Bài giảng môn học Thiết kế đường ô tô

261 trang phuongnguyen 2150

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng môn học Thiết kế đường ô tô", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_mon_hoc_thiet_ke_duong_o_to.pdf

Nội dung text: Bài giảng môn học Thiết kế đường ô tô

Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ CHÖÔNG 1 KHAÙI NIEÄM CHUNG VEÀ ÑÖÔØNG OÂ TOÂ 1.1. Vai troø cuûa ñöôøng oâ toâ trong giao thoâng vaän taûi vaø trong heä thoáng khai thaùc vaän taûi oâ toâ. 1.1.1 Vai troø cuûa ñöôøng oâ toâ trong giao thoâng vaän taûi: Vaän taûi treân ñöôøng oâ toâ laø moät boä phaän quan troïng cuûa maïng löôùi giao thoâng vaän taûi noùi chung cuûa moãi nöôùc bao goàm giao thoâng ñöôøng saét, ñöôøng thuûy (soâng vaø bieån), ñöôøng boä vaø ñöôøng haøng khoâng. Vaän taûi treân ñöôøng oâ toâ coù nhöõng ñaëc ñieåm sau: - Coù tính cô ñoäng cao, ñieàu ñoäng xe coä nhanh choùng. - Coù theå vaän chuyeån tröïc tieáp töø choã laáy haøng ñeán nôi quy ñònh, khoâng caàn phaûi coù phöông tieän vaän chuyeån vaø boác dôõ trung gian, tieän lôïi trong vaän chuyeån ngaén. - Thích öùng vôùi ñòa hình vuøng nuùi khoù khaên, ít phuï thuoäc höôùng coá ñònh do ñoù vôùi moät maïng löôùi giao thoâng thích hôïp coù theå ñaùp öùng nhu caàu vaän taûi ñeán nhöõng vuøng xa xoâi heûo laùnh. - Toác ñoä vaän taûi treân ñöôøng oâ toâ cuõng khaù nhanh, nhanh hôn ñöôøng thuûy vaø töông ñöông vôùi ñöôøng saét. - Coù theå söû duïng hoãn hôïp cho nhieàu loaïi phöông tieän vaän taûi (keå caû vaän taûi thoâ sô). Chính vì nhöõng ñaëc ñieåm coù yù nghóa treân neân ñöôøng oâ toâ laø moät boä phaän khoâng theå thieáu trong maïng löôùi giao thoâng vaän taûi cuûa moãi nöôùc. Maëc duø coù yù nghóa quan troïng nhö vaäy, song vieäc vaän taûi treân ñöôøng oâ toâ vaãn coù nhöõng nhöôïc ñieåm: - Do taûi troïng chôû ñöôïc ít, laïi toán nhieân lieäu neân giaù thaønh vaän chuyeån oâ toâ cao hôn so vôùi ñöôøng saét vaø ñöôøng thuûy, nhaát laø khi cöï ly vaän chuyeån lôùn. - Vaän taûi ñöôøng oâ toâ phuï thuoäc raát nhieàu vaøo traïng thaùi ñöôøng, maø traïng thaùi ñöôøng laïi chòu aûnh höôûng raát lôùn cuûa thieân nhieân. Do ñoù vieäc vaän chuyeån baèng oâ toâ thöôøng gaëp nhieàu trôû ngaïi. -Tai naïn treân ñöôøng oâ toâ cuõng khoâng ngöøng taêng leân. Toån thaát veà con ngöôøi cuõng nhö veà kinh teá do tai naïn oâ toâ gaây ra cuõng ngaøy caøng lôùn. - Moâi tröôøng xung quanh ñöôøng oâ toâ ngaøy caøng bò xaáu ñi do khí thaûi, buïi baån vaø tieáng oàn cuûa oâ toâ gaây ra. - Naïn uøn taéc giao thoâng ôû caùc ñöôøng ñoâ thò ngaøy caøng phoå bieán, laøm cho toác ñoä oâ toâ giaûm xuoáng, giaù thaønh vaän taûi taêng leân. Trang 1
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Do ñoù trong coâng taùc thieát keá ñöôøng, ngöôøi kyõ sö luoân tìm caùch haïn cheá thaáp nhaát caùc nhöôïc ñieåm noùi treân cuûa ñöôøng oâ toâ. 1.1.2 Vai troø cuûa ñöôøng oâ toâ trong heä thoáng khai thaùc vaän taûi oâ toâ: Ñöôøng oâ toâ laø moät boä phaän quan troïng trong heä thoáng khai thaùc vaän taûi oâ toâ bao goàm: ngöôøi laùi xe, oâtoâ, ñöôøng oâ toâ vaø moâi tröôøng beân ngoaøi. Caùc yeáu toá naøy coù moái quan heä maät thieát vôùi nhau cho neân ngöôøi laøm coâng taùc thieát keá ñöôøng caàn phaûi naém vöõng ñeå thieát keá ñöôøng ñöôïc toát hôn. - Moái quan heä “oâ toâ – ñöôøng oâ toâ”: Moái quan heä naøy cho bieát taùc ñoäng cuûa oâ toâ leân ñöôøng khi xe chaïy töø ñoù coù nhöõng ñeà xuaát phuø hôïp ñoái vôí caùc yeáu toá kyõ thuaät cuûa ñöôøng maø ta caàn thieát keá nhaèm ñaûm baûo cho ñieàu kieän xe chaïy nhaát laø veà maët ñoäng löïc. ( ñeå xaùc ñònh ñöôïc ñoä doác toái ña laø bao nhieâu ) - Moái quan heä : “ Moâi tröôøng xung quanh – ñöôøng oâtoâ” Töùc laø vaán ñeà ñòa hình ñòa maïo, ñòa chaát, thuûy vaên, khí haäu aûnh höôûng ñeán ñöôøng nhö theá naøo ? Töø ñoù giuùp ta xaùc ñònh vò trí tuyeán ñöôøng vaø choïn caùc bieän phaùp kyõ thuaâït cho phuø hôp. ( ñi tuyeán nhö theá naøo cho haøi hoøa nhaát, kinh teá nhaát, xöû lyù caùc hieän töôïng nhö xoùi ngaàm, ) - Moái quan heä : “ Moâi tröôøng xung quanh – ngöôøi laùi xe” Moâi tröôøng xung quanh ôû ñaây bao goàm caû baûn thaân con ñöôøng coù aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán taâm – sinh lyù ngöôøi laùi xe. Treân cô sôû ñoù ngöôøi thieát keá taïo ra moâi tröôøng thích hôïp ñeå ngöôøi laùi xe laøm vieäc ñöôïc toát. - Moái quan heä : “ Ñöôøng oâtoâ – oâtoâ” Moái quan heä naøy xeùt ñeán aûnh höôûng cuûa ñöôøng oâtoâ vôí chaát löôïng khai thaùc söû duïng ñöôøng trong coâng vieäc vaän taûi oâtoâ nhö tieâu hao nhieân lieäu, toác ñoä, naêng suaát cuûa oâtoâ. 1.2. Tuyeán ñöôøng vaø caùc boä phaän cô baûn cuûa tuyeán ñöôøng: Ñöôøng oâ toâ bao goàm caùc ñoaïn ñöôøng thaúng, ñöôøng cong phaúng vaø ñöôøng cong khoâng gian; trong ñoù coù caùc coâng trình, caùc trang thieát bò duøng cho xe chaïy vaø ñeå phuïc vuï giao thoâng treân ñöôøng. Ñeå theå hieän moät con ñöôøng treân baûn veõ, thöôøng duøng 3 hình chieáu: - Hình chieáu baèng (bình ñoà tuyeán ñöôøng). - Hình chieáu ñöùng (maët caét doïc – traéc doïc tuyeán ñöôøng). - Hình chieáu caïnh (maët caét ngang – traéc ngang tuyeán ñöôøng). 1.2.1 Bình ñoà: Bình ñoà laø hình chieáu baèng cuûa tuyeán ñöôøng, ñòa hình, ñòa vaät. Trang 2
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Trong bình ñoà, tuyeán ñöôøng ñöôïc theå hieän baèng moät neùt maûnh hay theå hieän chi tieát ( beà roäng maët ñöôøng, neàn ñöôøng, chaân maùi doác taluy, raõnh ñænh, raõnh bieân) laø tuyø thuoäc vaøo giai ñoaïn thieát keá. Coøn ñòa hình ñöôïc theå hieän baèng caùc ñöôøng ñoàng möùc, ñòa vaät ñöôïc theå hieän baèng caùc kyù hieäu rieâng bieät ( ví duï: coät ñieän, caây coái, coâng trình nhaø cöûa ) vaø caùc kyù hieäu naøy ñöôïc ghi chuù trong baûn veõ Pheùp chieáu ñöôïc thöïc hieän baèng caùch ño chieàu daøi baèng thöôùc theùp ñaët theo phöông naèm ngang, coøn goùc chuyeån höôùng ñöôïc ño theo goùc baèng. Vì vaäy cöï ly giöõa caùc coïc laø chieàu daøi tim tuyeán ñöôøng trong maët phaúng baèng. Tuyø theo yeâu caàu theå hieän ôû töøng giai ñoaïn thieát keá hay muïc ñích theå hieän maø bình ñoà coù nhöõng tyû leä khaùc nhau: 1/50.000, 1/20.000, 1/1000, 1/500. Hình daïng cuûa tuyeán ñöôøng coù hai daïng: - Khi V < 60 Km/h, tuyeán ñöôøng bao caùc ñoaïn thaúng vaø caùc ñoaïn ñöôøng cong troøn noái tieáp nhau. - Khi V ≥ 60 Km/h, tuyeán ñöôøng ñoaïn thaúng, ñöôøng cong chuyeån tieáp, ñöôøng cong troøn, ñöôøng cong chuyeån tieáp, ñoaïn thaúng noái tieáp nhau. Tuyeán ñöôøng hoaøn toaøn ñöôïc xaùc ñònh treân bình ñoà (töùc laø hoaøn toaøn xaùc ñònh treân thöïc ñòa) nhôø caùc yeáu toá sau (Hình 1.1.a): + Ñieåm xuaát phaùt vaø goùc ñònh höôùng ñaàu tieân. + Caùc goùc ngoaët α1, α2, α3, ôû caùc choã ñoåi höôùng tuyeán. + Chieàu daøi caùc ñoaïn thaúng. + Caùc yeáu toá cuûa ñöôøng cong nhö: goùc ngoaët α, baùn kính ñöôøng cong R, chieàu daøi tieáp tuyeán T, chieàu daøi cung troøn K vaø chieàu daøi phaân cöï p (Hình 1.2). Ñ . α T p P K TC 1 TÑ 1 R 0 Hình 1.2 Caùc yeáu toá cuûa ñöôøng cong troøn Taát caû caùc yeáu toá treân ñöôïc ñaùnh daáu treân thöïc ñòa baèng caùc coïc ñaùnh daáu lyù trình (coïc Km, coïc 100m kyù hieäu laø coïc H n n=1 9 ôû moãi Km), vaø caùc coïc ñaët Trang 3
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ ôû nhöõng choã ñòa hình thay ñoåi (coïc ñòa hình kyù hieäu laø coïc C n , n=1 1000 ñöôïc ñoùng taïi choã tuyeán caét qua caùc ñöôøng phaân thuûy, ñöôøng tuï thuûy, nhöõng ñieåm ñoåi doác cuûa maët ñaát, ñoä doác ngang cuûa söôøn thay ñoåi vaø taïi nhöõng vò trí coïc chi tieát quy ñònh). 1.2.2 Maët caét doïc: Maët caét thaúng ñöùng doïc theo tuyeán ñöôøng ñem “duoãi thaúng” ñöôïc goïi laø traéc doïc. Ñeå theå hieän roõ söï maáp moâ cuûa tuyeán ñöôøng, ngöôøi ta quy ñònh roõ tæ leä theo phöông ñöùng gaáp 10 laàn tæ leä theo phöông ngang (Hình 1.1.b): ví duï trong thieát keá cô sôû, tæ leä theo phöông ñöùng 1/1.000, tæ leä theo phöông ngang 1/10.000; trong thieát keá kyõ thuaät, tæ leä theo phöông ñöùng 1/100, tæ leä theo phöông ngang 1/1.000. Cöï ly giöõa caùc coïc ghi trong maët caét doïc laø cöï ly cuûa hình chieáu cuûa caùc coïc ñoù trong maët phaúng baèng. Trong baûn veõ maët caét doïc phaûi theå hieän: - Ñöôøng ñen laø ñöôøng theå hieän cao ñoä maët ñaát töï nhieân taïi tim ñöôøng. - Ñöôøng ñoû laø ñöôøng theå hieän cao ñoä thieát keá ôû meùp neàn ñöôøng ( ñoái vôùi ñöôøng thieát keá môùi) vaø ôû tim ñöôøng hay meùp maët ñöôøng ( ñoái vôùi ñöôøng thieát keá caûi taïo). ÔÛ caùc choã ñoåi doác, ñöôøng ñoû phaûi ñöôïc thieát keá noái doác baèng caùc ñöôøng cong ñöùng loài hoaëc loõm. Ñöôøng ñoû xaùc ñònh nhôø caùc yeáu toá: + Cao ñoä ñöôøng ñoû taïi ñieåm ñaàu tuyeán. + Ñoä doác doïc (i d) vaø chieàu daøi caùc ñoaïn doác. + Ñöôøng cong ñöùng choã ñoåi doác vôùi caùc yeáu toá cuûa noù. Ñoä doác doïc trong ñöôøng oâ toâ ñöôïc hieåu nhö sau: i = H/ L= tg α ( i laøm troøn ñeán %0, L laøm troøn ñeán cm) Caên cöù vaøo ñöôøng ñoû ñaõ xaùc ñònh, vôùi caùc yeáu toá naøy coù theå tính ñöôïc cao ñoä thieát keá vaø chieàu saâu ñaøo hoaëc ñaép ôû moãi vò trí coïc ñaõ boá trí treân bình ñoà töông öùng. - Maët caét ñòa chaát: theå hieän caáu taïo taàng lôùp ñòa chaát, coù tyû leä ngang baèng tyû leä ngang cuûa tuyeán ñöôøng, tyû leä ñöùng laø 1/50. Giôùi haïn treân cuûa maët caét ñòa chaát ñöôïc veõ tònh tieán xuoáng döôùi ñöôøng ñen 2cm cho deã ñoïc, giôùi haïn döôùi ñöôïc veõ theo yeâu caàu chieàu saâu khoan hay chieàu saâu hoá ñaøo cuûa quy trình khaûo saùt thieát keá ñöôøng oâ toâ. - Coâng trình thoaùt nöôùc: loaïi coâng trình, vò trí, khaåu ñoä, möïc nöôùc daâng tröôùc coâng trình. Cao ñoä vaø ñoä doác cuûa raõnh thaùo, raõnh doïc ôû beân traùi vaø beân phaûi maët caét doïc. Trang 4
Trang 5 5 Trang §−êng th¼ng, ®−êng cong ®−êng th¼ng, §−êng Cao ®é tim ®−êngtim ®é Cao Dèc däc thiÕt kÕ thiÕt däc Dèc B×nh ®å s¬ l−îc ®å s¬ B×nh Cao ®é thiÕt kÕthiÕt ®é Cao Cù ly céng ly céng dån Cù Tªn cäcTªn Cù ly ly lÎCù Lý tr×nh Lý Km 0+00 Km C25 H0 0.0 4.1 4.1 0.0 30.6 1.5% C26 30.6 4.2 4.6 58.4 0.4 27.8 R=1000.0 Di=0.0R=1000.0 T=6.7 P=0.0T=6.7 TD4 R=100.1 K=21.3R=100.1 Y=5.00.0=5.0 T=10.7 P=0.6T=10.7 A=12d11'48'' 58.4 4.7 5.0 0.2 10.6 P4 69.0 4.7 5.0 0.3 10.7 TC4 79.7 4.8 5.0 0.3 29.0 H1 C27 108.7 4.9 5.1 0.2 16.8 C28 125.5 4.8 5.1 0.3 37.1 a) Bình ñoàBình a) b) Traéc b) doïc C29 162.6 4.9 5.2 0.3 27.7 0.2% Hình 1.1 baûnCaùc veõ 1.1 cuûaHình tuyeán ñöôøng 2 52. 3 C30 190.3 4.9 5.3 0.4 H2 34.0 C31 224.3 4.8 5.3 0.5 33.3 C32 257.6 4.9 5.4 0.5 16.8 C33 274.4 4.9 5.4 0.6 25.7 TD5 H3 R=1000.0 Di=0.0R=1000.0 R=100.0 K=21.3 R=100.0 T=10.7 P=0.6T=10.7 Cèng §K1.0m T=5.2 P=0.0 T=5.2 A=12d12'0'' 300.1 4.2 5.5 1.2 10.6 Km 0+300.1 P5 Y=5.50.0=5.5 310.7 10.7 5.0 5.5 0.4 TC5 321.4 10.5 5.0 5.4 0.4 C34 331.9 5.0 5.3 0.3 61.0 14.8 0.8% D6 346.6 5.0 5.2 0.2 25.0 Km 0+371.7Km C35 371.6 5.0 5.0 0.0 Kho¶ng c¸ch lÎ thiÕt kÕc¸ch Kho¶ng Cao ®é thiªnnhiªn®é Cao Kho¶ng c¸ch mia c¸ch Kho¶ng Cao ®é thiÕt thiÕt ®é kÕ Cao 4.8 1 1.3 : 5.4 4.8 m 4 1.5 5.7 Traécc) ngang . 0 5.7 % 0.5 5.7 0.6 4.8 2 0.6 Km:0+257.6 . 7.6 2.0 4.8 . 0 5 c Cäc:C32 3.8 % 3.8 0.6 b 0.9 B 0.8 4.7 5.8 1.6 4.9 2 4.9 5.1 0.8 % 4.5 4.1 5.7 4 0.51.5 5.7 % 5.7 c 2.4 1 : m 4.1 4.1 Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ oâ ñöôøng keá Thieát hoïc: moân giaûng Baøi
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ 1.2.3 Maët caét ngang: Laø maët caét thaúng ñöùng vuoâng goùc vôùi tim ñöôøng ôû moãi ñieåm treân tuyeán (ôû vò trí caùc coïc) (Hình 1.1.c). Khoaûng caùch giöõa caùc ñieåm treân traéc ngang ghi trong maët caét ngang laø khoaûng caùch giöõa hình chieáu cuûa caùc ñieåm ñoù trong maët phaúng baèng. Maët caét ngang ñöôïc veõ vôùi tyû leä ñöùng baèng tyû leä ngang. Thöôøng laø tyû leä 1/200. Trong traéc ngang theå hieän: + Cao ñoä ñöôøng ñen. + Cao ñoä ñöôøng ñoû. + Beà roäng neàn ñöôøng B. + Beà roäng maët ñöôøng (phaàn xe chaïy) b. + Beà roäng leà ñöôøng c. + Ñoä doác ta luy 1:m. + Caùc kích thöôùc raõnh thoaùt nöôùc doïc. + Dieän tích ñaøo, dieän tích ñaép. + Baùn kính ñöôøng cong, ñoä doác sieâu cao, ñoä môû roäng maët ñöôøng trong ñöôøng cong (neáu coù). Thieát keá ñöôøng chính laø quyeát ñònh caùc yeáu toá ñöôøng treân bình ñoà, traéc doïc vaø traéc ngang sao cho chuùng ñaùp öùng ñöôïc yeâu caàu chaïy xe an toaøn, tieän lôïi, kinh teá. 1.3. Caùc ñaëc tröng vaän taûi cuûa ñöôøng vaø phaân caáp haïng kyõ thuaät ñöôøng oâ toâ. 1.3.1 Caùc ñaëc tröng vaän taûi chuû yeáu cuûa ñöôøng 1.3.1.1 Thaønh phaàn xe chaïy treân ñöôøng: ÔÛ nöôùc ta, thaønh phaàn xe chaïy treân ñöôøng bao goàm: - Caùc loaïi oâ toâ: oâ toâ taûi (taûi nheï, taûi naëng, con tai nô, ), oâ toâ khaùch (xe du lòch, xe khaùch nhieàu loaïi choã ngoài, xe buyùt, ). - Xe gaén maùy. ÔÛ nöôùc ta loaïi phöông tieän naøy hieän nay khaù nhieàu. - Xe ñaïp vaø caùc loaïi xe thoâ sô khaùc. Vì caùc phöông tieän keå treân coù khaû naêng veà toác ñoä chaïy xe khaùc nhau raát nhieàu, do ñoù veà maët toå chöùc giao thoâng, bao giôø cuõng coù hai giaûi phaùp thieát keá ñöôøng: - Thieát keá theo phöông aùn giao thoâng hoãn hôïp: töùc laø caùc loaïi phöông tieän cuøng ñi chung treân moät phaàn xe chaïy. Taát yeáu caùc loaïi phöông tieän chaïy chaäm seõ caûn trôû caùc loaïi chaïy nhanh. - Thieát keá theo phöông aùn taùch rieâng töøng nhoùm theo khaû naêng veà toác ñoä: seõ naâng cao ñöôïc toác ñoä chaïy xe. Trang 6
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Nhö vaäy, thaønh phaàn doøng xe vaø tæ leä coù maët cuûa moãi loaïi phöông tieän trong doøng xe seõ aûnh höôûng ñaùng keå ñeán caùc giaûi phaùp thieát keá vaø tieâu chuaån kyõ thuaät thieát keá ñöôøng. Ñeå choïn caáp haïng kyõ thuaät cuûa tuyeán ñöôøng caàn phaûi chia thaønh phaàn xe chaïy thaønh caùc loaïi sau ñaây: xe ñaïp, xe gaén maùy, xe con, xe taûi coù hai truïc vaø xe buyùt döôùi 25 choã ngoài, xe taûi coù töø ba truïc trôû leân vaø xe buyùt lôùn, xe keùo mooùc vaø xe buyùt coù keùo mooùc. 1.3.1.2 Taûi troïng xe chaïy: Taûi troïng xe taùc duïng leân ñöôøng coù aûnh höôûng quan troïng ñeán söï laøm vieäc cuûa neàn maët ñöôøng vaø caùc coâng trình treân ñöôøng vaø laø cô sôû ñeå tính toaùn thieát keá caùc coâng trình ñoù. 1.3.1.3 Toác ñoä xe chaïy: Treân ñöôøng oâ toâ coù nhieàu loaïi xe chaïy khaùc nhau neân toác ñoä xe chaïy cuõng khaùc nhau. Ñeå tính toaùn caùc chæ tieâu kyõ thuaät chuû yeáu cuûa ñöôøng oâ toâ trong tröôøng hôïp ñieàu kieän ñòa hình khoù khaên ngöôøi ta quy ñònh toác ñoä tính toaùn (V tt ) cho caùc caáp kyõ thuaät cuûa ñöôøng oâ toâ. Treân moät tuyeán ñöôøng coù theå coù nhieàu giaù trò toác ñoä tính toaùn khaùc nhau tuyø thuoäc vaøo löu löôïng xe chaïy treân caùc ñoaïn ñöôøng ñoù. Nhöng phaûi ñaûm baûo toác ñoä tính toaùn cuûa caùc ñoaïn ñöôøng lieàn keà nhau khoâng ñöôïc cheânh leäch quaù 20Km/h, vaø ñaûm baûo chieàu daøi ñoaïn tuyeán laø 10Km ñoái vôùi ñoaïn ñöôøng töø caáp III trôû leân vaø 5Km ñoái vôùi ñoaïn ñöôøng töø caáp IV trôû xuoáng. 1.3.1.4 Löu löôïng xe chaïy: Löu löôïng xe thieát keá laø soá xe con ñöôïc quy ñoåi töø caùc loaïi xe khaùc, thoâng qua moät maët caét ngang treân ñöôøng theo caû hai chieàu trong moät ñôn vò thôøi gian, tính cho naêm töông lai (coù thöù nguyeân laø xcqñ/ngaøyñeâm hoaëc xcqñ /giôø). Ñaëc ñieåm: löu löôïng xe chaïy treân ñöôøng thay ñoåi theo giôø, theo thaùng vaø theo naêm. Ñaây laø moät ñaëc tröng vaän taûi quan troïng vaø coù tính chaát quyeát ñònh nhaát ñoái vôùi vieäc xaùc ñònh caùc tieâu chuaån kyõ thuaät cuûa ñöôøng. HÖ sè quy ®æi tõ xe c¸c lo¹i vÒ xe con lÊy theo b¶ng 1.3. HÖ sè quy ®æi tõ xe c¸c lo¹i ra xe con. B¶ng 1.3 Xe t¶i cã 3 Xe kÐo Lo¹i xe Xe t¶i 2 trôc trôc trë lªn moãc, xe Xe ®¹p Xe m¸y Xe con v xe buýt v xe buýt buýt kÐo §Þa H×nh d−íi 25 chç lín moãc §ång b»ng v ®åi 0,2 0,3 1,0 2,0 2,5 4,0 Nói 0,2 0,3 1,0 2,5 3,0 5,0 Ghi chó b¶ng 1.3:- §Þa h×nh cã ®é dèc ngang s−ên ®åi, nói phæ biÕn trªn 30% xÕp vo lo¹i vïng nói, nhá h¬n v b»ng 30% xÕp vo ®Þa h×nh ®åi v ®ång b»ng. §−êng t¸ch riªng xe th« s¬ th× kh«ng quy ®æi xe ®¹p. Trang 7
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Caùc loaïi löu löôïng xe thieát keá: Löu löôïng xe thieát keá trung bình ngaøy ñeâm trong naêm töông lai (N tbnaêm , Nt): coù thöù nguyeân laø xcqñ/ng.ñ, löu löôïng naøy ñöôïc duøng ñeå choïn caáp haïng kyõ thuaät vaø tính toaùn nhieàu yeáu toá khaùc cuûa ñöôøng oâ toâ. Thöôøng thì löu löôïng xe chaïy coù möùc taêng xe theo quan heä haøm soá muõ: t-1 Nt = N 0(1+p) Trong ñoù: Nt : löu löôïng xe chaïy trung bình ngaøy ñeâm cuûa naêm khai thaùc thöù t. (xcqñ/ng.ñ) N 0 : löu löôïng xe chaïy trung bình ngaøy ñeâm cuûa naêm ñaàu khai thaùc ñöôøng oâ toâ. (xcqñ/ng.ñ) p: möùc taêng xe haèng naêm. Giaù trò t ñöôïc choïn tuyø thuoäc vaøo haïng muïc coâng trình: + t = 20 naêm ñoái vôùi ñöôøng caáp I, II. + t = 15 naêm ñoái vôùi ñöôøng caáp III, IV. + t = 10 naêm ñoái vôùi ñöôøng caáp V, VI vaø caùc ñöôøng thieát keá naâng caáp, caûi taïo. + t = 25 naêm ñoái vôùi ñöôøng thieát keá aùo ñöôøng coù taàng maët laø beâ toâng xi maêng. + t = 15 naêm ñoái vôùi ñöôøng thieát keá aùo ñöôøng coù taàng maët caáp cao A1 ( beâ toâng nhöïa (BTN) raûi noùng). + t = 4 I10 naêm ñoái vôùi ñöôøng thieát keá aùo ñöôøng coù taàng maët caáp cao A 2 ( ñaù daêm troän nhöïa, BTN raûi nguoäi, raûi aám treân coù laùng nhöïa; thaám nhaäp nhöïa; laùng nhöïa). + t = 3 I4 naêm ñoái vôùi ñöôøng thieát keá aùo ñöôøng coù taàng maët caáp thaáp B 1 . + t = 2 I3 naêm ñoái vôùi ñöôøng thieát keá aùo ñöôøng coù taàng maët caáp thaáp B 2 . - Löu löôïng xe thieát keá giôø cao ñieåm: (N giôøcñ , (xcqñ/h)) Duøng löu löôïng naøy ñeå choïn soá laøn xe, xeùt chaát löôïng doøng xe, toå chöùc giao thoâng , Ngiôøcñ ñöôïc xaùc ñònh baèng caùch: + Suy töø N tbnaêm qua caùc heä soá khoâng ñeàu theo thôøi gian, khi coù caùc soá lieäu thoáng keâ veà doøng xe. + Khi coù ñuû thoáng keâ löôïng xe giôø trong moät naêm, laáy N giôøcñ thöù 30 cuûa naêm thoáng keâ. Trang 8
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ +Khi khoâng coù nghieân cöùu ñaëc bieät, coù theå tính: Ngiôøcñ = (0.10 I0.12) Ntbnaêm 1.3.2 Phaân caáp haïng kyõ thuaät ñöôøng oâ toâ + Theo Tieâu chuaån Vieät Nam TCVN4054-05, ph©n cÊp kü thuËt l bé khung c¸c quy c¸ch kü thuËt cña ®−êng nh»m ®¹t tíi: Yªu cÇu vÒ giao th«ng ®óng víi chøc n¨ng cña con ®−êng trong m¹ng l−íi giao th«ng. Yªu cÇu vÒ l−u l−îng xe thiÕt kÕ cÇn th«ng qua (ChØ tiªu ny ®−îc më réng v× cã nh÷ng tr−êng hîp, ®−êng cã chøc n¨ng quan träng nh−ng l−îng xe kh«ng nhiÒu hoÆc t¹m thêi kh«ng nhiÒu xe). C¨n cø vo ®Þa h×nh, mçi cÊp h¹ng l¹i cã c¸c yªu cÇu riªng vÒ c¸c tiªu chuÈn ®Ó cã møc ®Çu t− hîp lý v mang l¹i hiÖu qu¶ tèt vÒ kinh tÕ. ViÖc ph©n cÊp kü thuËt dùa trªn chøc n¨ng v l−u l−îng thiÕt kÕ cña con ®−êng trong m¹ng l−íi ®−êng v ®−îc quy ®Þnh theo b¶ng 1.1. B¶ng ph©n cÊp kü thuËt ®−êng « t« theo chøc n¨ng cña con ®−êng v l−u l−îng thiÕt kÕ. B¶ng 1.1 L−u l−îng xe CÊp thiÕt kÕ Chøc n¨ng cña ®−êng ®−êng (xcq®/n®) Cao tèc > 25.000 §−êng trôc chÝnh, thiÕt kÕ theo TCVN 5729: 97. §−êng trôc chÝnh nèi c¸c trung t©m kinh tÕ, chÝnh trÞ, v¨n ho¸ lín CÊp I > 15.000 cña ®Êt n−íc. Quèc lé §−êng trôc chÝnh nèi c¸c trung t©m kinh tÕ, chÝnh trÞ, v¨n ho¸ lín CÊp II > 6.000 cña ®Êt n−íc, nèi vo ®−êng cao tèc v ®−êng cÊp I. Quèc lé §−êng trôc chÝnh nèi c¸c trung t©m kinh tÕ, chÝnh trÞ, v¨n ho¸ lín cña ®Êt n−íc, cña ®Þa ph−¬ng, nèi vo ®−êng cao tèc, ®−êng cÊp I, CÊp III >3.000 cÊp II, cÊp III. Quèc lé hay ®−êng tØnh §−êng nèi c¸c trung t©m cña ®Þa ph−¬ng, c¸c ®iÓm lËp hng, c¸c CÊp IV > 500 khu d©n c−. §−êng nèi vo ®−êng cÊp I, cÊp II v cÊp III. Quèc lé, ®−êng tØnh, ®−êng huyÖn. §−êng phôc vô giao th«ng ®Þa ph−¬ng. §−êng tØnh, ®−êng huyÖn, CÊp V >200 ®−êng x CÊp VI < 200 §−êng huyÖn, ®−êng x. Ghi chó b¶ng 1.1: TrÞ sè l−u l−îng ny chØ ®Ó tham kh¶o. Chän cÊp h¹ng ®−êng nªn c¨n cø vo chøc n¨ng cña ®−êng v theo ®Þa h×nh. C¸c ®o¹n tuyÕn ph¶i cã mét chiÒu di tèi thiÓu thèng nhÊt theo mét cÊp. ChiÒu di tèi thiÓu ny ®èi víi ®−êng tõ cÊp IV trë xuèng l 5 km, víi c¸c cÊp kh¸c l 10 km. + Tèc ®é thiÕt kÕ. Tèc ®é thiÕt kÕ l tèc ®é ®−îc dïng ®Ó tÝnh to¸n c¸c chØ tiªu kü thuËt chñ yÕu cña ®−êng trong tr−êng hîp khã kh¨n. Tèc ®é ny kh¸c víi tèc ®é cho phÐp l−u hnh trªn ®−êng cña c¬ quan qu¶n lý ®−êng. Tèc ®é l−u hnh cho phÐp, phô thuéc Trang 9
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ t×nh tr¹ng thùc tÕ cña ®−êng (khÝ hËu, thêi tiÕt, t×nh tr¹ng ®−êng, ®iÒu kiÖn giao th«ng, ). Tèc ®é thiÕt kÕ c¸c cÊp h¹ng ®−êng theo ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh, xem trong b¶ng 1.2. Tèc ®é thiÕt kÕ cña c¸c cÊp h¹ng ®−êng. B¶ng 1.2 CÊp h¹ng I II III IV V VI §Þa h×nh §B §B §B Nói §B Nói §B Nói §B Nói Tèc ®é thiÕt kÕ V tt 120 100 80 60 60 40 40 30 30 20 km/h Ghi chó b¶ng 4- §Þa h×nh cã ®é dèc ngang s−ên ®åi, nói phæ biÕn trªn 30% xÕp vo lo¹i vïng nói, nhá h¬n v b»ng 30% xÕp vo ®Þa h×nh ®åi v ®ång b»ng. oOo Trang 10
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ CHÖÔNG 2 SÖÏ CHUYEÅN ÑOÄNG CUÛA OÂ TOÂ TREÂN ÑÖÔØNG 2.1. Caùc löïc taùc duïng vaøo oâ toâ khi xe chaïy. Khi xe chaïy treân ñöôøng, ngoaøi löïc keùo oâ toâ coøn chòu taùc duïng cuûa caùc loaïi löïc caûn khaùc nhau bao goàm: löïc caûn laên, löïc caûn khoâng khí, löïc caûn quaùn tính vaø löïc caûn do doác (Hình 2.1). Pω Pk Pj Pi Pf α Hình 2.1 Caùc löïc taùc duïng treân oâ toâ khi xe chaïy Pk – löïc keùo; P f – löïc caûn laên; P ω - löïc caûn khoâng khí Pi – löïc caûn leân doác; P j – löïc caûn quaùn tính 2.1.1 Löïc caûn laên P f Khi xe chaïy, löïc caûn laên ngöôïc chieàu vôùi löïc keùo, caûn trôû söï chuyeån ñoäng cuûa oâ toâ. Löïc caûn laên sinh ra laø do söï bieán daïng giöõa loáp xe vôùi maët ñöôøng khi baùnh xe taùc duïng leân maët ñöôøng vaø do maët ñöôøng khoâng baèng phaúng gaây neân. Thöïc nghieäm cho thaáy toång löïc caûn laên treân taát caû caùc baùnh xe P f tæ leä thuaän vôùi troïng löôïng G (daN) cuûa oâ toâ: Pf = f.G, (daN) Heä soá löïc caûn laên f phuï thuoäc vaøo ñoä cöùng cuûa loáp xe, loaïi maët ñöôøng vaø toác ñoä xe chaïy. Khi toác ñoä xe chaïy V ≤ 60Km/h thì f ít thay ñoåi, chæ phuï thuoäc vaøo loaïi maët ñöôøng vaø tình traïng cuûa maët ñöôøng vaø kyù hieäu laø f 0. (Baûng 2.1). Heä soá söùc caûn laên f 0 Baûng 2.1 Loaïi maët ñöôøng Heä soá f0 Loaïi maët ñöôøng Heä soá f0 + Beâ toâng xi maêng 0,01 – 0,02 + Laùt ñaù 0 ,04 – 0,05 vaø beâ toâng nhöïa + Ñaát khoâ vaø baèng phaúng 0,04 – 0,05 + Ñaù daêm ñen 0,02 – 0,025 + Ñaát aåm vaø khoâng 0,07 – 0,15 + Ñaù daêm 0,03 – 0,05 baèng phaúng + Ñaát caùt rôøi raïc 0,15 – 0,30 Trang 7
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Khi toác ñoä xe chaïy 60Km/h < V < 150Km/h thì heä soá löïc caûn laên f v ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc thöïc nghieäm sau: -5 2 fv = f 0 (1+4,5.10 .V ) trong ñoù: f 0 - heä soá löïc caûn laên khi V ≤ 60Km/h, V – vaän toác xe chaïy (Km/h). 2.1.2 Löïc caûn do khoâng khí P w Khi xe chaïy, löïc caûn khoâng khí gaây ra do phaûn löïc cuûa khoái khoâng khí phía tröôùc, do ma saùt cuûa thaønh xe vôùi khoâng khí hai beân vaø do khoaûng chaân khoâng phía sau oâ toâ huùt laïi. Löïc caûn khoâng khí phuï thuoäc vaøo toác ñoä xe chaïy, maät ñoä cuûa khoâng khí, hình daïng vaø ñoä trôn cuûa beà maët thaân xe. Theo khí ñoäng hoïc, löïc caûn khoâng khí khi khoâng coù gioù ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: 2 V2 K.F.V2 Pw = c.ρ.F.v = K.F. = 3,62 13 trong ñoù: K = c. ρ – heä soá löïc caûn khoâng khí phuï thuoäc vaøo loaïi xe c: heä soá khoâng thöù nguyeân phuï thuoäc vaøo hình daïng vaø ñoä trôn beà maët thaân xe. ρ: maät ñoä khoâng khí ôû ñoä cao möc nöôùc bieån ρ=0,125(Ns 2/m 4) F – dieän tích caûn trôû (dieän tích maët caét ngang lôùn nhaát cuûa oâ toâ). F = 0,8.B.H (m 2): ñoái vôùi xe con hieän ñaïi. F = 0,9.B.H (m 2): ñoái vôùi xe taûi vaø xe buyùt. (B vaø H laø chieàu roäng vaø chieàu cao cuûa oâ toâ). v,V: – vaän toác xe chaïy, coù thöù nguyeân m/s, km/h. Giaù trò sô boä cuûa K vaø F cuûa caùc loaïi xe ñöôïc laáy theo baûng sau: Loaïi xe F (m 2) K (Ns 2/m 4) Xe taûi naëng 6,0 0,64- 0,74 Xe taûi vöøa 3,0 -4,0 0,54- 0,69 Xe buyùt 4,5- 7,0 0,24 -0,49 Xe con 1,4 -2,6 0,15- 0,29 Xe ñua 1,0 -1,5 0,10 -0,15 2.1.3 Löïc caûn do leân doác P i Laø do troïng löôïng baûn thaân cuûa oâ toâ gaây ra khi xe chuyeån ñoäng treân maët phaúng naèm nghieâng. Trang 8
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Pi G α Ta coù: Pi = G. sin α Do α nhoû neân sin α ≈ tg α = i i – ñoä doác doïc cuûa ñöôøng. Do ñoù: P i = ± G. i Khi xe leân doác laáy daáu “+” vaø khi xe xuoáng doác laáy daáu “-“. 2.1.4 Löïc caûn do quaùn tính P j Phaùt sinh khi xe taêng hoaëc giaûm toác. Khi xe taêng toác thì löïc quaùn tính naøy caûn trôû söï chuyeån ñoäng cuûa oâ toâ. Bao goàm söùc caûn quaùn tính do chuyeån ñoäng tònh tieán cuûa oâ toâ coù khoái löôïng m vaø söùc caûn quaùn tính do caùc boä phaän quay cuûa oâ toâ. Do ñoù ta coù: dv G dv Pj =m.δ. =δ. . dt g dt trong ñoù: m – khoái löôïng cuûa oâ toâ; G – troïng löôïng cuûa oâ toâ (daN), g – gia toác troïng tröôøng; v – toác ñoä xe chaïy, t – thôøi gian; δ - heä soá xeùt ñeán löïc caûn quaùn tính cuûa caùc boä phaän quay. 2 δ = 1,04 + n.i k n = 0,03 – 0,05 ñoái vôùi xe con n = 0,05 – 0,07 ñoái vôùi xe taûi ik – tyû soá truyeàn ñoäng cuûa hoäp soá. Daáu “+Pj” öùng vôùi tröôøng hôïp taêng toác vaø daáu “-Pj” öùng vôùi tröôøng hôïp giaûm toác . 2.1.5 Löïc keùo P k Khi xe chaïy ñoäng cô ñoáùt chaùy nhieân lieäu saûn xuaát ra coâng suaát hieäu duïng N vaø töø coâng suaát taïo ra moâmen quay ôû truïc khuyûu cuûa ñoäng cô M ñc . Giöõa coâng suaát hieäu duïng N vaø moâmen quay ôû truïc khuyûu coù quan heä sau : M .ω N = dc maõ löïc n(voøng/phuùt) 75 Trang 9
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ 2π.n N ω = ⇒ M = 716 2, kg.m 60 dc n Nhôø boä phaän ly hôïp moâmen quay cuûa ñoäng cô truyeàn qua hoäp soá coù caùc tyû soá truyeàn ñoäng (i k) vaø nhôø truïc truyeàn ñoäng moâmen quay cuûa ñoäng cô ñöôïc truyeàn ñeán boä phaän truyeàn ñoäng cô baûn ôû truïc xe vôùi tyû soá truyeàn ñoäng (i 0) vaø cuoái cuøng moâmen quay cuûa ñoäng cô ñöôïc truyeàn ñeán baùnh xe chuû ñoäng. Do phaûi truyeàn qua nhieàu boä phaän neân Mñc bò toån thaát vaø ñöôïc theå hieän qua heä soá hieäu suaát truyeàn ñoäng ηk. Nhö vaäy : moâmen quay cuûa baùnh xe chuû ñoäng coøn laïi laø M k vaø moâmen quay cuûa baùnh xe chuû ñoäng sinh ra löïc keùo P k. M k M dc .io .ik Pk = = .η k rk rk Pk: löïc keùo r Fk Mk rk F' k A Pk Mk :moâmen quay cuûa baùnh xe chuû ñoäng. io : soá truyeàn ñoäng cuûa truyeàn ñoäng cô baûn. ik : truyeàn ñoäng cuûa hoäp soá. rk : baùn kính cuûa baùnh xe chuû ñoäng coù xeùt ñeán bieán daïng cuûa loáp xe. ηk: hieäu suaát truyeàn ñoäng, vôùi xe taûi vaø xe buyùt 0.80 – 0.85, vôùi xe con 0.85 –0.90 r : baùn kính cuûa baùnh xe chuû ñoäng. rk = r. λ λ: heä soá bieán daïng cuûa loáp xe, vôùi aùp löïc baùnh xe thaáp 0.93-0.935, cao 0.945-0.95 ñöôïc aùp duïng cho caùc xe taûi. 2.2. Phöông trình chuyeån ñoäng cuûa oâ toâ vaø bieåu ñoà nhaân toá ñoäng löïc. Ñeå oâ toâ coù theå chuyeån ñoäng ñöôïc treân ñöôøng thì ñoäng cô cuûa oâ toâ phaûi saûn sinh ra moät söùc keùo khoâng nhoû hôn toång caùc löïc caûn treân ñöôøng, do vaäy phöông trình chuyeån ñoäng cuûa oâ toâ laø: Trang 10
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Pk ≥ P f ± P i + P w ± P j (2.1) kFV2 G dv Hay P = f.G ± G.i + + δ k 13 g dt kFV2 P − k δ dv Ñaët D = 13 = f ± i + G g dt D - ñöôïc goïi laø nhaân toá ñoäng löïc cuûa oâ toâ. Ñaëc tröng baèng löïc keùo treân moät ñôn vò troïng löôïng cuûa xe. Trong phöông trình treân thì veá traùi bieåu dieãn caùc yeáu toá phuï thuoäc vaøo oâ toâ, vaø veá phaûi bieåu dieãn caùc yeáu toá phuï thuoäc vaøo ñieàu kieän ñöôøng. Bieåu ñoà treân ñoù bieåu dieãn caùc ñöôøng D = f(v) öùng vôùi caùc chuyeån soá khaùc nhau cuûa moät loaïi oâ toâ ñöôïc goïi laø bieåu ñoà nhaân toá ñoäng löïc cuûa loaïi oâ toâ ñoù (Hình 2.2). D I II III 0 V, km/h Hình 2.2 Bieåu ñoà nhaân toá ñoäng löïc cuûa oâ toâ δ dv = D = ψ + g dt Trong ñoù ψ = (f ± i) Daáu “+” öùng vôùi tröôøng hôïp xe leân doác. Daáu “-” öùng vôùi tröôøng hôïp xe xuoáng doác. Döïa vaøo phöông trình treân nhaän thaáy: dv - Khi D = ψ thì xe chuyeån ñoäng ñeàu ( = 0 ) dt - Khi D > ψ thì xe chuyeån ñoäng nhanh daàn ñeàu - Khi D < ψ thì xe chuyeån ñoäng chaäm daàn ñeàu vaø tình traïng naøy keùo daøi seõ daãn ñeán xe phaûi döøng laïi Vaäy ñieàu kieän chuyeån ñoäng ñeàu cuûa oâ toâ veà maët söùc keùo (ñieàu kieän caàn) seõ laø: D ≥≥≥ ψψψ Trang 11
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ 2.3. Löïc baùm cuûa loáp xe vôùi maët ñöôøng. Xeùt moät baùnh xe chuû ñoäng nhö hình 2.3, neáu taïi ñieåm tieáp xuùc A khoâng coù phaûn löïc T cuûa ñöôøng taùc duïng vaøo loáp xe thì baùnh xe seõ quay taïi choã, xe khoâng chuyeån ñoäng ñöôïc. Phaûn löïc T coù ñöôïc laø do söùc baùm giöõa loáp xe vôùi maët ñöôøng. r Fk Mk rk F' k A Pk T Hình 2.3 Söùc baùm cuûa loáp xe vôùi maët ñöôøng Löïc baùm T laø moät löïc bò ñoäng, nghóa laø khi coù löïc taùc duïng cuûa baùnh xe vaøo maët ñöôøng (chính laø löïc keùo P k) thì ñöôøng môùi taùc duïng trôû laïi baùnh xe moät löïc laø T. Do vaäy neáu giöõa baùnh xe vaø maët ñöôøng coù ñuû söùc baùm thì luoân luoân coù T = P k. Neáu söùc keùo P k caøng lôùn thì T caøng lôùn. Nhöng söùc baùm giöõa loáp xe vôùi maët ñöôøng laø moät nhaân toá khaùch quan neân khoâng phaûi söùc baùm cöù taêng maõi ñöôïc maø chæ taêng ñeán moät trò soá nhaát ñònh laø T max , töùc laø söùc baùm lôùn nhaát. Neáu Pk > T max thì taïi ñieåm A baùnh xe seõ quay taïi choã vaø tröôït theo quaùn tính. Do vaäy söùc baùm giöõa loáp xe vôùi maët ñöôøng laø moät ñieàu kieän quan troïng ñeå xe coù theå chuyeån ñoäng ñöôïc vaø ñeå ñaûm baûo an toaøn chaïy xe. Thöïc nghieäm cho thaáy söùc baùm lôùn nhaát T max tæ leä thuaän vôùi troïng löôïng truïc xe chuû ñoäng G k. Tmax = ϕd G k, kG trong ñoù: ϕd - heä soá baùm (heä soá ma saùt) giöõa loáp xe vôùi maët ñöôøng, phuï thuoäc chuû yeáu vaøo tình traïng vaø ñoä nhaùm cuûa maët ñöôøng. Do caáu taïo beà maët cuûa loáp xe oâ toâ theo phöông doïc vaø phöông ngang khaùc nhau, neân heä soá baùm theo phöông doïc ϕd vaø heä soá baùm theo phöông ngang ϕn cuõng khaùc nhau. Thöôøng ϕd = (0,7 – 0,8) ϕ, ϕn = (0,6 – 0,7) ϕ, ϕ: heä soá baùm theo phöông toång hôïp. Trang 12
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Khi xeùt ñieàu kieän oån ñònh cuûa xe chuyeån ñoäng trong caùc ñoaïn ñöôøng cong coù baùn kính nhoû phaûi xeùt theo heä soá baùm theo phöông ngang ϕn Khi xeùt ñeán khaû naêng khôûi haønh cuûa xe oâ toâ vaø xaùc ñònh chieàu daøi ñoaïn ñöôøng haõm phanh gaáp cuûa xe oâ toâ phaûi xeùt theo heä soá baùm theo phöông doïc ϕd Aùo ñöôøng Giaù trò ϕd Nhaùm vaø khoâ 0,7 vaø lôùn hôn Ít nhaùm vaø khoâ 0,6 Bình thöôøng 0,5 Aåm öôùt, Coù buøn 0,2 – 0,3 Yeâu caàu veà heä soá baùm doïc cho caùc ñoaïn ñöôøng: Ñieàu kieän chuyeån ñoäng Ñaëc tröng cuûa caùc ñoaïn ñöôøng Trò soá ϕd toái thieåu Ñoaïn ñöôøng thaúng, ñöôøng voøng coù baùn kính > 1000m, ñoä Thuaän tieän doác doïc nhoû hôn 3%, leà ñöôøng 0,45 coù gia coá, khoâng giao caét cuøng möùc vôùi ñöôøng oâ toâ khaùc vaø löu löôïng xe chaïy nhoû Ñoaïn ñöôøng voøng coù baùn kính Khoù khaên (250 – 1000)m, ñoä doác doïc 0,50 – 0,45 nhoû hôn (3 – 6)%, ñöôøng coù löu löôïng xe chaïy trung bình Ñoaïn ñöôøng khoâng baûo ñaûm Nguy hieåm taàm nhìn, ñoä doác doïc lôùn hôn 0,60 ñoä doác doïc tính toaùn, vuøng nuùt giao thoâng cuøng möùc. Ñöôøng coù löu löôïng xe chaïy cao. Neáu taát caû caùc baùnh xe cuûa oâ toâ ñeàu laø baùnh xe chuû ñoäng thì G k = G, G – troïng löôïng toaøn boä xe. Nhö vaäy, ñieàu kieän chuyeån ñoäng cuûa oâ toâ veà maët söùc baùm laø: Pk ≤ T max = ϕ G k P − P P Hay D = k w ≤ m.ϕ − w G G m: heä soá phaân boá taûi troïng leân baùnh xe chuû ñoäng. m = 0,50 – 0,55 ñoái vôùi xe con m = 1 khi taát caû caùc baùnh xe ñeàu laø baùnh chuû ñoäng. Trang 13
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Do ñoù, trong thieát keá ñöôøng, ñeå ñaûm baûo oån ñònh vaø an toaøn cho xe chaïy thì vieäc taêng heä soá baùm ϕ coù yù nghiaõ raát quan troïng. Nhö vaäy: Ñieàu kieän caàn vaø ñuû ñeå oâ toâ chuyeån ñoäng ñöôïc treân ñöôøng laø: P (f ± i) ≤ D ≤ m.ϕ − w G 2.4. Caùc baøi toaùn veà nhaân toá ñoäng löïc: 2.4.1 Baøi toaùn 1: xaùc ñònh ñoä doác doïc lôùn nhaát cuûa ñöôøng öùng vôùi moät loaïi xe chuyeån ñoäng ñeàu vôùi vaän toác V: Khi xe chaïy chuyeån ñoäng ñeàu thì D = Ψ = f v± i Xeùt cho tröôøng hôïp xe chuyeån ñoäng leân doác. Theo ñieàu kieän caàn ta coù: Dmax = f v+ i max hay i max = D max - f v Trong ñoù: f v : heä soá löïc caûn laên öùng vôùi vaän toác V vaø loaïi maët ñöôøng döï kieán xaây döïng. Dmax : ñöôïc xaùc ñònh döïa vaøo bieåu ñoà nhaân toá ñoäng löïc cuûa loaïi xe ñang xeùt öùng vôùi vaän toác xe chaïy ñaõ cho. Theo ñieàu kieän ñuû: P D ≤ m.ϕ − w max d G 2.4.2 Baøi toaùn 2: xaùc ñònh vaän toác chuyeån ñoäng ñeàu lôùn nhaát cuûa loaïi xe treân moät ñoaïn ñöôøng coù ñoä doác doïc vaø loaïi maët ñöôøng ñaõ bieát: Ñieàu kieän ñeå xe chuyeån ñoäng ñeàu thì D = Ψ hay D caân baèng vôùi Ψ neân vaän toác cuûa xe trong tröôøng hôïp naøy ñöôïc goïi laø vaän toác caân baèng. Do Ψ = f± i, tuy nhieân chuùng ta ñang tìm V. Vaäy trong tröôøng hôïp naøy chuùng ta phaûi tìm V baèng caùch giaûi gaàn ñuùng daàn nhö sau: Coù i vaø loaïi maët ñöôøng ( coù f 0), giaû thieát V 1 tính f v1 , ta coù Ψ = f v1 ± i. Cho D= Ψ tra bieåu ñoà nhaân toá ñoäng löïc ta tìm ñöôïc V 2. Neáu V 1 yV2 thì V cb = V 1. Neáu V 2 khaùc V 1 nhieàu thì phaûi tieáp tuïc laëp laïi quaù trình tính toaùn cho ñeán khi V giaû thieát gaàn baèng V tra trong bieåu ñoà nhaân toá ñoäng löïc. 2.5. Chieàu daøi haõm xe. Khi xöû lyù caùc tình huoáng giao thoâng treân ñöôøng thì ngöôøi laùi xe thöôøng phaûi caên cöù vaøo khoaûng caùch tôùi caùc chöôùng ngaïi vaät ñeå öôùc tính cöôøng ñoä haõm phanh sao cho xe vöøa kòp döøng laïi tröôùc chuùng. Khi thieát keá ñöôøng phaûi ñaûm baûo khoaûng caùch naøy cho ngöôøi laùi xe trong moïi tröôøng hôïp. Do ñoù, khi xeùt ñieàu kieän an toaøn chaïy xe, chieàu daøi haõm xe coù moät yù nghiaõ raát quan troïng. Trang 14
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Khi haõm phanh treân caùc baùnh xe, maù phanh taùc duïng vaøo vaønh xe sinh ra moâ men haõm M h vaø moâ men naøy sinh ra löïc haõm phanh P h nhö hình 2.4. r Mh Fh rk Ph A F' h Hình 2.4 Sô ñoà phaùt sinh löïc haõm xe Löïc haõm phanh P h chæ coù taùc duïng khi coù ñuû söùc baùm giöõa loáp xe vôùi maët ñöôøng, neáu khoâng thì xe vaãn tröôït treân maët ñöôøng maëc duø baùnh xe khoâng quay nöõa. Vì vaäy löïc haõm coù ích lôùn nhaát chæ coù theå baèng löïc baùm lôùn nhaát, nghóa laø: Ph = T max = ϕ G h Trong ñoù: ϕ - heä soá baùm Gh – troïng löôïng haõm, vì taát caû caùc baùnh xe ñeàu boá trí boä phaän haõm phanh neân troïng löôïng haõm cuõng baèng troïng löôïng toaøn boä G cuûa xe. Ngoaøi löïc haõm phanh P h, khi haõm xe caùc löïc caûn khaùc cuõng tham gia vaøo quaù trình haõm, nhöng vì khi haõm xe, xe chaïy chaäm neân löïc caûn do khoâng khí P ω laø khoâng ñaùng keå, coøn löïc caûn laên P f vaø löïc quaùn tính P j ñöôïc boû qua ñeå taêng an toaøn. Do vaäy toång löïc haõm luùc naøy chæ goàm löïc haõm phanh P h vaø löïc caûn do doác Pi, nghóa laø: Ph + P i = ϕG ± iG = G( ϕ ± i) trong ñoù: i – ñoä doác doïc cuûa ñöôøng. Goïi v1 vaø v2 (m/s) laø toác ñoä cuûa oâ toâ tröôùc vaø sau khi haõm phanh. Theo nguyeân lyù baûo toaøn naêng löôïng thì coâng cuûa toång löïc haõm sinh ra treân chieàu daøi haõm xe S h phaûi baèng ñoäng naêng tieâu hao do toác ñoä oâ toâ giaûm töø v1 xuoáng v2, töùc laø: 2 2 2 2 v1 − v2 G v1 − v2 G( ϕ ± i)S h = m = 2 g 2 Do ñoù coù theå tính ñöôïc chieàu daøi haõm xe: v2 −v2 S = 1 2 h 2g()ϕ ±i Trang 15
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Vì khi haõm xe vôùi cöôøng ñoä cao, chieàu daøi haõm xe ngoaøi thöïc teá seõ lôùn hôn so vôùi lyù thuyeát, do ñoù phaûi ñöa vaøo coâng thöùc treân heä soá söû duïng phanh k. Theo thöïc nghieäm neân laáy k = 1,2 vôùi oâ toâ con vaø k = 1,3 – 1,4 vôùi oâ toâ taûi vaø oâ toâ buyùt. Do ñoù ta coù: v2 −v2 S = k. 1 2 h 2g()ϕ ±i Neáu toác ñoä xe tính baèng km/h thì: V 2 − V 2 S = .k 1 2 , m h 254()ϕ ± i Khi haõm xe, neáu xe döøng laïi haún thì V 2 = 0, do ñoù: k.V 2 S = , m h 254()ϕ ± i 2.5. Taàm nhìn xe chaïy. Ñeå ñaûm baûo xe chaïy an toaøn, ngöôøi laùi xe luoân luoân caàn phaûi nhìn thaáy roõ moät ñoaïn ñöôøng ôû phía tröôùc ñeå kòp xöû lyù moïi tình huoáng giao thoâng nhö traùnh caùc choã hö hoûng, caùc chöôùng ngaïi vaät, vöôït xe, Chieàu daøi ñoaïn ñöôøng toái thieáu caàn nhìn thaáy ôû phía tröôùc ñoù goïi laø taàm nhìn chaïy xe. Khi thieát keá ñöôøng caàn phaûi ñaûm baûo ñöôïc taàm nhìn naøy. Trôû ngaïi ñoái vôùi taàm nhìn coù theå xaûy ra ôû choã ñöôøng voøng treân bình ñoà (Hình 2.5a) hoaëc cuõng coù theå xaûy ra ôû nhöõng choã ñænh doác loài treân traéc doïc (Hình 2.5b). Tim ñöôøng Quõy ñaïo xe chaïy a) Vuøng caûn trôû taàm nhìn b) Vuøng caûn trôû taàm nhìn Hình 2.5 Khaùi nieäm veà taàm nhìn a) Treân bình ñoà; b) Treân traéc doïc Caàn phaûi xaùc ñònh chieàu daøi taàm nhìn toái thieåu S naøy tuøy thuoäc vaøo moät soá tình huoáng giao thoâng treân ñöôøng theo caùc sô ñoà sau ñaây: 2.5.1 Xaùc ñònh chieàu daøi taàm nhìn xe chaïy theo sô ñoà 1: Trang 16
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ OÂ toâ gaëp chöôùng ngaïi vaät treân laøn xe ñang chaïy, ngöôøi laùi xe caàn phaûi nhìn thaáy chöôùng ngaïi vaät vaø kòp döøng xe tröôùc noù (Hình 2.6). S1 l1 l2 l0 Hình 2.6 Taàm nhìn xe chaïy theo sô ñoà 1 Theo hình veõ ta coù: S1 = l1 + l 2 + l 0 Trong ñoù: l1 – chieàu daøi xe chaïy ñöôïc trong thôøi gian ngöôøi laùi xe phaûn öùng taâm lyù, laø thôøi gian töø luùc laùi xe nhaän ra chöôùng ngaïi vaät ñeán khi taùc ñoäng haõm xe phaùt huy hieäu quaû haõm hoaøn toaøn, trong thieát keá ñöôøng quy ñònh thôøi gian naøy laø 1s, do ñoù: l 1 = v.t = v, m. v – toác ñoä oâ toâ tröôùc khi haõm phanh, m/s; l2 – Chieàu daøi xe chaïy ñöôïc trong quaù trình haõm xe, v2 l2 =Sh = k. , m 2g()ϕ ±i l0 – Cöï ly an toaøn, thöôøng laáy töø 5 – 10m; v2 Do ñoù: S1 = v+k. +l0 , m 2g()ϕ ±i Neáu vaän toác V tính baèng km/h thì: V V2 S = + k. + l , m 1 3,6 254()ϕ ± i 0 2.5.2 Xaùc ñònh chieàu daøi taàm nhìn xe chaïy theo sô ñoà 2: Theo sô ñoà naøy, hai xe chaïy ngöôïc chieàu nhau treân cuøng moät laøn xe vaø kòp döøng laïi tröôùc nhau moät caùch an toaøn (Hình 2.7). S2 1 1 2 2 l1 l3 l0 l4 l2 Hình 2.7 Taàm nhìn xe chaïy theo sô ñoà 2 Theo hình veõ ta coù: S2 = l 1 + l 2 + l 3 + l 4 + l 0, m Trang 17
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Trong ñoù: l1, l 2 - chieàu daøi xe 1 vaø xe 2 chaïy ñöôïc trong thôøi gian ngöôøi laùi xe phaûn öùng taâm lyù, laäp luaän töông töï nhö treân ta coù: l1 = v1, m l 2 = v2, m v1, v2 – vaän toác cuûa xe 1 vaø xe 2, m/s; l3, l 4 - chieàu daøi xe 1 vaø xe 2 chaïy ñöôïc trong suoát quaù trình haõm phanh. 2 v1 l3 = k. , m 2g()ϕ +i v2 l = k. 2 , m 4 2g()ϕ −i l0 – Cöï ly an toaøn, thöôøng laáy töø 5 – 10m; Do ñoù: 2 2 v1 v2 S2 = v1 +v2 +k. +k +l0 , m 2g()ϕ +i 2g()ϕ−i Neáu 2 xe chaïy cuøng toác ñoä laø V 1 = V 2 = V, vaän toác V tính baèng km/h thì: V V2ϕ S S = + k + l , m 2 1,8 127()ϕ 2 − i 2 0 2.5.3 Xaùc ñònh chieàu daøi taàm nhìn xe chaïy theo sô ñoà 3: Theo sô ñoà naøy, hai xe chaïy ngöôïc chieàu nhau treân cuøng moät laøn xe, xe chaïy traùi laøn phaûi kòp laùi veà laøn xe cuûa mình ñeå traùnh xe kia moät caùch an toaøn vaø khoâng giaûm toác ñoä (Hình 2.8). l2/2 S3 a/2 1 2 2 r a r 1 l1 l2 l3 Hình 2.8 Taàm nhìn xe chaïy theo sô ñoà 3 Theo hình veõ ta coù: S 3 = l 1 + l 2 + l 3, m Trong ñoù: l1 - chieàu daøi xe 1 chaïy ñöôïc trong thôøi gian ngöôøi laùi xe phaûn öùng taâm lyù, laäp luaän töông töï nhö treân ta coù: l 1 = v1, m v1 – vaän toác cuûa xe 1, m/s; l2 - chieàu daøi xe 1 chaïy ñöôïc trong thôøi gian laùi traùnh xe 2, theo hình veõ 2.8, xeùt tam giaùc vuoâng noäi tieáp trong nöûa voøng troøn baùn kính r, ta coù: Trang 18
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ 2  l  a  a  a 2  2  = 2r −  = ar − ≈ ar  2  2  2  4 trong ñoù: a – khoaûng caùch giöõa truïc caùc laøn xe, m; r – baùn kính toái thieåu xe coù theå laùi ngoaët ñöôïc, m; töø ñoù ta coù: l2 = 2 ar , m l3 – ñoaïn ñöôøng xe 2 ñi ñöôïc trong thôøi gian xe 1 laùi traùnh, ta coù: l2 l3 t = = v1 v2 v2 v2 ⇒l3 = l2 = 2 ar , m v1 v1 v2 Do ñoù: S3 = v1 +2 ar +2 ar, m v1 Neáu 2 xe chaïy cuøng toác ñoä V 1 = V 2 = V, km/h thì: V S = + 4 ar,m 3 3,6 2.5.4 Xaùc ñònh chieàu daøi taàm nhìn xe chaïy theo sô ñoà 4: Theo sô ñoà naøy, xe 1 vöôït xe 2 vaø kòp traùnh xe 3 chaïy ngöôïc chieàu moät caùch an toaøn (Hình 2.9). l2 l3 l1 S 1-S 2 S 2+ l0 l4 I II 1 3 3 1 2 2 2 1 L 1 I L 2 II L 3 S 4 Hình 2.9 Taàm nhìn xe chaïy theo sô ñoà 4 Ta coù: S 4 = L1 + L2 + L3, m Trong ñoù: S1 , S 2: chieàu daøi ñoaïn haõm phanh cuûa xe 1 vaø xe 2 l1 - chieàu daøi xe 1 chaïy ñöôïc trong thôøi gian ngöôøi laùi xe phaûn öùng taâm lyù, laäp luaän töông töï nhö treân ta coù: l 1 = v1, m l2 – khoaûng caùch toái thieåu giöõa xe 1 vaø xe 2 l3 - khoaûng caùch toái thieåu giöõa xe 2 vaø xe 1 Trang 19
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ l4 - chieàu daøi xe 1 L1 – chieàu daøi xe 1 chaïy ñöôïc trong suoát thôøi gian vöôït xe 2. Theo hình veõ, giaû thieát khi ñeán maët caét I – I thì xe 1 ñuoåi kòp xe 2, luùc baét ñaàu vöôït thì 2 xe caùch nhau moät khoaûng caùch baèng hieäu soá chieàu daøi haõm xe S1 – S 2 coäng vôùi chieàu daøi phaûn öùng taâm lyù l 1 (taát nhieân xe 2 phaûi chaïy chaäm hôn xe 1). Nhö vaäy thôøi gian xe 1 chaïy ñeán I – I phaûi baèng thôøi gian xe 2 chaïy ñeán I – I vaø ta coù: L1 L1 −(l2 +l4 ) t = = v1 v2 l2v1 + 1lv 4 Do ñoù: L1 = ,m v1 −v2 v1 vaø v2 laø toác ñoä cuûa xe 1 vaø xe 2, m/s. v2 v2 S = k 1 , S = k 2 1 2g(ϕ ±i) 2 2g(ϕ ±i) L2 ñöôïc xaùc ñònh theo ñieàu kieän thôøi gian xe chaïy ñeán maët caét I-I cuûa hai xe laø nhö nhau: L2 L2 −(l3 +l4 ) t = = v1 v2 l3v1 + 1lv 4 L2 = ,m v1 −v2 L3 – chieàu daøi xe 3 chaïy ñöôïc trong thôøi gian xe 1 vöôït xe 2, ta coù: v L1 + L2 L3 3 t = = ⇒L3 = ()L1 +L2 ,m v1 v3 v1 Thay caùc giaù trò L1, L2, L3 vaøo coâng thöùc treân, cuoái cuøng ta coù coâng thöùc xaùc ñònh chieàu daøi taàm nhìn S 4. v3 S4 = ()L1 +L2 1( + ),m v1 2 V3 +V1 V1 V1 S4 =( ).( +k +lat +2l4),m V1 −V2 6,3 254(ϕ±i) Coù theå söû duïng caùc coâng thöùc ñôn giaûn sau: S4= 6.V trong tröôøng hôïp bình thöôøng S4= 4.V trong tröôøng hôïp cöôõng böùc • ÖÙng duïng cuûa caùc sô ñoà taàm nhìn trong thieát keá ñöôøng oâ toâ: + Sô ñoà taàm nhìn S 1 ñöôïc tính trong tröôøng hôïp treân ñöôøng coù daûi phaân caùch giöõa, thöôøng duøng ñeå xaùc ñònh caùc yeáu toá kyõ thuaät cuûa ñöôøng nhö Trang 20
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ xaùc ñònh baùn kính ñöôøng cong ñöùng, xaùc ñònh phaïm vi phaù boû chöôùng ngaïi vaät trong ñöôøng cong. + Sô ñoà taàm nhìn S 2 ñöôïc tính trong tröôøng hôïp treân ñöôøng khoâng coù daûi phaân caùch giöõa, thöôøng duøng ñeå xaùc ñònh caùc yeáu toá kyõ thuaät cuûa ñöôøng nhö xaùc ñònh baùn kính ñöôøng cong ñöùng, xaùc ñònh phaïm vi phaù boû chöôùng ngaïi vaät trong ñöôøng cong. + Sô ñoà taàm nhìn S 4 coù giaù trò khaù lôùn, neáu duøng taàm nhìn naøy trong thieát keá ñöôøng thì seõ raát toán keùm, do vaäy coù theå khoâng tính toaùn theo sô ñoà naøy nhöng phaûi quy ñònh xe khoâng ñöôïc vöôït nhau trong ñöôøng cong baèng vaø treân ñöôøng cong ñöùng loài. 2.6. Tính löôïng tieâu hao nhieân lieäu khi xe chaïy treân ñöôøng. Vì löôïng tieâu hao nhieân lieäu khi xe chaïy phuï thuoäc vaøo ñieàu kieän ñöôøng (xaáu hoaëc toát) neân ñeå ñaùnh giaù moät tuyeán ñöôøng naøo ñoù toát hay xaáu thì caàn phaûi xaùc ñònh löôïng tieâu hao nhieân lieäu khi xe chaïy treân ñoaïn ñöôøng ñoù. Veà lyù thuyeát, löôïng tieâu hao nhieân lieäu cho moät xe chaïy treân 100km ñöôøng ñöôïc tính theo coâng thöùc: q .N Q = e ,lít/100km 100 10.v.γ qe – tæ suaát tieâu hao nhieân lieäu (g/maõ löïc giôø), trong tính toaùn thöôøng laáy qe = 250 - 300 g/maõ löïc giôø; γ – dung troïng cuûa nhieân lieäu, kG/lít. N – coâng suaát hieäu duïng do ñoäng cô oâ toâ saûn sinh ra ñeå khaéc phuïc caùc löïc caûn cuûa ñöôøng, maõ löïc. v N = P ,maõlöïc 3,6.75.η ∑ caûn v – toác ñoä xe chaïy, km/h; ΣPcaûn – toång löïc caûn khi xe chaïy vôùi toác ñoä ñeàu, KFv2 P = + G()f ± i ∑ caûn 13 η - heä soá hieäu duïng cuûa ñoäng cô oâ toâ; Caùc soá 3,6 vaø 75 – quy ñoåi ñôn vò coâng suaát ra maõ löïc; Do ñoù ta coù coâng thöùc tính löôïng tieâu hao nhieân lieäu: 2 qe KFv  Q100 =  + G()f ± i ,lít /100km 2700.η.γ  13  oOo Trang 21
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ CHÖÔNG 3 THIEÁT KEÁ ÑÖÔØNG CONG NAÈM 3.1. Ñaëc ñieåm chuyeån ñoäng cuûa oâ toâ treân ñöôøng cong naèm. Khi xe chaïy treân ñöôøng cong, ñieàu kieän xe chaïy cuûa oâ toâ khaùc haún so vôùi khi xe chaïy treân ñöôøng thaúng: chòu taùc duïng cuûa löïc ly taâm C höôùng ra ngoaøi ñöôøng cong, löïc naøy vuoâng goùc vôùi höôùng chuyeån ñoäng, taùc ñoäng leân oâ toâ vaø haønh khaùch, laøm cho xe deã bò laät hoaëc tröôït khi xe chaïy nhanh ôû caùc ñöôøng cong coù baùn kính nhoû, laøm cho vieäc ñieàu khieån xe gaëp khoù khaên hôn vaø haønh khaùch coù caûm giaùc khoù chòu. Ngoaøi ra, ôû nhöõng ñöôøng cong coù baùn kính nhoû, do taùc duïng cuûa löïc ly taâm C, loáp xe seõ bò bieán daïng theo chieàu ngang taïi choã tieáp xuùc vôùi maët ñöôøng, söùc caûn laên ñoái vôùi oâ toâ taêng leân, loáp xe choùng hao moøn hôn. Vì vaäy khi thieát keá ñöôøng coá gaéng söû duïng ñöôøng cong coù baùn kính lôùn trong ñieàu kieän cho pheùp. Khi xe chaïy trong ñöôøng cong, taïi troïng taâm cuûa oâ toâ chòu taùc duïng cuûa löïc ly taâm vaø troïng löôïng baûn thaân cuûa oâ toâ (Hình 3.1). C Yñ in G α Hình 3.1 Caùc löïc taùc duïng vaøo oâ toâ khi xe chaïy trong ñöôøng cong Löïc ly taâm C xaùc ñònh theo coâng thöùc: mv 2 G v 2 C === === R g R trong ñoù: m – khoái löôïng oâ toâ; v - toác ñoä xe chaïy, m/s; R – baùn kính ñöôøng cong, m; G – troïng löôïng cuûa oâ toâ, kG; g – gia toác troïng tröôøng, g = 9,81m/s 2; Töø hình veõ, ta coù: Trang 1
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Yñ = Ccos α ± Gsin α Yñ – toång hôïp caùc löïc laøm oâ toâ tröôït ngang; α - goùc nghieâng cuûa beà maët ñöôøng so vôùi höôùng naèm ngang; daáu (+) töông öùng vôùi tröôøng hôïp khi xe chaïy treân nöûa laøn xe phía löng ñöôøng cong vaø daáu (-) khi xe ôû phía buïng ñöôøng cong. Vì α raát nhoû neân coù theå xem cos α ≈ 1, sin α ≈ tang α = i n – ñoä doác ngang cuûa maët ñöôøng. Do ñoù: G v 2 Y v 2 Y === ±±± Gi ⇒⇒⇒ === ±±± i g R n G gR n Ñaët: Y v 2 === === ±±± i G gR n - heä soá löïc ngang; Do ñoù coâng thöùc tính baùn kính ñöôøng cong coù daïng: v2 R = ,m g() ± in Neáu V tính baèng km/h thì: V 2 R = ,m 127() ± i n Trong tính toaùn, neáu laáy heä soá trung bình = 0,08, ta coù coâng thöùc tính baùn kính ñöôøng cong naèm toái thieåu khoâng caàn boá trí sieâu cao laø: V 2 Rmin = , m 127(),0 08 − in Trong ñieàu kieän haïn cheá, neáu laáy heä soá = 0,15, ta coù coâng thöùc tính baùn kính ñöôøng cong naèm toái thieåu khi coù boá trí sieâu cao laø: 2 sc V Rmin = , m 127(),0 15 + isc 3.2. Sieâu cao vaø boá trí sieâu cao. 3.2.1 Khaùi nieäm veà sieâu cao: Khi xe chaïy trong ñöôøng cong, nhöõng xe chaïy beân nöûa phía ngoaøi tim ñöôøng (phía löng ñöôøng cong) keùm oån ñònh hôn nhöõng xe chaïy phía buïng ñöôøng cong. Vì vaäy, ñeå ñaûm baûo an toaøn vaø tieän lôïi trong vieäc ñieàu khieån oâ toâ ôû caùc Trang 2
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ ñöôøng cong baùn kính nhoû thì phaûi laøm sieâu cao, töùc laø laøm cho maët ñöôøng coù ñoä doác ngang nghieâng veà phía buïng cuûa ñöôøng cong (Hình 3.2). LCT (LSC) K0 iSC i1 ) C S L ( T C L i1 i1 Hình 3.2 Sieâu cao treân ñöôøng cong Ñoä doác sieâu cao caàn thieát ñeå xe chaïy vôùi toác ñoä V treân ñöôøng cong baùn kính R coù theå tính theo coâng thöùc: V 2 i = − 0,15 sc 127R Tuy nhieân, theo quy trình cuûa Vieät Nam thì: 2% ≤ i sc ≤ 8% 3.1.2 Boá trí sieâu cao: (Phöông phaùp chuyeån tieáp daàn töø traéc ngang hai maùi sang traéc ngang moät maùi). Chuyeån töø maët caét ngang hai maùi (ngoaøi ñöôøng thaúng) sang maët caét ngang moät maùi (trong ñoaïn ñöôøng cong troøn) noùi chung ñöôïc thöïc hieän daàn treân ñoaïn ñöôøng cong chuyeån tieáp L CT . Trong tröôøng hôïp khoâng coù ñöôøng cong chuyeån tieáp thì thöïc hieän treân ñoaïn noái sieâu cao L SC . Trình töï chuyeån tieáp töø maët caét ngang hai maùi sang maët caét ngang moät maùi ñöôïc thöïc hieän nhö hình 3.3 vaø theo trình töï sau: - Treân ñoaïn thaúng daøi 10m tröôùc khi vaøo ñöôøng cong chuyeån tieáp (hoaëc ñoaïn noái sieâu cao), chuyeån daàn ñoä doác ngang leà ñöôøng phía löng ñöôøng cong cho baèng ñoä doác ngang maët ñöôøng. Trang 3
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ - Laáy tim phaàn xe chaïy laøm taâm, quay nöûa phaàn xe chaïy phía löng ñöôøng cong cho ñeán khi ñaït ñöôïc maët caét ngang moät maùi coù ñoä nghieâng baèng ñoä doác ngang maët ñöôøng. - Laáy meùp trong phaàn xe chaïy (khi chöa môû roäng) laøm taâm, quay caû maët ñöôøng cho tôùi khi traéc ngang ñöôøng coù ñoä nghieâng baèng ñoä doác sieâu cao quy ñònh. 2 i 0 = 1 1 i i i 1 1 i C S i 1 1 1 i i i 3 2 2 2 i i i 5 2 i 10m 4 2 1 3 5 5 3,4 4 1,2 2 2' Hình 3.3 Chuyeån tieáp töø traéc ngang hai maùi sang traéc ngang moät maùi Chieàu daøi ñoaïn noái sieâu cao L sc ñöôïc xaùc ñònh töø hình veõ 3.4: (B + ).isc I = Bi sc = L sc ip => Lsc = ,m ip isc I ip sc L B Hình 3.4 Sô ñoà xaùc ñònh chieàu daøi ñoaïn noái sieâu cao trong ñoù: ip – ñoä doác phuï treân ñoaïn noái sieâu cao; Trang 4
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ ñoái vôùi ñöôøng v tt ≤ 40km/h: ip = 1%; ñoái vôùi ñöôøng v tt ≥ 60km/h: ip = 0,5%; B – chieàu roäng phaàn xe chaïy (maët ñöôøng), m; - ñoä môû roäng maët ñöôøng trong ñöôøng cong, m; isc – ñoä doác sieâu cao, %. LÒ ®−êng phÇn gia cè lm cïng ®é dèc v cïng h−íng víi dèc siªu cao, phÇn lÒ ®Êt kh«ng gia cè phÝa l−ng ®−êng cong dèc ra phÝa l−ng ®−êng cong. C¸c phÇn xe ch¹y riªng biÖt nªn lm siªu cao riªng biÖt. §o¹n nèi siªu cao: Siªu cao ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch quay phÇn xe ch¹y ë phÝa l−ng ®−êng cong quanh tim ®−êng ®Ó phÇn xe ch¹y cã cïng mét ®é dèc, sau ®ã vÉn tiÕp tôc quay quanh tim ®−êng tíi lóc ®¹t ®é dèc siªu cao. Tr−êng hîp ®−êng cã d¶i ph©n c¸ch gi÷a siªu cao ®−îc thùc hiÖn cã thÓ b»ng c¸ch quay xung quanh mÐp trong hoÆc mÐp ngoi mÆt ®−êng. §o¹n nèi siªu cao, ®o¹n nèi më réng ®Òu ®−îc bè trÝ trïng víi ®−êng cong chuyÓn tiÕp. Khi kh«ng cã ®−êng cong chuyÓn tiÕp, c¸c ®o¹n nèi ny bè trÝ mét nöa trªn ®−êng cong v mét nöa trªn ®−êng th¼ng. Ñeå giaûi quyeát vaán ñeà taâm lyù cho ngöôøi laùi xe, vôùi nhöõng ñöôøng cong oâm vöïc, ngöôøi ta thieát keá maët ñöôøng coù ñoä doác sieâu cao ngöôïc (maët ñöôøng coù ñoä doác nghieâng veà phía löng ñöôøng cong), ñoä doác sieâu cao ngöôïc khoâng ñöôïc vöôït quaù 4%. 3.3. Ñöôøng cong chuyeån tieáp. 3.3.1 Khaùi nieäm veà ñöôøng cong chuyeån tieáp (ÑCCT): Khi xe chaïy töø ñoaïn ñöôøng thaúng coù baùn kính baèng ∞ vaøo ñoaïn ñöôøng cong coù baùn kính baèng R, ñieàu kieän xe chaïy bò thay ñoåi ñoät ngoät: chòu taùc duïng cuûa löïc ly taâm C laøm cho xe chaïy keùm oån ñònh, haønh khaùch caûm giaùc khoù chòu, vì vaäy ngöôøi laùi xe thöôøng giaûm toác ñoä. Khi V tt ≥ 60 km/h th× ph¶i bè trÝ ®−êng cong chuyÓn tiÕp ®Ó nèi tõ ®−êng th¼ng vo ®−êng cong trßn v ng−îc l¹i. Ñeå ñaûm baûo tuyeán ñöôøng phuø hôïp vôùi quyõ ñaïo thöïc teá xe chaïy, ôû hai ñaàu ñoaïn ñöôøng cong troøn ngöôøi ta boá trí ñoaïn ÑCCT. Ñoaïn ÑCCT coù taùc duïng: - Thay ñoåi goùc ngoaët cuûa baùnh xe tröôùc moät caùch töø töø ñeå ñaït ñöôïc goùc quay caàn thieát ôû ñaàu ñöôøng cong troøn. - Giaûm möùc ñoä taêng löïc ly taâm. - Laøm cho tuyeán ñöôøng haøi hoøa, löôïn ñeàu, ít gaõy khuùc. Do ñoù laøm cho xe chaïy ñöôïc an toaøn vaø eâm thuaän. 3.3.2 Phöông trình ñöôøng cong chuyeån tieáp daïng clotoic: Ñoaïn ÑCCT ñöôïc thieát keá vôùi ñieàu kieän: - Toác ñoä xe chaïy treân ñöôøng thaúng baèng toác ñoä xe chaïy treân ñöôøng cong. Trang 5
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ - Phöông trình ÑCCT phuø hôïp vôùi quõy ñaïo xe chaïy trong thöïc teá, baùn kính ñöôøng cong thay ñoåi tæ leä nghòch vôùi goùc ngoaët cuûa baùnh xe tröôùc (Hình 3.5a) vaø ñöôïc xaùc ñònh baèng coâng thöùc: L ρ === A α trong ñoù: LA – Chieàu daøi khung xe, m; α - goùc ngoaët cuûa baùnh xe tröôùc; ρ - baùn kính ñöôøng cong taïi ñieåm tính toaùn, m. LA α R Daïng Parabole baäc 3 Daïng Lem-nit-cat (hoa thò) Daïng Clo-to-ic a) b) Hình 3.5 a) Sô ñoà tính toaùn quay xe treân ñöôøng; b) Caùc daïng ÑCCT. Ngoaøi ñöôøng thaúng, α = 0, taêng daàn khi vaøo ñöôøng cong vaø taïi tieáp ñaàu cuûa ñöôøng cong troøn coù baùn kính baèng R, α = α0 vaø ta coù: L α === A 0 R Neáu xe chaïy vôùi toác ñoä khoâng ñoåi v (m/s), toác ñoä quay goùc ngoaët cuûa baùnh xe tröôùc khoâng ñoåi laø ω, goïi S laø chieàu daøi ñoaïn ñöôøng xe chaïy ñöôïc treân ÑCCT, t laø thôøi gian xe chaïy töông öùng, ta coù: S ωS. t === ; α=== ω t. === v v Thay vaøo treân, ta coù: L v. ρ=== A ω.S Vì L A, v, ω laø nhöõng ñaïi löôïng khoâng ñoåi, do ñoù: Trang 6
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ L v. A === const === C ω C Do ñoù: ρ === S Phöông trình treân laø cô sôû ñeå thieát keá ÑCCT. Noù chính laø phöông trình ñöôøng cong daïng clotoic (Hình 3.5b). Haèng soá C coù theå xaùc ñònh töø ñieàu kieän: khi S = L (taïi cuoái ÑCCT) thì ρ = R vaø ta coù: C = R.L = A 2 trong ñoù: A – thoâng soá clotoic; L – chieàu daøi ÑCCT. 1. Tìm phöông trình ñöôøng cong chuyeån tieáp(ÑCCT): ds dα Caùc giaû thieát: v = = const ω = = const dt dt Caàn tìm lieân heä S=f( ρ) l l.dρ Vì goùc α coù giaù trò nhoû neân α = tgα = ⇒ dα = − ρ ρ 2 dα dα .dl ρ Maø ω = ⇒dt = = − dt ω ω.ρ2 .lv dρ dρ ds = v.dt = − . = C.(− ) ω ρ 2 ρ 2 S ρ dρ ⇒ ds = C.(− ) ∫ ∫ 2 0 ∞ ρ C ⇒ S = ρ Phöông trình treân laø cô sôû ñeå thieát keá ÑCCT. Noù chính laø phöông trình ñöôøng cong daïng clotoic (Hình 3.5b). Haèng soá C coù theå xaùc ñònh töø ñieàu kieän: khi S = L (taïi cuoái ÑCCT) thì ρ = R vaø ta coù: C = R.L = A 2 trong ñoù: A – thoâng soá clotoic; L – chieàu daøi ÑCCT. C 2. Chuyeån phöông trình S = sang phöông trình tham soá ρ x= f 1(S) y= f2(S) dx=dS.cos ϕ Trang 7
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ dy=dS.sin ϕ Ñieàu kieän bieân: ρ = ∞→ ϕ = 0; x=0, y=0 dS dS dϕ = = ⇒ S.dS = C.dϕ ρ C S S ϕ ∫ S.dS = ∫ C.dϕ 0 0 S 2 = C.ϕ 2 S 2 S 2 S ϕ = = = .2 C .2 ρ.S .2 ρ ϕ 2 ϕ 4 S 4 S 8 dx = cosϕ.dS = 1( − + − )dS = 1( − + − )dS !2 !4 2!.4.C 2 4!.16.C 4 x S S 4 S 8 x = dx = 1( − + − )dS ∫ ∫ 2 4 0 0 2!. .4 C 4!.16.C S 5 S 9 S 13 x = S − + − + 40.C 2 3456.C 4 599040.C 6 ϕ 3 ϕ 5 S 2 S 6 S10 dy = sinϕ.dS = (ϕ − + − )dS = ( − + − )dS !3 !5 .2 C 3!.8.C 3 5!.32.C 5 x S S 2 S 6 S 10 y = dy = ( − + − )dS ∫ ∫ 3 5 0 0 .2 C !.3 .8 C !.5 32.C S 3 S 7 S 11 y = − + − .6 C 336.C 3 42240.C 5 Döïa vaøo phöông trình treân ta xaùc ñònh ñöôïc toïa ñoä caùc ñieåm treân ÑCCT. Ñaëc ñieåm cuûa ÑCCT daïng Clotoic laø neáu hai ñöôøng cong chuyeån tieáp thoûa maõn caùc ñieàu kieän: S1=K.S 2, R1=K.R 2, A1 = C1 = K. C1 = K.A2 thì chuùng ñoàng daïng vôùi nhau theo heä soá tyû leä laø K. Coù nghóa laø: x1=K.x 2, y 1=K.y 2 döïa vaøo ñaëc ñieåm naøy chuùng ta coù theå tính toïa ñoä cuûa ñöôøng cong Clotoic baát kyø theo moät ñöôøng cong ñaõ coù toïa ñoä vaø theo heä soá tyû leä laø K ñaõ bieát. Trong thöïc teá ngöôøi ta ñaõ laäp saün baûng toïa ñoä ñöôøng cong Clotoic coù A=1 Vôùi ñöôøng cong Clotoic coù thoâng soá A thì ñoàng daïng vôùi ñöôøng cong ôû trong baûng laäp saün theo heä soá tyû leä laø K=A hay: S=A.S b, x=A.x b, y=A.y b 3. Chieàu daøi ÑCCT nhoû nhaát: a. Ñieàu kieän 1: Toác ñoä taêng gia toác ly taâm I khoâng ñöôïc vöôït quaù trò soá cho pheùp. Trang 8
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Chieàu daøi ÑCCT ñöôïc xaùc ñònh töø ñieàu kieän ñeå löïc ly taâm taêng daàn daàn khoâng gaây caûm giaùc khoù chòu cho haønh khaùch khi xe chaïy vaøo ñöôøng cong. Muoán vaäy toác ñoä taêng gia toác ly taâm I khoâng ñöôïc vöôït quaù trò soá cho pheùp coù theå gaây khoù chòu cho haønh khaùch. Gia toác ly taâm phaûi taêng töø töø, thay ñoåi töø alt =0 ôû ngoaøi v2 ñoaïn thaúng ñeán trò soá cöïc ñaïi a lt = khi vaøo ñeán ñöôøng cong troøn. Thôøi gian R xe chaïy treân ñoaïn ÑCCT coù theå xaùc ñònh theo coâng thöùc: L t = v 3 3 alt v  V  1 Ñoä taêng gia toác ly taâm I = = ≤ []I 0 ⇒ L ≥   . t L.R  6,3  []I 0 .R Do ñoù chieàu daøi ÑCCT coù theå xaùc ñònh: V 3 L ≥ 47.[]I 0 .R trong ñoù: v – toác ñoä cuûa oâ toâ, m/s. V(km/h) 3 R(m), [I 0 ] = 3,0 ÷ 6,0 m / s 3 Theo TCVN 4054-05 thì [I 0 ] = 5,0 m / s b. Ñieàu kieän 2: Ñuû ñeå boá trí ñoaïn noái sieâu cao. c. Ñieàu kieän 3: Thoâng soá A thoûa maõn ñieàu kieän: R R 2 A2 R A > ⇒ A2 > ⇒ L = > 3 9 R 9 * Chieàu daøi ÑCCT nhoû nhaát ñöôïc choïn baèng giaù trò lôùn nhaát trong ba ñieàu kieän treân. 4. Chieàu daøi ÑCCT lôùn nhaát: - Chieàu daøi ÑCCT lôùn nhaát khi ñöôïc boá trí ñoái xöùng xaùc ñònh theo ñieàu kieän sau: S L α ϕ = ⇒ ϕ = max = .2 ρ max .2 R 2 Lmax = α.R Trong ñoù: α: goùc ngoaëc cuûa höôùng tuyeán tính baèng radian - Chieàu daøi ÑCCT lôùn nhaát khi ñöôïc boá trí khoâng ñoái xöùng xaùc ñònh nhö sau: S L ϕ = ⇒ ϕ = 1 .2 ρ 01 .2 R ϕ02 = α −ϕ01 Trang 9
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ L L = .2 R.ϕ = .2 R.(α − 1 ) 2max 02 2.R L2max = .2 R.α − L1 3.3.5. Phöông phaùp caém ÑCCT vaø ñöôøng cong troøn: Caùc yeáu toá ñaõ bieát: chieàu daøi ÑCCT ñöôïc choïn; vò trí caùc ñænh chuyeån höôùng; goùc ngoaëc α cuûa höôùng tuyeán; Giaù trò baùn kính ñöôøng cong troøn. y y' (NC) 0 ϕ0 α R (TC) K 0 x' 0 y (TÑ) O' α O ϕ0 (NÑ) B C A Ñ x t AB X0 T0 Caùc kích thöôùc trong hình ñöôïc tính nhö sau: tAB =y 0.cotg ϕ0 L ϕ = 0 2.R Chuù yù: trong tröôøng hôïp caém ÑCCT ñöôïc boá trí ñoái xöùng thì phaûi kieåm tra ñieàu α kieän sau: ϕ ≤ 0 2 α T = ()R.cosϕ + y .tg + x − R.sinϕ 0 0 0 2 0 0 x0,y 0: laø toïa ñoä cuûa ñieåm cuoái ÑCCT hay ñieåm ñaàu cuûa ñöôøng cong troøn. Caùch caém ÑCCT (loaïi ñöôøng cong coù hai ÑCCT ôû hai ñaàu ñoái xöùng) α - Böôùc 1: Kieåm tra ñieàu kieän ϕ ≤ . 0 2 - Böôùc 2: Tính giaù trò T 0, x 0, y 0. - Böôùc 3: Ño töø Ñ theo höôùng tuyeán moät ñoaïn T 0 ta xaùc ñònh ñöôïc ñieåm O (NÑ). Trang 10
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ - Böôùc 4: Töø ñieåm O ño ngöôïc laïi Ñ moät ñoaïn x 0 ta xaùc ñònh ñöôïc ñieåm A - Böôùc 5: Taïi A ño theo höôùng vuoâng goùc vôùi OÑ moät ñoaïn y 0 ta xaùc ñònh ’ ñöôïc O (TÑ ct ). Xaùc ñònh toïa ñoä x,y cuûa ñieåm trung gian cuûa ñöôøng cong chuyeån tieáp theo caùc haøm: x n = f 1(n S), y n = f 2(n S) (n = 1,2,3 ). Cöï ly giöõa caùc ñieåm trung gian S = (5- 20)m. Moät caùch ñuùng ñaén laø cöï ly giöõa caùc ñieåm trung gian neân xaùc ñònh theo ϕ vì ñoä cong cuûa ñöôøng cong luoân thay ñoåi. - Böôùc 6: Taïi A ño veà O moät ñoaïn tAB ñöôïc B . Keû BO’ laø tieáp tuyeán ñöôøng cong troøn coøn laïi keùo daøi ñöôïc O’x. Taïi O ’ ño theo höôùng vuoâng goùc vôùi O’x ta xaùc ñònh ñöôïc O ’y laø heä truïc toïa ñoä vuoâng goùc ñeå xaùc ñònh caùc ñieåm chi tieát trong ñöôøng cong troøn cô baûn. Caém caùc ñieåm chi tieát treân ñöôøng cong troøn Xaùc ñònh cöï li cuûa caùc ñieåm thuoäc ñöôøng cong troøn (l), ñöôïc choïn tuøy thuoäc vaøo baùn kính R (m) theo quy ñònh sau: R ≥ 500m l = 20m R < (100 ñeán 500)m l = 10m R < 100m l = 5m l Xaùc ñònh goùc β chaén cung β = R α 0 = α − 2ϕ0 Chieàu daøi coøn laïi cuûa ñöôøng cong troøn K0=R. α0 Duøng phöông phaùp toïa ñoä vuoâng goùc, söû duïng caùc coâng thöùc sau: x= Rxsin( n β ) yRx=(1 − cos( n β )) 3.4. Môû roäng maët ñöôøng trong ñöôøng cong. 3.4.1 Khaùi nieäm vaø tính toaùn ñoä môû roäng: Khi xe chaïy treân ñöôøng cong, moãi baùnh xe chuyeån ñoäng theo quyõ ñaïo rieâng, chieàu roäng daûi ñöôøng maø oâ toâ chieám treân phaàn xe chaïy roäng hôn so vôùi khi xe chaïy treân ñöôøng thaúng (Hình 3.6). Trang 11
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ A e LA B C 0 R D Hình 3.6 Sô ñoà xaùc ñònh ñoä môû roäng maët ñöôøng trong ñöôøng cong Ñeå ñaûm baûo ñieàu kieän xe chaïy treân ñöôøng cong töông ñöông nhö treân ñöôøng thaúng, ôû caùc ñöôøng cong coù baùn kính nhoû caàn phaûi môû roäng phaàn xe chaïy theâm chieàu roäng E. Xeùt chuyeån ñoäng cuûa oâ toâ trong ñöôøng cong nhö hình veõ, hai tam giaùc vuoâng ABC vaø CBD ñoàng daïng, do ñoù ta coù: AB BC = BC BD trong ñoù: BC = L A – chieàu daøi töø ñaàu xe tôùi truïc baùnh xe sau, m; AB = e – chieàu roäng caàn môû theâm cuûa 1 laøn xe, m; BD = AD – AB = 2R – e ≈ 2R L2 Do ñoù: e === A 2R Coâng thöùc treân ñöôïc xaùc ñònh theo sô ñoà hình hoïc maø chöa xeùt ñeán khaû naêng thöïc teá khi xe chaïy, khi xe chaïy vôùi toác ñoä cao, ñoä môû roäng maët ñöôøng trong ñöôøng cong ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: L2 0,05.V e = A + ,m 2R R Ñoä môû roäng maët ñöôøng E cho ñöôøng coù 2 laøn xe seõ laø: L2 0,1.V E = 2e = A + ,m R R trong ñoù: V – toác ñoä xe chaïy, km/h. 3.4.2 Boá trí ñoä môû roäng maët ñöôøng trong ñöôøng cong: Trang 12
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ - Phaàn môû roäng ñöôïc boá trí ôû phía buïng ñöôøng cong. Khi gaëp khoù khaên (ví duï coù vaùch ñaù ôû phía buïng) thì cho pheùp boá trí ôû phía löng hoaëc boá trí ñoàng thôøi ôû phía buïng vaø phía löng (Hình 3.7). E . K T LC 0 Hình 3.7 Boá trí môû roäng treân ñöôøng cong + §é më réng ®−îc ®Æt trªn diÖn tÝch phÇn lÒ gia cè. D¶i dÉn h−íng (v c¸c cÊu t¹o kh¸c nh− ln phô cho xe th« s¬, ) ph¶i bè trÝ phÝa tay ph¶i cña ®é më réng. NÒn ®−êng khi cÇn ph¶i më réng, ®¶m b¶o phÇn lÒ ®Êt cßn Ýt nhÊt l 0,5 m. + §o¹n nèi më réng lm trïng víi ®o¹n nèi siªu cao hoÆc ®−êng cong chuyÓn tiÕp. Khi kh«ng cã hai yÕu tè ny, ®o¹n nèi më réng ®−îc cÊu t¹o: Mét nöa n»m trªn ®−êng th¼ng v mét nöa n»m trªn ®−êng cong. Trªn ®o¹n nèi, më réng ®Òu (tuyÕn tÝnh). Më réng 1m trªn chiÒu di tèi thiÓu 10m. 3.5. Noái tieáp caùc ñöôøng cong treân bình ñoà. 3.5.1 Hai ñöôøng cong cuøng chieàu: (laø hai ñöôøng cong coù taâm quay veà moät phía). Hai ñöôøng cong cuøng chieàu coù theå noái tröïc tieáp vôùi nhau hoaëc giöõa chuùng coù moät ñoaïn thaúng cheâm tuøy theo töøng tröôøng hôïp cuï theå: - Neáu hai ñöôøng cong cuøng chieàu khoâng coù sieâu cao hoaëc coù cuøng ñoä doác sieâu cao thì coù theå noái tröïc tieáp vôùi nhau vaø ta coù ñöôøng cong gheùp (Hình 3.8a). - Neáu hai ñöôøng cong cuøng chieàu gaàn nhau maø khoâng coù cuøng ñoä doác sieâu cao: + Giöõa chuùng phaûi coù moät ñoaïn thaúng cheâm m ñuû daøi ñeå boá trí hai ñoaïn L +++ L ÑCCT hoaëc hai ñoaïn noái sieâu cao (Hình 3.8b), töùc laø: m ≥≥≥ 1 2 2 trong ñoù: L 1 vaø L 2 – chieàu daøi ÑCCT hoaëc ñoaïn noái sieâu cao cuûa hai ñöôøng cong, m. + Neáu chieàu daøi ñoaïn thaúng cheâm giöõa hai ñöôøng cong khoâng coù hoaëc khoâng ñuû thì toát nhaát laø thay ñoåi baùn kính ñeå hai ñöôøng cong tieáp giaùp nhau vaø coù cuøng ñoä doác sieâu cao cuõng nhö ñoä môû roäng theo ñoä doác sieâu cao vaø ñoä môû Trang 13
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ roäng lôùn nhaát. Tæ soá baùn kính giöõa hai ñöôøng cong keà nhau trong ñöôøng cong gheùp khoâng ñöôïc lôùn hôn 1,3 laàn. Ñ1 TC 1=TÑ 2 Ñ2 TC 2 a) TÑ 1 R1 R2 02 01 c) b) 02 R2 m TC 1 TÑ 2 Ñ2 TC 2 Ñ1 Ñ1 TC 1 TC 2 m TÑ 2 Ñ2 TÑ 1 TÑ 1 R1 R1 R2 1 0 01 02 Hình 3.8 Boá trí noái tieáp caùc ñöôøng cong treân bình ñoà a,b) Ñöôøng cong cuøng chieàu; c) Ñöôøng cong ngöôïc chieàu + Neáu vì ñieàu kieän ñòa hình khoâng theå duøng ñöôøng cong gheùp maø vaãn phaûi giöõ ñoaïn thaúng cheâm ngaén thì treân ñoaïn thaúng ñoù phaûi thieát keá maët caét ngang moät maùi (sieâu cao) töø cuoái ñöôøng cong naøy ñeán ñaàu ñöôøng cong kia. 3.5.2 Hai ñöôøng cong ngöôïc chieàu: (laø hai ñöôøng cong coù taâm quay veà hai phía khaùc nhau). - Hai ñöôøng cong ngöôïc chieàu coù baùn kính lôùn khoâng yeâu caàu laøm sieâu cao thì coù theå noái tröïc tieáp vôùi nhau. - Tröôøng hôïp caàn phaûi laøm sieâu cao thì chieàu daøi ñoaïn thaúng cheâm phaûi ñuû daøi ñeå coù theå boá trí hai ñoaïn ÑCCT hoaëc hai ñoaïn noái sieâu cao (Hình 3.8c). 3.6. Ñaûm baûo taàm nhìn treân ñöôøng cong naèm. Taàm nhìn treân ñöôøng cong naèm ñöôïc kieåm tra ñoái vôùi caùc oâ toâ chaïy treân laøn xe phía buïng ñöôøng cong vôùi giaû thieát maét ngöôøi laùi xe caùch meùp maët ñöôøng 1,5m vaø ôû ñoä cao caùch maët ñöôøng 1,0m (töông öùng vôùi tröôøng hôïp xe con). Trang 14
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Muoán ñaûm baûo ñöôïc taàm nhìn S treân ñöôøng cong caàn phaûi xaùc ñònh ñöôïc phaïm vi phaù boû chöôùng ngaïi vaät caûn trôû taàm nhìn, thöôøng duøng hai phöông phaùp: 3.6.1 Phöông phaùp ñoà giaûi: Treân bình ñoà ñöôøng cong naèm veõ vôùi tæ leä lôùn (Hình 3.9), theo ñöôøng quyõ ñaïo xe chaïy, ñònh ñieåm ñaàu vaø ñieåm cuoái cuûa nhöõng daây cung coù chieàu daøi baèng chieàu daøi taàm nhìn S seõ ñöôïc caùc tia nhìn töông öùng (11’=22’=33’=44’= ). Veõ ñöôøng cong bao nhöõng tia nhìn naøy ta coù ñöôøng giôùi haïn nhìn. Trong phaïm vi cuûa ñöôøng bao naøy taát caû caùc chöôùng ngaïi vaät ñeàu phaûi ñöôïc phaù boû nhö caây coái, nhaø cöûa, 4 1' 3 z 2' 2 3' 1 Ñöôøng giôùi haïn nhìn Quyõ ñaïo xe chaïy 4' 1, 5m Hình 3.9 Sô ñoà xaùc ñònh taàm nhìn theo phöông phaùp ñoà giaûi 3.6.1 Phöông phaùp giaûi tích: Caàn xaùc ñònh khoaûng caùch caàn ñaûm baûo taàm nhìn taïi ñieåm chính giöõa ñöôøng cong z. Trong phaïm vi ñöôøng cong troøn, ñöôøng giôùi haïn nhìn veõ theo ñöôøng troøn caùch quyõ ñaïo xe chaïy moät khoaûng caùch laø z. Töø hai ñaàu cuûa ñöôøng cong, keùo daøi veà hai phía moãi beân moät ñoaïn baèng S treân quyõ ñaïo xe chaïy. Töø hai ñieåm cuoái cuûa hai ñoaïn thaúng naøy veõ ñöôøng thaúng tieáp xuùc vôùi ñöôøng troøn treân ta seõ coù ñöôøng giôùi haïn nhìn (Hình 3.10). z S K 1, 5m Ñöôøng giôùi haïn nhìn Quyõ ñaïo xe chaïy Hình 3.10 Xaùc ñònh ñöôøng giôùi haïn nhìn theo phöông phaùp giaûi tích Trang 15
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Xaùc ñònh khoaûng caùch caàn ñaûm baûo taàm nhìn z, coù hai tröôøng hôïp: - Khi chieàu daøi ñöôøng cong K nhoû hôn cöï ly taàm nhìn S (Hình 3.11a). Ta coù: z = DH = DE + EH Trong ñoù: DE = OD – OE; OD = R 1 – baùn kính cuûa ñöôøng cong theo quyõ ñaïo xe α 1 α chaïy. OE = R 1.cos α/2; EH = AF = AMsin = (S − K)sin 2 2 2  α  1 α Do ñoù ta coù: z = R 1− cos  + ()S − K sin ,m 1  2  2 2 - Khi chieàu daøi ñöôøng cong K lôùn hôn cöï ly taàm nhìn S (Hình 3.11b)  α1  Ta coù: z === R 1 1−−− cos   2  α1 – goùc giôùi haïn bôûi cung cuûa ñöôøng troøn coù chieàu daøi baèng cöï ly taàm nhìn S. K K /2 ) . -K α b) (S . D α a) A E z s F H R1 R1 S 0 Quyõ ñaïo xe chaïy 0 Hình 3.11 Sô ñoà xaùc ñònh khoaûng caùch z. a) Khi S > K; b) Khi S < K R R1 1,5m B/2 180 S.  B  α1 === ; R 1 = R −  − 5,1 m π R. 1  2  R – Baùn kính ñöôøng cong, m; B – Chieàu roäng maët ñöôøng, m. Trang 16
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Khi thiÕt kÕ ph¶i kiÓm tra tÇm nh×n. C¸c chç kh«ng ®¶m b¶o tÇm nh×n ph¶i dì bá c¸c ch−íng ng¹i vËt (chÆt c©y, ®o m¸i taluy ). Ch−íng ng¹i vËt sau khi dì bá ph¶i thÊp h¬n ®−êng nh×n 0,30 m. Tr−êng hîp thËt khã kh¨n, cã thÓ dïng g−¬ng cÇu, biÓn b¸o, biÓn h¹n chÕ tèc ®é hoÆc cÊm v−ît xe. oOo Trang 17
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ CHÖÔNG 4 THIEÁT KEÁ TRAÉC DOÏC VAØ TRAÉC NGANG BAØI 4.1 : TRAÉC DOÏC VAØ CAÙC QUY ÑÒNH ÑOÁI VÔÙI TRAÉC DOÏC 1. CAO ÑOÄ CUÛA MAËT CAÉT DOÏC: 1.1 Cao ñoä töï nhieân: Cao ñoä töï nhieân laø cao ñoä cuûa maët ñaát taïi tim ñöôøng, ñöôïc xaùc ñònh baèng caùch ño ñaïc taïi hieän tröôøng taïi caùc coïc ñoùng ôû tim ñöôøng. Caùc loaïi coïc: Coïc km. Coïc traêm meùt H n, n=1 9 ôû moãi km. Coïc tieáp ñaàu chuyeån tieáp (NÑ), tieáp cuoái chuyeån tieáp (NC), tieáp ñaàu ñöôøng cong troøn (TÑ), tieáp cuoái ñöôøng cong troøn (TC) vaø ñieåm giöõa ñöôøng cong troøn (PG). Coïc phaûn aùnh ñòa hình C n, n=1 1000 ñöôïc ñoùng taïi choã tuyeán caét qua caùc ñöôøng phaân thuûy, ñöôøng tuï thuûy, nhöõng ñieåm ñoåi doác cuûa maët ñaát, ñoä doác ngang cuûa söôøn thay ñoåi vaø taïi nhöõng vò trí coïc chi tieát quy ñònh. 1.2 Cao ñoä ñöôøng thieát keá (ñöôøng ñoû): Cao ñoä ñöôøng thieát keá laø cao ñoä cuûa meùp ngoaøi leà ñöôøng (luùc ñaõ thi coâng hoaøn chænh) vaø do ngöôøi thieát keá quyeát ñònh. 2. CAÙC QUY ÑÒNH ÑOÁI VÔÙI TRAÉC DOÏC: 2.1. Caùc cao ñoä khoáng cheá: Cao ñoä ñieåm ñaàu vaø cao ñoä ñieåm cuoái cuûa tuyeán theo nhieäm vuï thieát keá ñaõ cho. Cao ñoä taïi caùc choã giao nhau vôùi ñöôøng saét vaø ñöôøng oâtoâ khaùc (cuøng möùc hoaëc khaùc möùc). Cao ñoä taïi choã vöôït ñeøo. Cao ñoä taïi caùc coâng trình thoaùt nöôùc. a. Ñoái vôùi coáng: min p% Ñieàu kieän 1: Htk1 = H d + 0.5 (meùt) Trang 1
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ p% + H d - möïc nöôùc ngaäp tröôùc coâng trình (keå caû chieàu cao nöôùc deành vaø soùng voã vaøo maët maùi doác cuûa neàn ñöôøng) öùng vôùi côn luõ coù taàn suaát tích luõy baèng p%. + p% - taàn suaát tích luõy cuûa côn luõ ñöôïc choïn theo tieâu chuaån thieát keá ñöôøng oâtoâ: • Ñöôøng cao toác taàn suaát tính toaùn laø 1%. • Ñöôøng caáp I, II taàn suaát tính toaùn laø 2%. • Ñöôøng caáp III ñeán caáp VI taàn suaát tính toaùn laø 4%. min Ñieàu kieän 2: Htk2 = Φ + 2* δ + max(0.5m, ∑had ) (meùt) Φ - ñöôøng kính trong cuûa coáng (m) δ - chieàu daøy thaønh coáng (m). ∑had – toång chieàu daøy keát caáu aùo ñöôøng (m). 0.5m – chieàu daøy lôùp ñaát toái thieåu treân ñænh coáng ñaûm baûo xe vaän chuyeån vaät lieäu vaø thieát bò ñi treân coáng khoâng laøm vôõ coáng. Tröôøng hôïp khi cao ñoä ñöôøng ñoû bò khoáng cheá, chieàu daøy lôùp ñaát treân coáng khoâng ñuû theo quy ñònh thì phaûi giaûm khaåu ñoä coáng vaø taêng soá cöûa coáng, hoaëc thay coáng troøn baèng coáng chòu ñöôïc aùp löïc tröïc tieáp. * Chieàu cao ñaép nhoû nhaát ñöôïc choïn giaù trò lôùn trong hai giaù trò tính theo ñieàu kieän treân: min min Hñaép ≥ max(H tk1 , H tk2 ) b. Ñoái vôùi caàu: Hmc k MNTK t Hình 4.3 Sô ñoà xaùc ñònh cao ñoä ñöôøng ñoû taïi vò trí caàu min p% Hcaàu = H d + H tónh khoâng + H keát caáu . Trong ñoù: Trang 2
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ p% Hd - coù yù nghóa nhö treân, nhöng p% ñöôïc quy ñònh nhö sau: + Ñoái vôùi caàu lôùn (Lc P100m) vaø caàu trung (25 ≤ L c <100m) thì p% = 1% (laø côn luõ coù chu kyø xuaát hieän laø 100 naêm). Lc laø khaåu ñoä tónh khoâng thoaùt nöôùc. + Ñoái vôùi caàu nhoû (Lc < 25m) laáy theo quy ñònh cuûa coáng. Htónh khoâng – chieàu cao cuûa khoaûng khoâng gian töø möïc nöôùc daâng ñeán ñaùy cuûa keát caáu caàu. Chieàu cao naøy phuï thuoäc vaøo khoå thoâng thuyeàn yeâu caàu (vôùi soâng coù yeâu caàu thoâng thuyeàn) vaø phuï thuoäc vaøo tình traïng caây troâi veà muøa luõ (laáy theo soá lieäu ñieàu tra). Hkeát caáu – chieàu cao töø ñaùy keát caáu ñeán maët ñöôøng treân caàu. 2.2. Choïn cao ñoä thieát keá: - Traéc doïc coù aûnh höôûng nhieàu ñeán caùc chæ tieâu khai thaùc cuûa ñöôøng nhö toác ñoä xe chaïy, tieâu hao nhieân lieäu vaø an toaøn giao thoâng, coù aûnh höôûng lôùn ñeán giaù thaønh xaây döïng, do ñoù khi thieát keá ñöôøng ñoû phaûi ñaûm baûo tuyeán löôïn ñeàu, ít thay ñoåi doác, neân duøng ñoä doác beù. Chæ ôû nhöõng nôi ñòa hình khoù khaên môùi söû duïng caùc tieâu chuaån giôùi haïn. - Phaûi phoái hôïp haøi hoaø giöõa caùc yeáu toá bình ñoà, traéc doïc, traéc ngang vaø giöõa caùc yeáu toá ñoù vôùi ñòa hình xung quanh (nhaèm naâng cao giaù trò thaåm myõ vaø an toaøn giao thoâng cuûa tuyeán ñöôøng, taïo ñieàu kieän cho ngöôøi laùi xe deã daøng tieáp nhaän caùc ñieàu kieän veà ñöôøng nhö: leân doác hay xuoáng doác, reõ phaûi hay reõ traùi). - Phaûi ñaûm baûo thoaùt nöôùc toát. (ñòa hình cho pheùp neân laøm neàn ñöôøng ñaép). Coá gaéng söû duïng traéc ngang neàn ñöôøng ñaép vì coù cheá ñoä thuyû nhieät toát hôn neàn ñöôøng ñaøo. Thoâng thöôøng ñoä doác doïc cuûa raõnh doïc ñöôïc laáy baèng ñoä doác doïc cuûa ñöôøng. Vì vaäy ôû nhöõng ñoaïn ñöôøng coù raõnh doïc neân laáy ñoä doác toái thieåu laø 0.5%. Trong tröôøng hôïp ñaëc bieät coù theå laáy baèng 0.3% ñeå ñaûm baûo raõnh khoâng bò laéng ñoïng buøn, caùt, coû moïc gaây trôû ngaïi cho vieäc thoaùt nöôùc. - Ñaûm baûo veà kyõ thuaät vaø kinh teáø. (söû duïng caùc chæ tieâu kyõ thuaät nhaèm naâng cao chaát löôïng khai thaùc vaän doanh) - Phuø hôïp vôùi ñieàu kieän thi coâng. Ví duï ñieàu kieän thi coâng cô giôùi khaùc ñieàu kieän thi coâng thuû coâng (chaáp nhaän ñaøo ñaép ít) - Phaûi phuø hôïp vôùi ñieàu kieän ñòa hình. (chính laø phöông phaùp keû traéc doïc : duøng phöông phaùp bao hay phöông phaùp caét) Caùc phöông phaùp thieát keá traéc doïc: Trang 3
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Hieän nay coù hai phöông phaùp keû ñöôøng ñoû treân traéc doïc: +Phöông phaùp ñöôøng bao: Theo phöông phaùp naøy, ñöôøng ñoû ñöôïc thieát keá song song vôùi maët ñaát töï nhieân. Phöông phaùp naøy thöôøng duøng ôû ñòa hình ñoàng baèng, ñoài thoaûi hoaëc khi thieát keá ñöôøng caûi taïo naâng caáp, ñöôøng caáp thaáp. +Phöông phaùp ñöôøng caét: Thieát keá ñöôøng ñoû caét ñòa hình töï nhieân taïo thaønh nhöõng ñoaïn ñöôøng ñaøo vaø ñaép xen keõ nhau. Khi thieát keá coá gaéng ñeå vò trí ñöôøng ñoû taïo söï caân baèng khoái löôïng coâng taùc ñaát giöõa caùc ñoaïn ñaøo vaø ñaép keà nhau. Muïc ñích laø ñeå taän duïng ñaát ñaøo töø neàn ñöôøng ñaøo ñaép sang neàn ñöôøng ñaép. Phöông phaùp naøy thöôøng duøng cho ñöôøng caáp cao, ñöôøng ôû vuøng ñoài, nuùi. - Tröôøng hôïp coù nöôùc ñoïng tröôøng xuyeân → ñaùy KCAÑ phaûi ñaép cao hôn möïc nöôùc ñoïng thöôøng xuyeân hai beân ñöôøng, MNN tính toaùn moät khoaûng caùch h phuï thuoäc loaïi ñaát ñaép döôùi ñaùy KCAÑ. Möïc nöôùc ñoïng thöôøng xuyeân laø nöôùc ñoïng treân 20 ngaøy. - Khi ñöôøng ñaép qua baõi soâng thì cao ñoä neàn ñöôøng phaûi cao hôn cao ñoä MNTínhToaùn (coù xeùt ñeán nöôùc deành vaø soùng voã) toái thieåu laø 0,5m. BAØI 4.2: BOÁ TRÍ COÂNG TRÌNH THOAÙT NÖÔÙC TREÂN TRAÉC DOÏC 1. Coâng trình thoaùt nöôùc treân maët caét doïc caàn phaûi coù do ñieàu kieän ñòa hình: - Boá trí ôû nhöõng choã tuyeán ñöôøng caét ngang qua ñöôøng tuï thuûy (choã loõm ôû ñöôøng ñen) ñeàu phaûi boá trí coâng trình thoaùt nöôùc: caàu, coáng (goïi laø coáng ñòa hình) hoaëc raõnh thaùo. + Coù theå duøng soá cöûa coáng 1, 2, 3 cho khaåu ñoä 0.75m ÷2.0m. + Coáng khaåu ñoä 0.75m l max = 15m, khaåu ñoä 1.0m l max = 30m, khaåu ñoä 1.25m vaø 1.50m l max > 30m. + Ñoä doác coáng neân laáy töø 2%-3% ñeå traùnh laéng ñoïng buøn ñaát trong loøng coáng. - Ñoái vôùi ñöôøng caáp thaáp thì coâng trình thoaùt nöôùc coù theå xaây döïng laø ñöôøng thaám, ñöôøng traøn hoaëc coáng keát hôïp vôùi hai loaïi coâng trình naøy. 2. Coáng caáu taïo: Ñöôïc ñaët trong caùc ñoaïn ñöôøng coù raõnh bieân (ñöôøng ñaøo vaø ñöôøng ñaép thaáp döôùi 0.6m). Trang 4
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Muïc ñích: thoaùt nöôùc cho moät soá ñoaïn raõnh bieân quaù daøi (traùnh ñöôïc vieäc ñaøo raõnh bieân saâu, hoaëc raõnh bieân quaù roäng laøm taêng khoái löôïng ñaøo ôû maùi doác ñaøo) Quy ñònh: + Raõnh hình thang chieàu daøi lôùùn nhaát cuûa doøng chaûy lieân tuïc trong raõnh laø 500m. + Raõnh hình tam giaùc chieàu daøi lôùùn nhaát cuûa doøng chaûy lieân tuïc trong raõnh laø 250m. Vì vaäy, ñoái vôùi caùc ñoaïn raõnh coù chieàu daøi lôùn hôn giaù trò quy ñònh thì phaûi coù coáng caáu taïo ñeå caét doøng chaûy cuûa raõnh bieân, nhö vaäy chieàu saâu cuûa raõnh bieân tröôùc vaø sau coáng caáu taïo coù giaù trò khaùc nhau. Löu löôïng nöôùc maø coáng caáu taïo caàn thoaùt laø nhoû, nhöng neân duøng coáng coù khaåu ñoä >0.75m ñeå ñaûm baûo ñieàu kieän khai thaùc, neân ñaët coáng taïi choã ñòa hình coù ñoä doác ngang ñuû lôùn ñeå giaûm chieàu daøi coáng. BAØI 4.3 ÑOÄ DOÁC DOÏC CUÛA ÑÖÔØNG OÂTOÂ. CHIEÀU DAØI CUÛA ÑOAÏN DOÁC. * Ñònh ñoä doác doïc cuûa ñöôøng. Ñoái vôùi caùc ñöôøng oâ toâ thoâng thöôøng, vieäc ñònh ñoä doác doïc phaûi ñöôïc tính toaùn döïa treân nguyeân taéc toång chi phí xaây döïng vaø vaän doanh laø nhoû nhaát, phaûi xeùt moät caùch toång hôïp nhöõng aûnh höôûng cuûa ñoä doác tôùi giaù thaønh xaây döïng ñöôøng vaø tôùi caùc chæ tieâu khai thaùc vaän taûi nhö toác ñoä xe chaïy, möùc tieâu hao nhieân lieäu, Ñoä doác doïc cuûa ñöôøng coù aûnh höôûng tôùi giaù thaønh xaây döïng vaø chuû yeáu laø ñoái vôùi khoái löôïng coâng taùc neàn ñöôøng. Ñoä doác doïc caøng lôùn, chieàu daøi tuyeán ñöôøng ôû vuøng ñoài vaø nuùi caøng ruùt ngaén, khoái löôïng ñaøo ñaép caøng giaûm, giaù thaønh xaây döïng do ñoù cuõng haï thaáp. Ngöôïc laïi, chi phí khai thaùc vaän taûi oâ toâ seõ taêng khi ñoä doác doïc cuûa ñöôøng taêng, chi phí tieâu hao nhieân lieäu caøng taêng. Ñoä doác doïc toái öu laø ñoä doác öùng vôùi toång chi phí xaây döïng vaø khai thaùc laø nhoû nhaát. 1- Ñoä doác doïc nhoû nhaát i min : Ñoä doác nhoû nhaát ñöôïc xeùt cho ñoaïn ñöôøng ñaøo vaø ñöôøng ñaép thaáp (coù chieàu cao h ≤ 0.6m). Muïc ñích ñeå traùnh ñaøo raõnh quaù saâu. raõnh imin = i min = 0.5 % raõnh Trong ñoù i min ñöôïc xaùc ñònh theo ñieàu kieän vaän toác doøng chaûy ôû trong raõnh phaûi ñuû lôùn ñeå khoâng laéng ñoïng caùc haït ñaát caùt ôû trong raõnh (traùnh tröôøng hôïp laáp ñaày raõnh sau côn möa). Trang 5
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Treân caùc ñoaïn ñöôøng caù bieät cho pheùp ñoä doác doïc trong neàn ñaøo nhoû hôn 0.5 %, nhöng chieàu daøi khoâng ñöôïc vöôït quaù 50m. - Ñoái vôùi ñöôøng ñaép cao: imin = 0 % 2- Ñoä doác doïc lôùn nhaát i max : a Ñoä doác doïc lôùn nhaát treân ñöôøng thaúng : Ñoä doác doïc lôùn nhaát coù theå ñöôïc xaùc ñònh theo ñieàu kieän veà söùc keùo vaø söùc baùm cuûa oâtoâ: keùo imax = D max – f v baùm imax = D baùm – f v keùo baùm imax = min[i max , i max ] Trong ñoù: Dmax : nhaân toá ñoäng löïc cuûa xe öùng vôùi vaän toác tính toaùn. Dbaùm : söùc baùm treân moät ñôn vò troïng löôïng cuûa xe ôû vaän toác tính toaùn. Dbaùm = ϕd.m – P w/G xe b. Ñoä doác doïc lôùn nhaát ôû ñoaïn ñöôøng cong coù baùn kính nhoû (coù sieâu cao): Ñoä doác doïc ôû meùp phía buïng lôùn hôn ñoä doác doïc ôû tim vì chieàu daøi ngaén hôn. Ñoái vôùi ñöôøng cong coù sieâu cao ñoä doác thöïc teá xe phaûi khaéc phuïc lôùn hôn ñoä doác ñaõ choïn. Coù theå xaùc ñònh : idmaxR isc idmax=imax 2 2 i dmaxR = imax − i sc = imax − i imax : ñoä doác maø xe phaûi khaéc phuïc idmaxR : ñoä doác doïc theo phöông tieáp tuyeán vôùi ñöôøng cong isc : ñoä doác sieâu cao Qui phaïm quy ñònh : ñoái vôùi nhöõng ñöôøng cong baùn kính nhoû (R < 50m) caàn phaûi chieát giaûm ñoä doác doïc treân ñöôøng cong (baûng tra tuøy theo R). i ñöôïc goïi laø ñoä chieát giaûm ñoä doác doïc ôû ñöôøng cong coù baùn kính nhoû. 3- Chieàu daøi cuûa ñoaïn doác: Trang 6
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ a. Chieàu daøi nhoû nhaát cuûa ñoaïn doác (L min ): õm o l R T 1 T 2 i o l R i1 i2 i3 l1 l2 l3 Lmin ñöôïc xeùt theo ñieàu kieän ñuû ñeå boá trí hai ñöôøng cong ñöùng ngöôïc chieàu nhau coù Rmin Lmin = T 1 + T 2 i + i T = R lom . 1 2 1 min 2 i + i T = R loi . 2 3 2 min 2 Chieàu daøi nhoû nhaát cuûa ñoaïn doác phuï thuoäc vaøo toác ñoä thieát keá ñöôïc quy ñònh trong quy trình. b. Chieàu daøi lôùn nhaát cuûa ñoaïn doác (L max ): Chieàu daøi lôùn nhaát cuûa ñoaïn doác ñöôïc xeùt cho caùc ñoaïn doác coù ñoä doác lôùn vì caùc ñoaïn ñöôøng naøy buoäc caùc xe leân doác chaïy ôû chuyeån soá nhoû neân taêng chi phí xaêng daàu vaø hö hao maùy moùc cuõng nhö hö hoûng maët ñöôøng. Maët khaùc, ñoaïn ñöôøng naøy cuõng raát nguy hieåm ñoái vôùi caùc loaïi xe xuoáng doác, phaûi haõm phanh lieân tuïc ñeå giaûm toác ñoä. Chieàu daøi lôùn nhaát cuûa ñoaïn doác phuï thuoäc vaøo toác ñoä thieát keá vaø ñoä doác doïc cuûa ñoaïn doác khoâng ñöôïc vöôït quaù caùc trò soá theo quy ñònh trong quy trình. BAØI 4.4 ÑÖÔØNG CONG ÑÖÙNG. - Taùc duïng cuûa ñöôøng cong ñöùng: Ñeå ñaûm baûo traéc doïc löôïn ñeàu khoâng gaõy khuùc, xe chaïy an toaøn eâm thuaän, ôû nhöõng choã ñoåi doác treân traéc doïc phaûi thieát keá ñöôøng cong ñöùng loài hoaëc loõm. Khi hieäu ñaïi soá cuûa ñoä doác doïc nôi ñoåi doác (goùc gaõy) ω lôùn hôn 1% vôùi ñöôøng coù V tt ≥ 60km/h (vôùi ñöôøng coù V tt < 60km/h laø 2%) phaûi boá trí ñöôøng cong ñöùng. Trang 7
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ ω i 1 i 2 - Yeâu caàu giaù trò baùn kính cuûa ñöôøng cong ñöùng: + ñaûm baûo taàm nhìn ôû ñöôøng cong ñöùng loài + ñaûm baûo khoâng gaõy nhíp xe ôû ñöôøng cong ñöùng loõm + ñaûm baûo taàm nhìn veà ban ñeâm ôû ñöôøng cong ñöùng loõm - Caùc daïng ñöôøng cong ñöùng: + Daïng ñöôøng cong troøn: Phöông trình ñöôøng cong troøn: y R y x x F(x,y)=y 2- 2.y.R+ x2=0 Vôùi (-R< x< R) vaø (0 ≤ y< 2R) Ñoä doác doïc cuûa ñieåm ôû treân ñöôøng cong ñöùng coù toïa ñoä (x,y)laø: dy i = = y' dx Vôùi haøm F(x,y)=0 ta coù: − F ' F ' + F ' y'. = 0 ⇒ y'= x x y ' Fy .2 x x ⇒ i = y'= − = .2( y − .2 R) (R − y) + Daïng ñöôøng cong Parabol: y 2 x y 2 R x x 2 Phöông trình: y = 2.R Khi x=0 thì ρmin =R taïi ñænh cuûa ñöôøng cong ñöùng Trang 8
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Ñoä doác doïc cuûa ñieåm ôû treân ñöôøng cong ñöùng coù toïa ñoä (x,y)laø: x i = y'= R 1. Xaùc ñònh baùn kính toái thieåu cuûa ñöôøng cong ñöùng loài: Baùn kính toái thieåu cuûa ñöôøng cong ñöùng loài ñöôïc xaùc ñònh töø ñieàu kieän ñaûm baûo taàm nhìn cuûa ngöôøi laùi xe treân traéc doïc (Hình 4.1). S l1 l2 B d1 d2 A C R 0 D Hình 4.1 Sô ñoà tính toaùn baùn kính ñöôøng cong ñöùng loài Theo hình veõ ta coù hai tam giaùc vuoâng ABC vaø DAC ñoàng daïng nhau neân: BC AC === ⇒⇒⇒ AC2 === BC.CD AC CD Vì baùn kính ñöôøng cong ñöùng R raát lôùn so vôùi d 1 vaø d 2 neân coù theå xem: AC ≈ l 1; BC ≈ d 1; CD = 2R - d 1 ≈ 2R Vôùi d 1 vaø d 2 laø chieàu cao taàm maét cuûa ngöôøi laùi xe ñeán maët ñöôøng, m. Do ñoù ta coù: l1 === 2 d.R 1 Töông töï ta cuõng coù: l 2 === 2 d.R 2 Do ñoù: S === l1 +++ l2 === ((( d1 +++ d 2 ))) 2R S2 Töø ñoù suy ra: R min = 2 ,m 2()d1 + d2 Trang 9
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ - Khi hai oâ toâ cuøng loaïi gaëp nhau, ta coù d 1 = d 2 = d; S = S2 (taàm nhìn hai chieàu), do ñoù: S 2 R = 2 ,m min 8d - Ñoái vôùi tröôøng hôïp ñaûm baûo taàm nhìn moät chieàu thì: d 2 = 0; S = S 1 (taàm nhìn moät chieàu), do ñoù: 2 S1 R min = ,m 2d1 2. Xaùc ñònh baùn kính toái thieåu cuûa ñöôøng cong ñöùng loõm: Baùn kính toái thieåu cuûa ñöôøng cong ñöùng loõm ñöôïc xaùc ñònh töø hai ñieàu kieän: + Ñieàu kieän ñaûm baûo khoâng gaây khoù chòu ñoái vôùi haønh khaùch vaø vöôït taûi chòu ñöôïc cuûa loø xo oâ toâ bôûi löïc ly taâm: C Hình : Sô ñoà xaùc ñònh baùn kính ñöôøng cong ñöùng loõm Goïi b laø gia toác ly taâm cho pheùp, b = 0,5 – 0,7m/s 2, ta coù: v 2 v 2 b === ⇒⇒⇒ R === R min b v – toác ñoä xe chaïy, m/s. Neáu V tính baèng km/h vaø b = 0,5m/s 2 thì: V 2 R = , m min 6,5 + Ñieàu kieän ñaûm baûo taàm nhìn veà ban ñeâm: Trang 10
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ R A S C α α S.tg ñ B h Rmin ñöôïc chöùng minh theo sô ñoà sau: AC 2 =CB.(2R-CB), vì α raát nhoû (thöôøng ≈ 2 0) vaø ñoä cao cuûa ñeøn so vôùi maët ñöôøng cuõng raát nhoû neân coù theå xem 2R ≈ (2R-CB) 2 2 AC lom S1 ⇒ R = ⇒ Rmin = (, m) .2 CB 2.(hd + S1.tgα) hñ = 0.5m: ñoä cao cuûa ñeøn so vôùi maët ñöôøng α: goùc chieáu saùng cuûa ñeøn pha oâ toâ theo phöông ñöùng 3. Phöông phaùp caém ñöôøng cong ñöùng cuûa Antonop: T T i 2 i1 X 1 X 2 TC TÑ 2 Y 2 1 Ñ 1 Y C − Tính toaùn caùc yeáu toá ñöôøng cong ñöùng: Phöông trình ñöôøng cong coù daïng: x 2 y = 2.R Xaùc ñònh chieàu daøi ñoaïn T : +Khi ñoä doác cuûa hai ñoaïn doác khaùc daáu : R T = × ()i + i 2 1 2 +Khi ñoä doác cuûa hai ñoaïn doác cuøng daáu : Trang 11
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ R T = × ()i − i 2 1 2 Cöï ly töø ñieåm gaõy tôùi tieáp ñaàu, tieáp cuoái : 1 = i 1 × T 2 = i 2 × T Vò trí cuûa ñænh ñöôøng cong Ñ so vôùi TÑ: x1 = i 1 × R 2 y1 = 0.5 × R × (i 1) Xaùc ñònh cao ñoä cuûa nhöõng ñieåm trung gian: Sau khi ñaõ xaùc ñònh ñöôïc goác toïa ñoä Ñ ta xaùc ñònh vò trí cuûa nhöõng ñieåm trung x 2 gian baèng phöông trình ñaõ cho: y = 2.R Cöï li cuûa caùc ñieåm trung gian neân choïn theo i i = 0.1% vôùi V=80Km/h i = 0.2% vôùi V=60Km/h i = 0.4% vôùi V<60Km/h Töø cao ñoä, lyù trình cuûa ñieåm Ñ, xaùc ñònh cao ñoävaø lyù trình cuûa caùc ñieåm trung gian. 4.5. PHÖÔNG PHAÙP LAÄP ÑOÀ THÒ TOÁC ÑOÄ XE CHAÏY VAØ TÍNH THÔØI GIAN XE CHAÏY. - Muïc ñích: toác ñoä vaø thôøi gian xe chaïy laø nhöõng chæ tieâu khai thaùc quan troïng cuûa moät con ñöôøng, phuïc vuï cho vieäc so saùnh caùc phöông aùn tuyeán ñöôøng khi tính caùc chi phí vaän doanh. - Ñoà thò toác ñoä xe chaïy ñöôïc laäp cho moät vaøi loaïi xe ñaïi dieän cho thaønh phaàn xe chaïy treân ñöôøng. - Ñoà thò toác ñoä xe chaïy ñöôïc veõ tröïc tieáp treân traéc doïc, truïc hoaønh truøng vôùi truïc ngang cuûa traéc doïc vaø coù cuøng tæ leä, truïc tung laø toác ñoä xe chaïy veõ vôùi tæ leä 1cm = 5km/h. - Ñoà thò toác ñoä xe chaïy ñöôïc veõ cho caû chieàu ñi laãn chieàu veà. - Trình töï laäp ñoà thò toác ñoä xe chaïy nhö sau: 1. Xaùc ñònh toác ñoä xe chaïy treân töøng ñoaïn doác theo ñieàu kieän caân baèng söùc keùo. Töùc laø öùng vôùi 1 ñoaïn doác coù ñoä doác doïc id vaø coù heä soá ma saùt f tìm ñöôïc nhaân toá ñoäng löïc D = f ± i d, tra bieåu ñoà nhaân toá ñoäng löïc öùng vôùi loaïi oâ toâ ñang xeùt seõ tìm ñöôïc vaän toác V (Hình 4.4). 2. Xaùc ñònh toác ñoä haïn cheá ôû caùc ñieàu kieän: + Ñöôøng cong naèm coù baùn kính beù: Trang 12
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ V = 127R( + isc ), km / h V,km/h 60 50 Sgt Stt 40 Sgt 30 L, m 0 i1 i3 i2 Ñöôøng ñoû Hình 4.4 Bieåu ñoà toác ñoä xe chaïy + Taïi caùc ñöôøng cong ñöùng loài vaø loõm. + Taïi caùc nôi coù ñoä doác lôùn c n haïn cheá toác ñoä ñeå ñaûm baûo an toaøn giao thoâng. + Ñoaïn qua khu daân cö, caùc choã giao nhau. 3. Döïa vaøo caùc trò soá veà toác ñoä caân baèng vaø toác ñoä haïn cheá, veõ ñoà thò toác ñoä xe chaïy goàm nhöõng ñoaïn toác ñoä ñeàu. 4. Xaùc ñònh ñoaïn chuyeån tieáp giöõa hai ñoaïn coù toác ñoä khaùc nhau, coù hai tröôøng hôïp: + Chieàu daøi ñoaïn taêng toác hay giaûm toác xaùc ñònh theo ñieàu kieän veà caân baèng söùc keùo: 2 2 V2 − V1 St,g = δ. , m 254[]D1 − D2 trong ñoù: V1 vaø V 2 – toác ñoä tröôùc vaø sau khi taêng hoaëc giaûm toác, km/h; D1 , D 2 – trò soá nhaân toá ñoäng löïc tính öùng vôùi V 1 vaø V 2 + Tröôøng hôïp caàn phaûi haõm xe: khi xe ñang chaïy vôùi toác ñoä cao, nhöng do ñieàu kieän veà ñöôøng xe phaûi giaûm toác ñoä ñeå ñaûm baûo an toaøn. Chieàu daøi ñoaïn ñöôøng haõm xe caàn thieát: V2 − V2 S = k. 1 2 ,m h 254()ϕ ± i Trang 13
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Tröôøng hôïp chieàu daøi ñoaïn taêng hoaëc giaûm toác tính ñöôïc lôùn hôn chieàu daøi thöïc teá ñeå toác ñoä ñaït tôùi toác ñoä caân baèng ñoäng löïc thì phaûi döïa vaøo chieàu daøi ñoaïn ñöôøng thöïc teá ñeå tính ngöôïc laïi toác ñoä V 2. Xaùc ñònh vaän toác trung bình töø ñoù tính ra ñöôïc thôøi gian xe chaïy. Vaän toác trung bình ñöôïc xaùc ñònh l V = ∑ i TB l ∑ i Vi li : chieàu daøi ñoaïn tuyeán maøtreân ñoù vaän toác bieán ñoåi gaàn nhö theo phöông trình baäc nhaát li .2 li t i = .60 = .60 (phuùt) (Vi + Vi−1 2/) (Vi + Vi−1 ) Th i gian xe ch y trung bình theo c 2 chi u: Ttb = L/V tb L : chieàu daøi tuyeán ñöôøng 4.6. BEÀ ROÄNG PHAÀN XE CHAÏY, LEÀ ÑÖÔØNG VAØ DAÛI ÑAÁT DAØNH CHO ÑÖÔØNG. 4.6.1 Beà roäng phaàn xe chaïy Beà roäng phaàn xe chaïy ñöôïc xaùc ñònh phuï thuoäc vaøo löu löôïng xe chaïy treân ñöôøng, thaønh phaàn, toác ñoä xe chaïy vaø vieäc toå chöùc phaân luoàng giao thoâng. Beà roäng cuûa noù baèng toång beà roäng caùc laøn xe boá trí treân ñöôøng. Beà roäng cuûa moät laøn xe ñöôïc xaùc ñònh phuï thuoäc vaøo chieàu roäng cuûa thuøng xe, khoaûng caùch töø thuøng xe ñeán laøn xe beân caïnh vaø töø baùnh xe ñeán meùp phaàn xe chaïy (Hình 4.5). b b y c x x c x B1 B2 Trang 14
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Hình 4.5 Sô ñoà xaùc ñònh beà roäng phaàn xe chaïy - Beà roäng laøn xe ngoaøi cuøng xaùc ñònh theo coâng thöùc: b −−− c b +++ c B === x +++ y +++ c +++ === x +++ y +++ 1 2 2 trong ñoù: b – chieàu roäng thuøng xe, m; c – cöï ly giöõa hai baùnh xe, m; x – khoaûng caùch töø thuøng xe tôùi laøn xe caïnh; y – khoaûng caùch töø giöõa baùnh xe ñeán meùp phaàn xe chaïy, - Khi phaàn xe chaïy goàm nhieàu laøn xe thì nhöõng laøn xe naèm ôû giöõa tính theo coâng thöùc: B 2 = b + x 1 + x 2 x1, x 2 – khoaûng caùch töø thuøng xe tôùi laøn xe caïnh; Caùc trò soá x, y ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc thöïc nghieäm sau: x = 0,5 + 0,005V khi laøn xe caïnh ngöôïc chieàu; x = 0,35 + 0,005V khi laøn xe caïnh cuøng chieàu; y = 0,5 + 0,005V trong ñoù x, y tính baèng m, coøn V tính baèng km/h; Khi tính toaùn caàn phaûi xeùt caû hai tröôøng hôïp: xe con coù kích thöôùc beù nhöng toác ñoä xe chaïy cao, xe taûi coù toác ñoä thaáp nhöng kích thöôùc lôùn. 4.6.2 Leà ñöôøng: Daûi ñaát song song vaø naèm saùt phaàn xe chaïy goïi laø leà ñöôøng. Leà ñöôøng coù taùc duïng giöõ cho meùp maët ñöôøng khoâng bò hö hoûng. Leà ñöôøng phaûi ñaûm baûo khi caàn thieát oâ toâ coù theå traùnh hoaëc ñoã treân leà ñöôøng. Khi söûa chöõa xaây döïng maët ñöôøng, leà ñöôøng coøn laø nôi duøng ñeå chöùa vaät lieäu. Khi V tt ≥ 40km/h thì leà ñöôøng coù moät phaàn gia coá, phaàn gia coá naøy coù theå coù caáu taïo ñôn giaûn hôn so vôùi maët ñöôøng (bôùt lôùp, bôùt chieàu daøy, duøng vaät lieäu keùm hôn) nhöng lôùp maët cuûa noù phaûi cuøng vaät lieäu vôùi maët ñöôøng (Hình 4.6). Neàn ñöôøng Leà Maët ñöôøng Leà i1 i1 i2 i1 i1 i2 Gia coá Tim ñöôøng Trang 15
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Hình 4.6 Caáu taïo neàn ñöôøng Ñöôøng coù V tt töø 60km/h trôû leân phaûi coù daûi daãn höôùng – laø vaïch sôn lieàn roäng 20cm naèm treân leà gia coá, saùt vôùi meùp maët ñöôøng. 4.6.3 Daûi ñaát daønh cho ñöôøng: Daûi ñaát daønh ñeå boá trí caùc coâng trình phuï vaø caùc coïc tieâu, bieån baùo vaø troàng caây xanh hai beân ñöôøng goïi laø daûi ñaát daønh cho ñöôøng. §é dèc ngang cña c¸c bé phËn trªn mÆt c¾t ngang ë c¸c ®o¹n ®−êng th¼ng ®−îc quy ®Þnh nh− ë b¶ng 4.5. Dèc ngang trªn c¸c ®o¹n ®−êng cong ph¶i tu©n thñ quy ®Þnh vÒ siªu cao. §é dèc ngang c¸c yÕu tè cña mÆt c¾t ngang B¶ng 4.5 YÕu tè mÆt c¾t ngang §é dèc ngang % PhÇn mÆt ®−êng v phÇn lÒ gia cè Bª t«ng xi m¨ng v bª t«ng nhùa 1,5 2,0 C¸c lo¹i mÆt ®−êng kh¸c, mÆt ®−êng l¸t ®¸ tèt, ph¼ng 2,0 3,0 MÆt ®−êng l¸t ®¸ chÊt l−îng trung b×nh 3,0 3,5 MÆt ®−êng ®¸ d¨m, cÊp phèi, mÆt ®−êng cÊp thÊp 3,0 3,5 PhÇn lÒ kh«ng gia cè 4,0 6,0 PhÇn d¶i ph©n c¸ch: tuú vËt liÖu phñ Nh− trªn BÒ réng tèi thiÓu cña c¸c bé phËn trªn mÆt c¾t ngang ®−êng ®−îc quy ®Þnh tuú thuéc cÊp h¹ng ®−êng nh− ë b¶ng 4.6 (¸p dông cho ®Þa h×nh ®ång b»ng v ®åi) v b¶ng 4.7 (¸p dông cho ®Þa h×nh vïng nói): BÒ réng tèi thiÓu c¸c bé phËn trªn mÆt c¾t ngang (cho ®Þa h×nh ®ång b»ng v ®åi) B¶ng 4.6 CÊp h¹ng ®−êng CÊp I CÊp II CÊp III CÊp IV CÊp V CÊp VI Tèc ®é thiÕt kÕ (km/h) 120 100 80 60 40 30 Sè ln xe tèi thiÓu dnh cho xe c¬ giíi 6 4 2 2 2 1 (ln) BÒ réng 1 ln xe (m) 3,75 3,75 3,50 3,50 2,75 3,50 BÒ réng phÇn xe ch¹y 2x11,25 2x7,50 7,00 7,00 5,50 3,5 dnh cho c¬ giíi (m) BÒ réng d¶i ph©n c¸ch 3,00 1,50 0 0 0 0 gi÷a (m) (*) BÒ réng lÒ v lÒ gia cè 3,50 3,00 2,50 1,00 1,00 1,50 (m) ( ) (3,00) (2,50) (2,00) (0,50) (0,50) BÒ réng nÒn ®−êng tèi 32,5 22,5 12,00 9,00 7,50 6,50 thiÓu (m) BÒ réng tèi thiÓu c¸c bé phËn trªn mÆt c¾t ngang (cho ®Þa h×nh vïng nói) B¶ng 4.7 CÊp h¹ng ®−êng CÊp III CÊp IV CÊp V CÊp VI Tèc ®é thiÕt kÕ (km/h) 60 40 30 20 Sè ln xe dnh cho xe c¬ giíi (ln) 2 2 1 1 BÒ réng 1 ln xe (m) 3,00 2,75 3,50 3,50 Trang 16
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ BÒ réng phÇn xe ch¹y dnh cho xe 6,00 5,50 3,50 3,50 c¬ giíi (m) BÒ réng d¶i ph©n c¸ch gi÷a v Kh«ng cã ph©n c¸ch bªn (m) 1,5 1,0 1,0 BÒ réng tèi thiÓu cña lÒ ®−êng (m) 1,25 (gia cè 1,0m) (gia cè 0,5m) (gia cè 0,5m) BÒ réng tèi thiÓu cña nÒn ®−êng 9,00 7,50 6,50 6,00 (m) 4.7. KHAÛ NAÊNG THOÂNG XE VAØ XAÙC ÑÒNH SOÁ LAØN XE TREÂN ÑÖÔØNG. 4.7.1 Khaû naêng thoâng xe: Soá xe coù theå thoâng qua treân moät maët caét ngang cuûa ñöôøng trong moät ñôn vò thôøi gian goïi laø khaû naêng thoâng xe cuûa ñöôøng (xe/giôø) kyù hieäu laø N. Khaû naêng thoâng xe cuûa moät ñoaïn ñöôøng naøo ñoù tuøy theo ñieàu kieän veà thôøi tieát, thaønh phaàn xe chaïy vaø caùc bieän phaùp toå chöùc giao thoâng coù theå thay ñoåi trong phaïm vi roäng. Khaû naêng thoâng xe lyù thuyeát lôùn nhaát cuûa moät laøn xe ñöôïc xaùc ñònh vôùi giaû thieát treân laøn xe caùc xe ñeàu chaïy vôùi toác ñoä ñeàu laø V vaø lieân tuïc noái ñuoâi nhau, xe noï caùch xe kia moät khoaûng caùch khoâng ñoåi toái thieåu ñeå ñaûm baûo an toaøn (xe sau kòp haõm an toaøn neáu xe tröôùc vì lyù do naøo ñoù döøng laïi ñoät ngoät). Ta coù: 1000V N = , xe / h d Trong ñoù: N – khaû naêng thoâng xe lyù thuyeát lôùn nhaát cuûa moät laøn xe, xe/h; V – toác ñoä xe chaïy cho caû doøng xe, km/h; d - khoaûng caùch toái thieåu giöõa hai xe, coøn goïi laø khoå ñoäng hoïc cuûa doøng xe, ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc (Hình 4.7): d = l 1 +l 2 +l 3 +l 4 d l1 l2 l3 l4 Hình 4.7 Khoå ñoäng hoïc cuûa xe Trong ñoù: l1 – chieàu daøi xe chaïy ñöôïc trong thôøi gian ngöôøi laùi xe phaûn öùng taâm lyù, l 1 = V/3,6 (m); l2 – chieàu daøi xe ñi ñöôïc trong quaù trình haõm phanh, Trang 17
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ V.K 2 l = S = 2 h 254()ϕ ± i l3 – cöï ly an toaøn, 5 – 10m; l4 – chieàu daøi xe, m; Do ñoù: 1000V N = ,xe h/ V V.K 2 + + l + l 6,3 254()ϕ ± i 3 4 Trong coâng thöùc treân, ta thaáy öùng vôùi moät toác ñoä naøo ñoù thì seõ cho khaû naêng thoâng xe laø lôùn nhaát, khi toác ñoä xe chaïy taêng leân hoaëc giaûm xuoáng ñeàu laøm cho khaû naêng thoâng xe giaûm theo. Trong thöïc teá ñieàu kieän xe chaïy khaùc vôùi nhöõng ñieàu kieän giaû thuyeát: xe chaïy vôùi toác ñoä khaùc nhau, khoaûng caùch giöõa caùc xe khoâng ñeàu, aûnh höôûng cuûa xe ngöôïc chieàu, Do ñoù khi tính khaû naêng thoâng xe cho moät ñoaïn ñöôøng naøo ñoù phaûi xeùt ñeán aûnh höôûng cuûa caùc yeáu toá ñoù. Khaû naêng thoâng xe thöïc teá : Ntt = (0,3 ÷0,5). N 4.7.2 Xaùc ñònh soá laøn xe treân ñöôøng: Soá laøn xe treân maët caét ngang cuûa ñöôøng ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: Ncñgiôø nlx = Z.Nlth Trong ñoù: nlx – soá laøn xe yeâu caàu, laø soá nguyeân, neân laø soá chaün, tröø tröôøng hôïp hai chieàu xe coù löôïng cheânh leäch ñaùng keå hoaëc coù toå chöùc giao thoâng ñaëc bieät. Ncñgiôø – löu löôïng xe thieát keá giôø cao ñieåm, xcqñ/h - Khi coù thoáng keâ, suy töø N tbnaêm qua caùc heä soá khoâng ñeàu; - Khi coù thoáng keâ löu löôïng giôø trong naêm, duøng löu löôïng giôø cao ñieåm thöù 30; - Khi khoâng coù nghieân cöùu ñaëc bieät, coù theå tính: Ncñgiôø = (0,1 – 0,12) N tbnaêm Nlth – Khaû naêng thoâng xe toái ña, laáy nhö sau: Khi coù daûi phaân caùch xe chaïy traùi chieàu vaø daûi phaân caùch oâ toâ vôùi xe thoâ sô laáy baèng 1.800xcqñ/h; Khi coù daûi phaân caùch xe chaïy traùi chieàu vaø khoâng coù daûi phaân caùch oâ toâ vôùi xe thoâ sô laáy baèng 1.500xcqñ/h; Khi khoâng coù daûi phaân caùch traùi chieàu vaø oâ toâ chaïy chung vôùi xe thoâ sô laáy baèng 1.000xcqñ/h; Trang 18
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ Z – heä soá söû duïng naêng löïc thoâng haønh, laáy nhö sau: Vtt ≥ 80km/h laø 0,55 Vtt = 60km/h laø 0,55 cho vuøng ñoàng baèng; 0,77 cho vuøng nuùi; Vtt ≤ 40km/h laø 0,85. oOo Trang 19
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ CHÖÔNG 5 THIEÁT KEÁ NEÀN ÑÖÔØNG 5.1. Yeâu caàu chung ñoái vôùi neàn ñöôøng. Neàn ñöôøng oâ toâ laø moät coâng trình thöôøng ñöôïc laøm baèng ñaát vaø coù taùc duïng: - Khaéc phuïc ñòa hình thieân nhieân nhaèm taïo neân moät daûi ñaát ñuû roäng doïc theo tuyeán ñöôøng coù caùc tieâu chuaån veà bình ñoà, traéc doïc, traéc ngang ñaùp öùng ñöôïc ñieàu kieän chaïy xe an toaøn, eâm thuaän vaø kinh teá. - Laøm cô sôû cho aùo ñöôøng, cuøng vôùi aùo ñöôøng chòu taùc duïng cuûa taûi troïng xe coä vaø cuûa thieân nhieân. Ñeå ñaûm baûo caùc yeâu caàu noùi treân, khi thieát keá vaø xaây döïng neàn ñöôøng caàn phaûi ñaùp öùng ñöôïc caùc yeâu caàu sau ñaây: 1. Neàn ñöôøng phaûi ñaûm baûo luoân oån ñònh toaøn khoái, kích thöôùc hình hoïc vaø hình daïng cuûa neàn ñöôøng khoâng bò phaù hoaïi hoaëc bieán daïng gaây baát lôïi cho vieäc thoâng xe. Caùc hieän töôïng maát oån ñònh toaøn khoái ñoái vôùi neàn ñöôøng thöôøng laø: tröôït lôû maùi ta luy neàn ñöôøng ñaøo hoaëc ñaép, tröôït neàn ñöôøng ñaép treân söôøn doác, tröôït troài vaø luùn neàn ñaát ñaép treân ñaát yeáu, (Hình 5.1). a) b) d) c) Hình 5.1 Caùc hieän töôïng neàn ñöôøng maát oån ñònh toaøn khoái. a) Tröôït ta luy ñaép; b) Tröôït ta luy ñaøo; c) Tröôït neàn ñöôøng ñaép treân söôøn doác; d) Tröôït troài treân ñaát yeáu. 2. Neàn ñöôøng phaûi ñaûm baûo coù ñuû cöôøng ñoä nhaát ñònh, chòu ñöôïc löïc caét tröôït vaø khoâng bò bieán daïng quaù nhieàu (hay khoâng ñöôïc tích luõy bieán daïng) döôùi taùc duïng cuûa aùp löïc cuûa baùnh xe chaïy qua. Trang 1
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ 3. Neàn ñöôøng phaûi luoân ñaûm baûo oån ñònh veà maët cöôøng ñoä, khoâng ñöôïc thay ñoåi theo thôøi gian, theo ñieàu kieän khí haäu, thôøi tieát moät caùch baát lôïi. Neàn ñöôøng thöôøng bò phaù hoaïi do caùc nguyeân nhaân sau ñaây: - Söï phaù hoaïi cuûa thieân nhieân nhö möa laøm tích nöôùc hai beân ñöôøng, laøm giaûm cöôøng ñoä cuûa ñaát neàn ñöôøng, gaây saït lôû maùi doác ta luy. - Do ñieàu kieän ñòa chaát thuûy vaên taïi choã khoâng toát laøm cho neàn ñöôøng bò maát oån ñònh. - Do taùc duïng cuûa taûi troïng xe chaïy. - Do taùc duïng cuûa taûi troïng baûn thaân neàn ñöôøng khi neàn ñöôøng ñaép quaù cao hoaëc ñaøo quaù saâu, ta luy thöôøng hay bò saït lôû. - Do thi coâng khoâng ñaûm baûo chaát löôïng: ñaép khoâng ñuùng quy caùch, loaïi ñaát ñaép, lu leøn khoâng chaët, Trong soá caùc nguyeân nhaân noùi treân, taùc duïng phaù hoaïi cuûa nöôùc ñoái vôùi neàn ñöôøng laø chuû yeáu nhaát (goàm nöôùc maët, nöôùc ngaàm vaø caû hôi nöôùc). 5.2. Caáu taïo neàn ñöôøng trong tröôøng hôïp thoâng thöôøng. 5.2.1 Ñaát laøm neàn ñöôøng: Ñaát laø vaät lieäu chuû yeáu ñeå xaây döïng neàn ñöôøng. Tính chaát vaø traïng thaùi cuûa ñaát ( ñoä aåm vaø ñoä chaët cuûa ñaát) aûnh höôûng raát lôùn ñeán cöôøng ñoä vaø möùc ñoä oån ñònh cuûa neàn ñöôøng. Veà aûnh höôûng cuûa traïng thaùi cuûa ñaát seõ ñöôïc phaân tích ôû chöông sau, coøn aûnh höôûng cuûa tính chaát ñaát thì chuû yeáu laø aûnh höôûng cuûa tính chaát caùc haït ñaát, trong ñoù kích côõ cuûa haït ñaát coù aûnh höôûng töông ñoái quan troïng, cuï theå laø: - Côõ haït ñaát caøng lôùn thì ñaát coù cöôøng ñoä caøng cao; tính mao daãn caøng thaáp; tính thaám, thoaùt nöôùc caøng toát; ít hoaëc khoâng nôû khi gaëp nöôùc, cuõng nhö ít vaø khoâng co khi khoâ. Nhöõng tính chaát ñoù khieán cho loaïi ñaát chöùa nhieàu côõ haït lôùn coù tính oån ñònh nöôùc toát, tuy nhieân noù laïi coù nhöôïc ñieåm laø tính dính, tính deûo keùm. Côõ haït caøng nhoû thì caùc tính chaát noùi treân seõ hoaøn toaøn ngöôïc laïi. - Vì aûnh höôûng cuûa kích côõ haït ñaát ñoái vôùi vieäc söû duïng ñaát ñeå xaây döïng neàn ñöôøng vaø maët ñöôøng laø roõ reät vaø raát quan troïng nhö vaäy neân trong xaây döïng ñöôøng cuõng thöôøng döïa theo thaønh phaàn haït ñeå phaân loaïi ñaát, vaø cuõng chæ roõ khaû naêng söû duïng loaïi ñaát trong xaây döïng neàn ñöôøng: + Ñaát caùt: Duøng ñaát caùt laøm neàn ñöôøng thì neàn ñöôøng coù cöôøng ñoä cao vaø oån ñònh vôùi nöôùc toát. Nhöng ñaát caùt rôøi raïc, khoâng dính neân phaûi coù lôùp ñaát dính boïc xung quanh; hoaëc troän theâm seùt vaøo caùt ñeå laøm lôùp boïc ñoù. Thöôøng duøng ñaát caùt ñeå ñaép neàn ñöôøng qua vuøng quaù laày, vuøng ñaát yeáu( seùt baõo hoøa nöôùc), thay theá choã neàn yeáu cuïc boä( nhö hieän töôïng hoá cao su trong neàn ñöôøng cuõ). + Ñaát seùt: vì haït raát nhoû neân tính chaát hoaøn toaøn ngöôïc laïi vôùi caùt: khi ñaõ thaám öôùt thì khoù khoâ; theå tích deã thay ñoåi theo traïng thaùi khoâ, aåm ( co, nôû); chieàu cao Trang 2
Baøi giaûng moân hoïc: Thieát keá ñöôøng oâ toâ mao daãn laïi lôùn do ñoù tính oån ñònh nöôùc cuûa ñaát seùt keùm. Ñaát seùt khi khoâ laïi raát cöùng, khoù ñaäp vôõ vaø laøm nhoû, khi öôùt laïi nhaõo neân deã phaùt sinh hieän töôïng cao su vaø khoù ñaàm neùn chaët, do ñoù chæ neân duøng ñaát seùt ñaép neàn ñöôøng ôû nhöõng nôi ñaép cao, thoaùt nöôùc toát vaø ñaëc bieät phaûi coù bieän phaùp ñaàm neùn chaët. Ñaát seùt neáu ñaàm neùn chaët thì laïi trôû neân khoù thaám nöôùc ( vì caùc maøng nöôùc moûng ñaõ boïc kín caùc haït seùt), tuy nhieân thöôøng bieän phaùp ñaàm neùn chaët seõ ñoøi hoûi toán keùm hôn, do ñoù chæ duøng ñaát seùt neùn chaët laøm caùc lôùp phoøng nöôùc nhö lôùp phoøng nöôùc ñaép neàn ñöôøng taïi choã coù coáng, coù moá caàu. + Ñaát buïi (0.05-0.005mm) vöøa keùm dính(khoâng dính nhö haït seùt) laïi vöøa oån ñònh nöôùc keùm ( haït nhoû khoù thoaùt nöôùc, mao daãn lôùn) neân laø loaïi ñaát baát lôïi nhaát ñoái vôùi yeâu caàu xaây döïng neàn ñöôøng. Ñaát coù haøm löôïng buïi lôùn thöôøng khi möa thì nhaõo nhoeùt, deã xoùi chaûy, khi khoâ laïi quaù rôøi raïc vaø sinh buïi, chieàu cao mao daãn laïi raát lôùn( 0.8-1.5m) ngay caû khi ñaàm neùn chaët cöôøng ñoä cuõng raát thaáp. Vì theá caùc haït ñaát chöùa caøng nhieàu haït buïi thì caøng khoâng thích hôïp vaø chæ neân duøng ñeå xaây döïng caùc lôùp döôùi cuûa neàn ñöôøng ( döôùi khu vöïc taùc duïng). + Ñaát höõu cô: Do nguyeân nhaân hình thaønh cuûa noù, neân thöôøng laø loaïi ñaát yeáu, thaønh phaàn höõu cô laïi huùt nöôùc maïnh vaø giaûm ñoä chaët cuûa ñaát, do ñoù neân heát söùc traùnh söû duïng chuùng ñeå xaây döïng neàn ñöôøng. + Nhö vaäy loaïi ñaát aù caùt laø vaät lieäu xaây döïng neàn ñöôøng thích hôïp nhaát, toát nhaát. Ñaát aù caùt coù moät soá haït lôùn nhaát ñònh neân ñaït yeâu caàu veà cöôøng ñoä vaø ñoä oån ñònh nöôùc toát, ñoàng thôøi laïi goàm moät soá haït nhoû nhaát ñònh ( coù chæ soá deûo nhaát ñònh) neân khoâng bò rôøi raïc quaù. Cuõng vì coù caáp phoái haït nhaát ñònh neân ñaát aù caùt cuõng raát deã ñaàm neùn chaët. Sau ñoù laø caùc loaïi ñaát aù seùt. ⇒ Caàn naém vöõng caùc tính chaát ñaát phaân tích ôû treân ñeå tìm caùch xöû lyù, caûi thieän noù hoaëc ñeà xuaát caùc bieän phaùp caáu taïo khaùc (nhö thoaùt nöôùc, ñaép cao, gia coá ) ñeå khaéc phuïc caùc nhöôïc ñieåm cuûa moãi loaïi ñaát nhaèm thoûa maõn caùc yeâu caàu ñoái vôùi neàn ñöôøng moät caùch toát nhaát. 5.2.2 Keát caáu neàn ñöôøng hôïp lyù: 2 1 1 2 1 2 1 2 2 Trang 3