Przykład obliczenia podstawowych wielkoś ci do tyczenia klotoidy

OBLICZENIE PODSTAWOWYCH WIELKOŚCI POTRZEBNYCH DO

WYTYCZENIA I WKREŚLENIA KRZYWEJ PRZEJŚCIOWEJ

Na zamiejskiej drodze klasy G, trasowanej na terenie nizinnym w pobliŜu rzeki Pławianki, trzeba zaprojektować łuk poziomy. Prędkość projektowa jest równa vp = 70 km/h.

Kąt zwrotu trasy drogi wynosi α = 57 . Warunki terenowe (tj. meandry rzeki) wymuszają zastosowanie promienia łuku poziomego równego R = 410 m. W pierwszej kolejności naleŜy dobrać wartości parametru klotoidy A.

Dane wejściowe:

kąt zwrotu trasy

α = 57 [o],

prędkość projektowa

vp = 70 [km/h],

promień łuku kołowego

R = 410 [m],

szerokość jezdni

B = 7 [m],

pochylenie poprzeczne na prostej io= 2%, pochylenie poprzeczne na łuku

ip = 3%,

parametr klotoidy

A = ? (trzeba określić) Amin = 169,47 <A < Amax = 253,30

B

57°

A

W

Rys. 1. Sytuacja w planie

Na podstawie analizy 11 warunków doboru parametru A, po uwzględnieniu takŜe wartości parametru z proporcji A1:2:1 = 236,10 określono wartość równą A = 236.

1) Odcięta X końca krzywej przejściowej (odległość od początku krzywej przejściowej do końca krzywej przejściowej, mierzona wzdłuŜ przedłuŜenia prostego kierunku trasy drogowej), rys. 2.

Rys. 2. Schemat obliczeniowy krzywej przejściowej

Opracowały na podstawie WPD-3: dr inŜ . A. Sołowczuk i Bernadetta WaręŜ ak

Przykład obliczenia podstawowych wielkoś ci do tyczenia klotoidy

5

9

L

L

135 8

, 45

135 8

, 49

X = L −

+

= 135 8

, 4 −

+

= 13 ,

5 47 [

m]

40

4

A

3456 8

A

40 ⋅ 2364

3456 ⋅ 2368

2) Rzędna Y końca krzywej przejściowej (odległość od prostego kierunku trasy do końca krzywej przejściowej), rys. 2.

3

7

11

L

L

L

135 8

, 43

135 8

, 47

135 8

, 411

Y =

−

+

=

−

+

= 7,49 [m]

6

2

A

366

6

A

42240 10

A

6 ⋅ 2362

366 ⋅ 2366

42240 ⋅ 23610

3) Kąt τ (jaki tworzy styczna w końcowym punkcie krzywej przejściowej z kierunkiem prostym trasy), rys. 2.

2

2

= L

τ

= 135 8

, 4 = 0,1657 [radianów] lub

2

2 A

2 ⋅

2

236

180 2

L

180 ⋅135 8

, 42

τ =

=

= ,

9 491 [o]

2

2

π A

2 ⋅ 1

,

3 41592654 ⋅ 2362

4) Odcięta Xs środka krzywizny klotoidy od początku krzywej przejściowej, rys. 2 i 3.

X

[m]

s = X − R sinτ = 13 , 5 47 − 410 ⋅ sin( ,

9 494) = 67 8

, 6

5) Odsunięcie H łuku kołowego od prostego kierunku trasy, rys. 2.

2

L

2362

H =

=

= 8

,

1 8 [m]

24 R

24 ⋅ 410

6) Długość stycznej T środka klotoidy do punktu przecięcia się stycznych, rys. 3.

T = ( R + H ) α





tan

= (410 + 8

,

1 8)

57

tan

 = 22 ,

3 63 [m]

2

 2 

7) Długość stycznej To od początku krzywej przejściowej do punktu przecięcia się

stycznych, rys. 3.

T

T

X

[m]

o =

+ s = 22 ,

3 62 + 67 8

, 4 = 29 ,

1 49

8) Odległość środka przesuniętego łuku kołowego Zo od punktu przecięcia się

stycznych, rys. 3.

















Z

[m]

o = H + ( R + H ) 

1







−1 = 8

,

1 8 + (410 + ,

1

)

1

88

−1 = 5 ,

8 68



 α 





 57 



 cos





 cos







 2 





 2 



9) Długość krzywizny poziomej Ł = K + 2 L = 27 , 2 03 + 2 ⋅135 8

, 4 = 54 ,

3 72 [m]

Opracowały na podstawie WPD-3: dr inŜ . A. Sołowczuk i Bernadetta WaręŜ ak

Przykład obliczenia podstawowych wielkoś ci do tyczenia klotoidy

B

P

K

P

A

ID

P

O

T

K

K

LO

K

57°

P

P

K

K

P

K

ŁUK KOŁOWY

KLOTOIDA

A

W

Rys. 3. Łuk kołowy z krzywymi przejściowymi

Kolejność wkreślenia łuku poziomego na planie sytuacyjnym drogi jest następująca: B

57°

6

,8

7

6

1,88

m8,8 1=H

3

9

,6

,4

A

3

1

2

9

2

2

m9

W

,4 7=

Y

Rys. 4. Odmierzenie długości T0 od punktu przecięcia się stycznych W

B

57°

6

7,8

6

1,88

m8,8 1=H

3

9

,6

,4

A

3

1

2

9

2

2

m9

W

,4 7=Y

X=135,47 m

X =67,86 m

T= 223,63

s

o

T =291,49 m

Rys. 5. Odmierzenie długości X od początku krzywej przejściowej i odmierzenie długości Y od przedłuŜenia kierunku trasy (rzędnej końca krzywej przejściowej)

Opracowały na podstawie WPD-3: dr inŜ . A. Sołowczuk i Bernadetta WaręŜ ak

Przykład obliczenia podstawowych wielkoś ci do tyczenia klotoidy

B

57°

6

,8

7

6

1,88

m8,8 1=H

3

9

,6

,4

A

3

1

2

9

2

2

m9

W

,4 7=Y

X=135,47 m

X =67,86 m

T= 223,63

s

o

T =291,49 m

Rys. 6. Odmierzenie długości Xs i przesunięcia łuku H

b) szczegół przesunięcia

a)

Z

B

o = 58,68

m

1

8

, m

8

57°

,86

8

7

,8

6

Z

1

o =

=

58,6

H

8

m

1

8

, m

8

,8

8

1=H

3

9

,4

A

3,6

2

91

2

2

m9

W

,4 7=

m

Y

X=135,47 m

9

W

,4

Xs =67,86 m

T= 223,63

7

o

T =291,49 m

=Y

c) powiększenie szczegółu przesunięcia łuku Oznaczenia na rysunkach:

czerwona linia – łuk kołowy pierwotny zielona linia – łuk kołowy przesunięty o H

niebieska linia – linia wymiarowa przesunięcia H

Rys. 7. Przesunięty łuk kołowy

Opracowały na podstawie WPD-3: dr inŜ . A. Sołowczuk i Bernadetta WaręŜ ak

Przykład obliczenia podstawowych wielkoś ci do tyczenia klotoidy

B

57°

τ

57°

A

m9

W

,4 7=

X=135,47 mY

T =291,49 m

o

Rys. 8. Odmierzenie kąta τ

P

K

P

57°

Z

K Ł

τ

K /

o =

P

K

5

K

8,

K

6

5

Ł

78

7°

P

/

m

P

P

K

K

P

K

A

m9

W

,4 7=

X=135,47 Y

m

X =67,86 m T= 223,63

s

o

T =291,49 m

Rys. 9. Odmierzenie pomocniczego punktu 0,5 H i wytyczenie krzywych przejściowych P

K

P

57°

Z

K Ł

τ

K /

o =

P

K

5

K

8,

K

6

Ł

78

P

/

m

P

P

K

K

P

K

A

m9

W

,4 7=

X=135,47 Y

m

X =67,86 m T= 223,63

s

Rys. 10. Odmierzenie odległości Zo

Opracowały na podstawie WPD-3: dr inŜ . A. Sołowczuk i Bernadetta WaręŜ ak

Przykład obliczenia podstawowych wielkoś ci do tyczenia klotoidy

P

K

P

57°

Z

K Ł

τ

K

/

o =

P

K

5

K

8,

K

6

Ł

78

P

/

m

P

P

K

K

P

K

A

m9

W

,4 7=

X=135,47 Y

m

X =67,86 m T= 223,63

s

To =291,49 m

Rys. 11. Wytyczenie przesuniętego łuku poziomego B

P

K

P

57°

Z

K Ł

τ

K /

o =

P

K

5

K

8,

K

6

5

Ł

78

7°

P

/

m

P

P

K

K

P

K

A

m9

W

,4 7=

X=135,47 Y

m

X =67,86 m T= 223,63

s

o

T =291,49 m

Rys. 12. Pikiety punktów charakterystycznych krzywych przejściowych PKP – pikieta W – To, KKP/KŁK – pikieta KKP/PŁK + K

KKP/PŁK – pikieta PKP + L,

PKP – pikieta KKP/KŁK + L

Ł = L + K + L

P

K

P

57°

K Ł

Z

K /

τ

o

P

m

=

K

4

K

5

,9

8,

0

6

5

=

K

8

7

Ł

°

P

m

H

/

P

,5

P

K

0

K

P

K

m9

W

,4 7=

X=135,47 Y

m

X =67,86 m

T= 223,63

s

o

T =291,49 m

Rys. 13. Wszystkie kolejne etapy wkreślenia krzywych przejściowych

Opracowały na podstawie WPD-3: dr inŜ . A. Sołowczuk i Bernadetta WaręŜ ak