên áp dụng đường cong parabol bậc 3 vìchiều dài đường cong này tăng lên nhanh hơn so với 2 đường còn lại

d Các loại đường cong khác:

-Đường parabol bậc 4, đường cong Sramma, Sinusoid, Cosinusoid, Quadratic,

-Đường cong ghép nhiều cung tròn thường làm đường cong rẽ phải trong đường thành phố

-Đường cong chuyển tiếp hãm xe: Khi xe chạy vào đường cong thì tốc độ giảm dần còn khi ra khỏi đường cong thì tốc độ tăng dần

Câu 6

-Để nâng cao chất lượng xe chạy ta phải giải quyết ba vấn đề:

+ Lực ly tâm

+ Mở rộng phần xe chạy trong đường cong để xe chạy được bình thường

+Đảm bảo tầm nhìn trên đường cong

1.Lực ly tâm

 μ : là hệ số lực ngang, đặc trưng cho lực ngang tác dụng trên một đơn vị trọng lượng của xe và dùng trong thiết kế đường

- ĐIều kiện ổ định chống lật

μ≤ 0,6 thì điều kiện trên luôn đảm bảo

- Điều kiện ổn định chống trượt ngang

+Mặt đường khô ráo μ ≤ 0,36

+ Mặt đường khô, ẩm sạch μ ≤ 0,24

+ Mặt đường ẩm có bùn bẩn μ ≤ 0,12

- Điều kiện êm thuận và tiện nghi với hành khách

μ ≤0,1 thì hành khách không cảm thấy xe chạy trên đường cong

μ =0,15 thì hành khách hơi cảm thấy trên đường cong

μ =0,3 thì hành khách cảm thấy bị xô dạt về một phía

Đảm bảo êm thuận và thoải mái cho hành khách chọn μ≤ 0,15 và trong

điều kiện khó khăn, hành khách có chuẩn bị cho phép dùng tới 0.25

-Điều kiện tiết kiệm nhiên liệu và săm lốp

Dùng μ≤ 0,1

-Lựa chọn hệ số lực ngang tính toán

Xét tổng 4 điều kiện trên thông thường nên đảm bảo μ≤0,1; trường hợp khó khăn

có thể lấy μ = 0,15; trường hợp đặc biệt khó khăn dùng μ= 0,2 trong qui phạmthường tính toán với μ = 0,15 Đối với đường cao tốc, vì xe chạy với tốc độ caonên quy định về hệ số lực ngang cũng nhỏ để đảm bảo an toàn và thuận lợi μ =0,03 -:- 0,08

 Siêu cao là cấu tạo đặc biệt trong các đường cong có bán kính nhỏ, phầnđường phía lưng đường cong được nâng cao để mặt đường có độ dốc ngangmột mái nghiêng về phía bụng đường cong đảm bảo xe chạy an toàn, êmthuận

2.Mở rộng phần xe chạy trong đường cong

-e :chiều rộng cần mở thêm của 1 làn xe, m

-Độ mở rộng mặt đường E cho đường có 2 làn xe được tính gần đúng theo côngthức:

3.Đảm bảo tầm nhìn trên đường cong nằm

Được kiểm tra với ô tô chạy trên làn xe phía bụng đường cong với giả thiết mắtngười lái xe cách mép mặt đường 1,5m và ở độ cao cách mặt đường 1,0m (tươngứng với trường hợp xe con)

Các phương pháp xác định phạm vi cần dỡ bỏ:

-Phương pháp đồ giải:

Theo quỹ đạo xe chạy, định điểm đầu và điểm cuối những cung chiều dài bằngchiều dài tầm nhìn S Vẽ đường cong bao những dây cung này có đường giới hạnnhìn Trong phạm vi đường bao này chướng ngại vật đều phải phá bỏ như cây cối,nhà cửa,…

Phương pháp này đảm bảo chính xác nhưng đòi hỏi khối lượng công việc lớn

-Đảm bảo tầm nhìn ban đêm:

Muốn đảm bảo đủ sáng trên đoạn đường dài bằng S (S-Tầm nhìn yêu cầu) thì bánkính đường cong R được xác định theo tính toán sau:

Khi α≈20 thì R=15S, đèn pha chỉ chiếu sáng phía trước khoảng 100m, ta cóR=1500m Bán kính R=1500m đảm bảo tầm nhìn ban đêm trên đường cong tươngđương đường thẳng

Câu 7

1 Đảm bảo yếu tố tuyến như bán kính tối thiểu đường cong nằm, chiều dài đường cong chuyển tiếp, độ dốc dọc lớn nhất khi triển tuyến, không vi phạm quy định trị

số giới hạn với cấp đường thiết kế

2 Tuyến ôm theo hình dạng địa hình để khối lượng đào đắp nhỏ nhất, bảo vệ cảnh quan thiên nhiên

3 Xét yếu tố tâm lý lái xe và hành khách , không thiết kế đường quá dài (lớn hơn 4km) gây mất cảnh giác và buồn ngủ với lái xe, ban đêm đèn pha ô tô làm chói mắt

xe ngược chiều

4 Cố gắng sử dụng tiêu chuẩn hình học cao như bán kính đường cong, đoạn chêmgiữa các đường cong, chiều dài đường cong chuyển tiếp trong điều kiện địa hình cho phép

5 Đảm bảo tuyến không gian đều đặn, êm thuận, trên hình phối cảnh tuyến không

bị bóp méo hay gãy khúc

Phối hợp hài hoà yếu tố tuyến trên bình đồ, trắc dọc, trắc ngang, giữa tuyến và công trình và giữa yếu tố đó với địa hình, cảnh quan môi trường xung quanh

Những nguyên tắc cơ bản khi vạch tuyến, định tuyến :

1 Phải bám sát đường chim bay giữa 2 điểm khống chế

2 Thiết kế nền đường đảm bảo giao thông thuận lợi, tuân theo mọi quy định về tiêuchuẩn kỹ thuật của tuyến

3 Tránh đi qua vị trí bất lợi về thổ nhưỡng, thuỷ văn, địa chất (như đầm lầy, khe xói,sụt lở, đá lăn, kast, ) đảm bảo nền đường được vững chắc

4 Không định tuyến qua khu đất đai quí, đất đai vùng kinh tế đặc biệt, ít làm ảnh hưởng đến quyền lợi của người sử dụng đất

5 Tuyến giao nhau với đường sắt hoặc song song với đường sắt cần tuân theo quytrình Bộ GTVT về quan hệ giữa đường ôtô và đường sắt

6 Tuyến qua thành phố, thị trấn chú ý quy mô và đặc tính giao thông trên đường, lưu lượng xe khu vực hay xe quá cảnh chiếm ưu thế, số dân và ý nghĩa về chính trị, kinh tế, văn hoá, xã hội của đường để quyết định hướng tuyến hợp lý nhất

7 Vùng đồng bằng cần vạch tuyến thẳng, ngắn nhất, tránh đoạn thẳng quá dài 4km) có thể thay bằng đường cong bán kính R≥1000m, tránh dùng góc chuyển hướng nhỏ

(≥3-8 Vùng đồi dùng đường cong bán kính lớn uốn theo địa hình tự nhiên Bỏ qua uốn lượn nhỏ và tránh tuyến gãy khúc về bình đồ và trắc dọc

9 Địa hình đồi nhấp nhô nối tiếp , nên chọn đường cong nối tiếp hài hoà với nhau, không dùng đoạn thẳng chêm ngắn giữa đường cong cùng chiều, bán kính đường cong tiếp giáp nhau không vượt quá giá trị cho phép

10 Tuyến đi theo đường phân thuỷ, trước tiên quan sát hướng đường phân thuỷ chính và tìm cách nắn thẳng tuyến trên từng đoạn, chọn sườn đồi ổn định và thuận lợi cho đặt tuyến, tránh mỏm cao và tìm đèo thấp để vượt

11 Tuyến đi trên sườn núi nếu tồn tại đoạn sườn dốc bất lợi về địa chất, thuỷ văn như sụt lở, trượt, nước ngầm, cần cho tuyến tránh hoặc cắt qua phía trên

12 Khi triển tuyến qua đèo thường chọn vị trí đèo thấp nhất, dựa vào hướng chung của tuyến và đặc điểm sườn núi triển tuyến từ đỉnh đèo xuống hai phía