עיצוב תכונות גיאומטריות עבור כבישי מהירות גבוהה: שיקולים מעשיים וקלקליונות

תכנון תכונות גיאומטריות עבור כבישים מהירים הוא משמעת הנדסית מורכבת הדורשת תשומת לב קפדנית לבטיחות, יעילות תפעולית ונוחות נהיגה.העיצוב הגיאומטרי של כבישים מהירים משפיע ישירות על דינמיקת כלי רכב, התנהגות הנהג וביצועי הכביש הכללי.מדריך מקיף זה חוקר את העקרונות הבסיסיים, שיקולים מעשיים, חישובים מפורטים הדרושים ליצירת תשתית כבישים בטוחה ויעילה.

הבנה של תכנון מהיר

עיצוב כביש מהיר מקיף גישה שיטתית ליצירת תשתיות תחבורה אשר מארחות כלי רכב נוסעים במהירויות גבוהות תוך שמירה על שולי בטיחות אופטימליים.תכונות גיאומטריות של כבישים אלה חייב לעבוד בהרמוניה כדי לספק נהגים עם חוויות נסיעות צפויות, נוחות ובטוחות. מהנדסים חייבים לאזן מספר גורמים מתחרים כולל מגבלות שטח, שיקולים סביבתיים, עלויות בנייה, דרישות תפעוליות.

הספר הירוק הוא מסמך מדיניות מקיף של AASHTO הקובע סטנדרטים עיצוב גיאומטריים והנחיות עבור כבישים מהירים ורחובות של כל סיווגים פונקציונליים. מסמך יסוד זה משמש כנקודת ההתייחסות העיקרית של מעצבים מהירים ברחבי ארה"ב, ומספק קריטריונים המבוססים על ראיות שפותחו באמצעות מחקר נרחב ובדיקת שדה.

תהליך העיצוב מתחיל עם קביעת פרמטרים בסיסיים כגון מהירות עיצוב, תחזיות נפח התנועה, וסיווג פונקציונלי.מהירות העיצוב צריכה להיות עקבית עם המהירות שהנהג מצפה.עקרון זה מבטיח כי גיאומטריה הדרך תואמת לציפיות הנהג, צמצום הסבירות של תאונות הקשורות למהירות ושיפור ביצועי הכביש הכללי.

עיצוב מהירות ותפקידו הקריטי

מהירות עיצוב היא המהירות הבטוחה המקסימלית שעבורה כביש תוכנן, המשמש כבסיס לכל רכיבי עיצוב גיאומטריים. פרמטר בסיסי זה משפיע על כל היבט של עיצוב גיאומטרי, ממשטח אופקי קורני ועד לדרישות מרחק.מהנדסים חייבים לבחור מהירויות עיצוב המשקפות את הפונקציה המיועדת של הכביש, ההקשר שמסביב, והתנהגות הנהג הצפויה.

עבור מתקנים מהירים כגון כבישים מהירים וקוויטריטיס כפריים, מהירות העיצוב נעה בדרך כלל בין 60 ל 80 קילומטרים לשעה. עם זאת, מהירות עיצוב זו לא צריכה להיות פחות מ 50 קמ"ש.מהירות העיצוב שנבחרה חייבת להיות שווה או יותר מגבול המהירות המפורסם כדי להבטיח שכל התכונות גיאומטריות מספקות שולי בטיחות נאותים למהירויות תפעוליות משפטיות.

מהירות עיצוב משפיעה על אלמנטים גאומטריים רבים כולל רדיוי עקומת מינימלית, מרחקי ראייה נדרשים, שיעורי העל, ואת אורך עקומות אנכית.מהירויות עיצוב גבוהות יותר דורש עקומות אופקיות שטוחות יותר, ומעברים הדרגתיים יותר בין אלמנטים גיאומטריים.מערכת יחסים זו קשורה קשר פירושו כי בחירת מהירות עיצוב יש השפעות קלוש לאורך כל עיצוב הכביש.

סיווג פונקציונלי וקונטקסט

הקבוצה ציינה כי לא רק סיווגים פונקציונליים "מסורתיים" עבור כבישים - כגון כבישים מקומיים ורחובות, אספנים, אמנותיות, ודרכי חינם - הכלולים בספר הירוק, אלא גם קבוצה מורחבת של סיווגים חדשים "קונטקסטואליים" - כגון כפרי, כפרי, כפרי, כפרי, פרברית, עירוני, הליבה העירוניה, אשר יסייעו למאמצים עיצוב גיאומטריים טובים יותר.

כבישים מהירים גבוהים בדרך כלל נופלים לקטגוריות כגון כבישים מהירים, אקספרסways, וקוויטריטיס כפריים.כל סיווג נושא ציפיות עיצוב ספציפיות וסטנדרטים. Freeways, עם גישה מבוקרת ושינויים מפורשים, תומכים במהירויות העיצוב הגבוהות ביותר ובספירת התעבורה.

Horizontal Alignment Design

היישור Horizontal מגדיר את הנתיב של הכביש במטוס האופקי, המורכב מקטעים טנט המחוברים על ידי עקומות אופקיות.עיצוב של היערכות אופקית משפיע באופן משמעותי על עומס הנהג, יציבות הרכב, ובטיחות כוללת במהירויות גבוהות. עיצוב היישור האופקי הנכון דורש שיקול זהיר של גיאומטריה, אלמנטים מעבר, ואת היחסים בין עקומות רצופים.

Horizontal Curve Fundamentals

עקומות Horizontal הן עקומות במטוס האופקי, המשפיעות על בטיחות ונוחות בסבבים. עקומות אלה מאפשרות לדרכים לשנות כיוון תוך שמירה על תנאי הפעלה בטוחים ונוחים לרכבים.סוגים העיקריים של עקומות אופקיות כוללים עקומות מעגליות פשוטות, עקומות מורכבות, ועולות מעברי ספירלה.

עקומות מעגליות מאפשרות שינוי בכיוון של הכביש.רדיוס מינימלי של עקומה המשמשת למהירות עיצוב נתונה מוצג בפרק 3 של מדיניות על עיצוב גיאומטרי של כבישים ורחובים.היחסים בין רדיוס עקומה למהירות עיצוב הוא בסיסי לתכנון כביש בטוח.

חוקי המכניקה השולטים במבצעי רכב על עקומות, כגון גורמי חיכוך, מהירות וכמות העל-תועלת, מסייעים לבסס את המינימום הזה.כאשר רכב חוצה עקומה אופקית, כוח צנטריפוגלי פועל החוצה, דוחף את הרכב לעבר מחוץ לעקומה.

מינימום Radius Calculations

הרדיוס המינימלי עבור עקומה אופקית תלוי מהירות עיצוב, קצב העליות המקסימלי, וגורם חיכוך צדדי מקסימלי. בצורתו הבסיסית הנוסחה העקומה הפשוטה היא: איפה: f = צד חיכוך גורם, מהירות V = מהירות רכב, mph, R = רדיוס של עקומה, רגל, e = עליות,%.הרדיוס המינימום עבור מהירות עיצוב נתונה יכול להיות מחושב על ידי החלפת e (max) עבור מהירות בצורת (max) עבור עיצוב פשוטה) עבור מהירות בצורת V.

המשוואה הבסיסית השולטת בעיצוב עקומה אופקית היא: e + f = V2 /(127R), שבו e מייצג שיעור על-תועלת (decimal), f מייצג גורם חיכוך צדדי (decimal), V מייצג מהירות רכב בקילומטרים לשעה, ו R מייצג רדיוס מעוקל בממטר.נוסה זו ניתן להזיזו כדי לפתור עבור רדיוס מינימלי: R=V2/127(e + f).

לדוגמה, לשקול מסלול מהיר עם מהירות עיצוב של 110 ק"מ /h (כ 70 קמ"ש), העלבת מקסימלית של 0.08 (8%), וגורם חיכוך מקסימלי של 0.12.רדיוס המינימום יהיה: R=105)2 / [127(0.08 + 0.12) = 12,100/25.4=476 מטר (בערך 1,562 רגל).

מהנדסים בדרך כלל מספקים עקומה קורני גדול יותר מהמינימום המחושב כדי לשפר את הנוחות של הנהג ולספק שולי בטיחות נוספים.קרין גדול יותר להפחית את האצה המאוחרת שחווים הדיירים ברכב ולצמצם את ההסתמכות על תנאי החיכוך המקסימליים.

גורמי חנינה

כבישים ורחובות ביססו את גורמי החיכוך האפשריים המקסימליים למהירויות עיצוב שונות כפי שמוצג ב- EXHIBIT 8. Side חיכוך מייצג את הכוח המאוחר שפותח בין צמיגי רכב לבין פני השטח הריצוף כמו כלי רכב לנווט עקומות.כוח חיכוך זה עובד בשילוב עם העלבת כוח נגד הצנטריפוגה.

גורמי חיכוך צדדיים מקסימליים יורדים ככל שמהירות העיצוב עולה.במהירויות נמוכות יותר (30-40 קמ"ש), גורמי חיכוך צדדיים מקסימליים עשויים להגיע ל-0.10, בעוד במהירויות גבוהות יותר (70-80 קמ"ש), הם בדרך כלל נע בין 0.10 ל-02.

החיכוך האמיתי זמין תלוי בגורמים רבים כולל מאפייני משטח ריצוף, מצב צמיגים, תנאי מזג אוויר, ומאפיינים של עיצוב.ערכי עיצוב משלבים גורמי בטיחות כדי לקחת בחשבון תנאים פחות-מide כגון סללאציה רטובה או צמיגות עונדות.

עיצוב ויישומים

העל-רלוונטיות מייצגת את אחת התכונות הגיאומטריות הקריטיות ביותר עבור עיצוב כביש מהיר.סופריביות היא המדרדרון ההפוך לאורך רוחב הכביש, כדי להקל על מעבר בטוח של כלי רכב בתוך עקומה אופקית.על ידי בנקאות פני השטח הכביש, העל-תועלת מסייע לכוחות נגד סטרטגנטריפוגג ומפחית את הביקוש על חיכוך צמיגים-אפ.

עקרונות רלוונטיות והטבות

העל-תועלת הוא המדרונות המעוותת המסופקת כדי למנוע את ההשפעה של כוח צנטריפוגה ולהפחית את הנטייה של הרכב לחזור ולהקפיץ מאוחר יותר החוצה על ידי העלאת קצה חיצוני סלסול ביחס לחוד הפנימי.אפקט בנקאות זה מספק יתרונות מרובים עבור פעולות מהירות גבוהה.

לבנקאות הרכב על ידי הוספת superelevation יש שתי השפעות.זה מקטין את המרכיב של כוח צנטריפוגה פועל במקביל משטח המדרכה, וחשוב מכך, הוא יוצר מרכיב של משקל של רכב פועל בכיוון המקביל לסוללה להתנגד ובכך להפחית את ההשפעה של כוח צנטריפוגה.

רלוונטיות נכונה משפרת את יציבות הרכב, משפרת את נוחות הנהיגה, מפחיתה את עולי הצמיגים, ומפחיתה את הלחץ סללאמנט.זה מאפשר לרכבים לשמור על מהירויות גבוהות יותר באמצעות עקומות תוך הפעלת מגבלות בטיחותיות.ללא תלות נאותה, הנהגים חייבים להפחית את המהירות באופן משמעותי או להסתמך על כוחות חיכוך מופרזים שעשויים להיות זמינים בתנאים שליליים.

שיעורי Superelevation

שיעורי העל מקסימליים משתנים על בסיס אקלים, שטח והקשר פיתוח.לכן הערך המקסימלי של גובה בשטחי קבע ושטחי שלג נקבע על ידי IRC כ 6.7 אחוזים כלומר 1 ב 15.עם זאת עבור כבישים בגבעה לא כבולים על ידי שלג, גבול מקסימלי של עלייה על העליונה הוא עד 10% i.

בארצות הברית, שיעורי העל המקסימליים נעים בדרך כלל בין 4% ל-12%, בהתאם לתנאים המקומיים. אזורים כפריים עם קרח מינימלי ושלג עשויים להשתמש בשיעורים מקסימליים של 10% עד 12%, בעוד אזורים עם תנאים תכופים לעתים קרובות מגבילים את ההתעלות המקסימלית ל-6% עד 8% אזורים עירוניים עשויים להגביל את שיעור המרבית ל-4% עד 6% בשל נוכחות של הנעה איטית או של כלי רכב ושיקולים הולכי רגל.

הבחירה של שיעור העל-הרלוונטיות המקסימלית משפיעה באופן משמעותי על קרינה מעוקל מינימלית.שיעורי העל המקסימליים מאפשרים עקומות חדות יותר עבור מהירות עיצוב נתונה, פוטנציאל להפחית עלויות בנייה והשפעות סביבתיות.עם זאת, העליות מוגזמת יכולה ליצור בעיות עבור כלי רכב איטיים עלול לגרום בעיות ניקוז.

שיטת הפחתת משקל

העיצוב של העל-הרלוונטיות הוא הליך שיטתי הממאזן שיקולים מרובים.רכבים אין את אותה המהירות על עקומה אופקית, ולכן במקרה כזה, רק מצב זרימת התנועה המעורבת קיים.עבור חישוב העל-הרלוונטי בתנאי זרימת התעבורה המעורבים, המהירות תילקח כ-75% ממהירות העיצוב i., 0.75v, ו"f" מאוחר יותר יהיה להזניח תנאים בטוחים.

הליך העיצוב הסטנדרטי כולל שלושה שלבים עיקריים:

(ב) 1 (ב) 1 2), ⁇ ⁇ ⁇

שלב 1: חישוב העל-רלוונטיות המקבילה ל-75% ממהירות העיצוב והזנחה של התפקיד של חיכוך מאוחר יותר. גישה זו מכירה בכך שזרי התנועה כוללים כלי רכב נעים במהירויות שונות.נוסחת העל-העל-המאזן היא: e = V2/(225R), שבו V מייצגת 75% ממהירות העיצוב.

לדוגמה, עם מהירות עיצוב של 100 קמ"ש ורדיוס של 500 מטרים: e =75) (2 /(225 × 500) = 5,625/112,500 = 0.050 או 5.0%.

אם משקל מחושב משקל עודף משקל הוא פחות או שווה לשיעור המקסימלי שניתן, ערך זה יכול לשמש ישירות.אם הוא עולה על המקסימום, להמשיך לשלב 2.

(ב) 2 (ב) ↑ ראו את דרישות הפריון ב- Design SpeedveFLT:1

שלב 2: לספק e = emaximum, ולמצוא את הערך של חיכוך מאוחר יותר "f" אם, f 0.15, ולאחר מכן לתקן f = 0.15.שימוש במהירות עיצוב מלאה ו סופר-רלוונטיות מקסימלית, לחשב את גורם החיכוך הנדרש: f = V2 / (127R) - e max.

המשך הדוגמה הקודמת עם העלבת מקסימלית של 7% (0.07): f = (100)2 /(127 × 500) - 0.07= 10,000 /63,500 - 0.07=057 - 0.07= 0.07= 0.087.

מאז גורם החיכוך מחושב (0.087) הוא פחות מהערך המקסימלי שניתן (בדרך כלל 0.15), העיצוב מתקבל על הדעת באמצעות העלבת העל המקסימלית.

(ב) ,0) 3 (שלב 3) עיין ב- Speed Compatibility CompatibilityFIRLT 1

שלב 3: עכשיו לקחת f = 0.15, e = emaximum ולמצוא את המהירות בפועל יהיה מסופק על הכביש המהיר.אם Vdesign Vactual, ולאחר מכן להגביל את המהירות על ידי מתן הגבלת מהירות סימן.בדיקה סופית זו מבטיחה כי השילוב של superelevation וחיכוך מקסימלי יכול לתמוך מהירות העיצוב.

מעבר להורדת Superelevation Transition and Runoff

המרחק הנדרש כדי לעבור מאפס (נפח) על-על-לב מלא.אורך המעבר הכולל (L) הוא אורך הזמן שבו המעבר מכתר רגיל (NC) למלא... הנוסחה עבור אורך המעבר הכולל נמצא על RD11-SE-1 סטנדרטי. המעבר מכתר רגיל לעליונות מלאה חייב להתרחש בהדרגה כדי למנוע שינויים פתאומיים כי יכול להשמיץ כלי רכב.

המעבר העל-רלוונטי כולל שני מרכיבים: הפלט השחון והפסילת העל-העל. טטנט בורח הוא האורך הנדרש כדי להסיר את המדרונות הצלב השלילי (חלק של הכתר הרגיל שהתרחק מהעקומה). , ההרחבה של Superelevation היא האורך הנוסף הדרוש כדי להשיג עלבון מלא מסעיף צלב.

עבור עקומה פשוטה מחצית מאורך המעבר הוא לפני וחצי לאחר P.C. או P.T. עבור עקומת ספירלה L הוא אותו אורך הספירלה.כאשר עקומות מעבר ספירלה משמשים, המעבר העל-המעלה בדרך כלל מתרחש לאורך הספירלה, מתן שינוי מתואמת הן במשטח אופקי והן במדרון צלב.

שיעור השינוי העל-רלוונטי משפיע על נוחות הנהג ויציבות הרכב.מעברים מהירים באופן מוגזם עלול לגרום לקשיים ולחוסר נוחות של נוסעים.תקני עיצוב מציינים את שיעורי השינוי המקסימליים, בדרך כלל מתבטאים כ ⁇ היחסית המקסימלית בין מרכז הדרך לקצה.

שיטות של Attaining Superelevation

שתי שיטות עיקריות קיימות לשינוי מכתר רגיל לעליון מלא: סיבוב על קו מרכז וסיבוב על הקצה הפנימי.כפי שמוצג מעל fig, קצה הדרך הפנימי של הכביש נעשה את נקודת ה- pivot. וכתר כמו גם את הקצה החיצוני גדל באופן כזה כמות מלאה של העלבת מושגת.

רוטציה על קו מרכז היא השיטה הנפוצה ביותר עבור כבישים מחולקים וכבישים עם צרים.גישה זו שומרת על גובה פרופיל מרכז תוך העלאת הקצה החיצוני והורדת הקצה הפנימי.השיטה מצמצם את עבודת האדמה ושומרת על היערכות אנכית עקבית עבור מרכז הכביש.

מרכז המדרכה גדל.רוח הריצוף כולו וכתף החיצוני יש להעלות בכבוד על הקצה הפנימי על ידי מילוי נוסף של אדמה. inspite של מעל שני חסרונות שיטה זו הוא המועדף כי זה לא כרוך כל בעיות ניקוז. רוטציה על קצה הפנימי דורש יותר עבודת אדמה אבל יכול לפשט עיצוב על ידי שמירה על ניקוז חיובי לאורך רוחב הריצוף לאורך כל המעבר.

עיצוב המעבר ו- Spiral Design

עקומות מעבר, בדרך כלל ספירלות, מספקות שינוי הדרגתי בריפוי בין חלקים טנגנטיים ועקום מעגלי.אלמנטים אלה משפרים את נוחות הנהיגה ואת יציבות הרכב על ידי מתן התאמות להתאמות להתרחש בהדרגה ולא בפתאומיות.

מטרות ויתרונות של Curves Spiral

עקומות מעבר Spiral משרתות פונקציות חשובות רבות בעיצוב מהיר של הכביש המהיר.הם מספקים נתיב טבעי עבור נהגים לעקוב כאשר נכנסים או יציאה של עקומות מעגליות, התאמת נהגי ההתנהגות ההיגוי באופן טבעי.רדיוס המשתנה בהדרגה של ספירלה מאפשר כוח צנטריפוגי להגדיל בהדרגה, להפחית את אי הנוחות של הנוסעים וחוסר הנוחות של הרכב.

Spirals גם לספק אורך אידיאלי על אשר כדי לעבור על העל רלוונטיות.השינוי המתואם במגרשים ומשטח יוצר עיצוב מאוזן שבו שיעור העלבינציה מתאים את רדיוס העקומה בכל נקודה לאורך הספירלה. תיאום זה מקטין את החיכוך דורש וריאציות משפר את הבטיחות הכוללת.

עבור מתקנים מהירים, מעברים ספירליים הופכים חשובים יותר ויותר.במהירויות עיצוב מעל 50 קמ"ש, ספירלות מומלץ בדרך כלל עבור כל אך עקומות שטוחות.אורך הספירלה עולה עם מהירות עיצוב וירידה עם רדיוס עקומה, המשקפת את הצורך במעברים הדרגתיים יותר במהירויות גבוהות יותר ועקוםים חדה יותר.

ספירל קירוב גאומטריה

הספירלה הנפוצה ביותר בעיצוב כבישי היא ספירלת הבדואיד או אוילר.עקומה זו יש את הנכס כי ריפוי גדל ליניארי עם מרחק לאורך הספירלה.רדיוס בכל נקודה לאורך הספירלה הוא יחסית הפוך למרחק מההתחלה הספירלית.

הפרמטרים הספירליאליים העיקריים כוללים את אורך הספירלה (Ls), הרדיוס של עקומת המעגל (R), ואת זווית הספירלה ( ⁇ s) אורך ספירלה חייב להיות מספיק כדי להתאים את מעבר העל-רלוונטיות ולספק דינמיקות נוחות של הניבוי טמפרטורות המינימום הם בדרך כלל prescribed על בסיס מהירות עיצוב ואת השינוי בשיעור העל-תועלת.

היחסים בין אורך ספירלה ורדיוס לעתים קרובות מובעים באמצעות פרמטר ספירלה A, שבו A2= R × Ls. פרמטר זה עוזר להבטיח גיאומטריה ספירלה עקבית על פני עקומה שונה קורני. פרמטרים ספירלה גדולה יותר מצביעים על מעברים הדרגתיים יותר המתאימים למתקנים מהירים יותר.

דרישות מרחק

מרחק סיגאט הוא המרחק שבו נהג יכול לראות קדימה, קריטי עבור תפעול בטוח.מרחק הראייה מאפשר לנהגים לתפוס ולהגיב לתנאי הכביש, כלי רכב אחרים, וסיכוןים פוטנציאליים.כבישים מהירים במהירות גבוהה דורשים מרחקים גדולים משמעותית מאשר מתקנים מהירים נמוכים יותר עקב עיכובים מוגברים וצמצום זמן התגובה הזמין.

סוגים של Sight Distance

מרחק סיגאט הוא אורך הכביש המהיר שנראה לפני הנהג.בעיצוב כבישי, ישנם ארבעה סוגים של מרחק ראייה.אלה כוללים עצירת מרחק הראייה, מרחק הראייה, מרחק הראייה עובר, מרחק הראייה עובר, ומרחק הראייה הצטלבות.כל סוג משרת מטרה מסוימת בעיצוב הכביש.

מרחק הראייה (SSD) מייצג את הדרישה הבסיסית ביותר.זהו המרחק הנדרש עבור נהג לתפוס אובייקט במסלול, להגיב על ידי יישום הבלמים, ולהביא את הרכב לעצירה מלאה לפני ההגעה לאובייקט. SSD תלוי מהירות עיצוב, זמן תפיסה הנהג (בדרך כלל 2.5 שניות), יכולת גירוד כלי רכב ורמת כביש.

הנוסחה לעצירת מרחק הראייה היא: SSD = 0.278Vt + V2 /(254(f ± G), שבו V הוא מהירות עיצוב ק"מ /h, t הוא זמן פעולה תפיסה בתוך שניות, f הוא coefficient של חיכוך עבור braking, ו- G הוא כביש כיתה (חיוב עבור שדרוגים, שלילי עבור מטהמות).

עבור מהירות עיצוב של 110 ק"מ / שעה על שטח עם הנחות סטנדרטיות (t = 2.5 שניות, f = 0.35): SSD = 0.278 (110) (110) + (110) 2 /(254 × 0.35) = 76.5 + 136 + 1. = 212.6 מטר (כ- 698 רגל).

מרחק ראייה מספק אורך נוסף מעבר לעצירת מרחק הראייה למצבים מורכבים בקבלת החלטות.מיקומים אלה כוללים שינויים, צמתים גדולים ואזורים עם מידע חזותי מורכב מרחק ראייה עשוי להיות גדול פי 1.5 עד 2.5 מאשר עצירת מרחק הראייה, בהתאם המורכבות של ההחלטה הנדרשת.

מרחק על Horizontal Curves

עקומות Horizontal יכולות להגביל את מרחק הראייה כאשר חפצים כגון מדרונות לחתוך, מבנים או צמחייה למנוע את קו הראייה של הנהג אל תוך העקומה.הSO האופקית הנדרשת תלוי ברדיוס העקומה, דרישה מרחוק הראייה, ואת המיקום של מכשולים.

עבור רדיוס מעוקל מסוים R ומרחק הראייה הנדרש S, מרחק ביניים M (מרחק perpendicular מן העקומה אל ה אקורד) ניתן לחשבו.מרחק זה מייצג את ההנקה המינימלית הנדרשת ממרכז הנתיב הפנימי כדי להבטיח מרחק הראייה נאותה.

הנוסחה עבור קואורד היא: M= R (1 - cosPSK.65S / R)), שבו S הוא מרחק הראייה הנדרש ור הוא רדיוס עקומה, הן באותן יחידות.עבור מרחקים ארוכים יחסית לרדיוס עקומה, יישום פשוט הוא: M ⁇ S2 / (8R).

שמירה על מרחק הראייה נאותה על עקומות אופקיות עשוי לדרוש מעומק שטוחה קורני, ניקוי צמחייה, או התאמת תצורה של מדרונות חיתוך.העלות של מתן מרחק ראייה נאותה חייבת להיות מאוזנת נגד היתרונות הבטיחותיים, אם כי מרחק הראייה לעולם לא צריך להיות נפגע מתחת מרחק הראייה המינימלי.

מרחק על vartical Curves

עקומות ורקטיות הן עקומות במטוס האנכי, המשפיעות על בטיחות ונוחות בכיתות. עקומות Vertical מחברות ציוני כביש וחייב להיות מיועד לספק מרחק ראייה הולם על עקומות מעוקלות מספיק תאורה אחורית מרחוק על עקומות סאג.

עבור עקומות אנכיות crest, אורך העקומה הנדרש תלוי הבדל אלגברי בכיתות (A) ואת מרחק הראייה הנדרש (S) כאשר מרחק הראייה הוא פחות מאורך העקומה (S < L), הנוסחה היא: L= AS2 / (200(h10.5 + h20.5)2), שבו h1 הוא גובה הנהג (בדרך כלל 1.08 או 3.5 מטרים) ו-0.6 מטרים (0 מטר) הוא גובה נמוך (0 מטר).

כדי לעצור את מרחק הראייה עם גבהים סטנדרטיים של העין והאובייקט, זה מפשט: L= AS2/658 (כאשר משתמשים ביחידות מטריות עם S במ"ר) או L = AS2/2,158 (כאשר משתמשים ביחידות רגילות בארה"ב עם S ברגל).

עקומות אנכיות Sag חייבות לספק מרחק ראייה נאות לתנאי הלילה כאשר הפנסים של כלי רכב מאירים את הכביש.אורך העקומה הנדרשת עבור עקומות סאג הוא בדרך כלל פחות מאשר עקומות מעוקלות של שינוי כיתה דומה, אבל ניקוז ושיקולי נוחות הנהג עשויים למשול את העיצוב.

המונחים: Vertical Alignment

דרגה היא המדרדר של הכביש, המשפיע על בטיחות, נוחות וביצועי רכב. עיצוב היערכות ורקטי כרוך בבחירת ציונים מתאימים וחיבור אותם עם עקומות אנכיות המספקות מרחק ראייה נאותה ונוחות נהיגה.

מקסימום ומינימום ציונים

ציונים מקסימליים עבור מתקנים מהירים תלויים מהירות עיצוב, שטח, וסיווג פונקציונלי. Freeways ו אקספרסways בדרך כלל להגביל ציונים מקסימליים ל-3% ל- 5% ברמת הקרקע וגלגל, עם ציונים תלולים יותר (עד 6% או 7%) המותרים בשטח הררי. ציוני שטוח אלה עוזרים לשמור על מהירויות רכב עקביות למזער את המהירות בין מכוניות נוסעים למשאיות כבדות.

ציונים מינימליים הם בעיקר שיקול ניקוז.על כבישים מחוספסים, ציון מינימום של 0.5% נדרש בדרך כלל כדי להבטיח ניקוז חיובי. על כבישים ללא תיקון עם מדרון צלב הולם, הציון הפרופיל עשוי להיות ברמה (0%) מאז צו ניקוז צולב חוצה.עם זאת, ציונים של לפחות 0.3% הם לעתים קרובות מועדפים להבטיח ניקוז חיובי אפילו עם וריאציות בנייה קטנות.

הפסקות כיתה (שינויים בכיתה) צריך להיות מצטמצם על מתקנים מהירים.שינויים בדרגה גבוהה יותר להגדיל עומס העבודה של הנהג ויכול ליצור מגבלות מרחק הראייה. כאשר שינויים בכיתה הם הכרחיים, עקומות אנכיות חייב להיות מסופק כדי להבטיח מעברים חלקה ומרחק הראייה נאותה.

אורך קריטי של דרגה

ציונים ארוכים יכולים להפחית באופן משמעותי את מהירות המשאית, יצירת הבדלים מהירים בין מכוניות נוסעים וכלי רכב כבדים.כאשר ציונים עולים על סף מסוים למרחקים ארוכים, נתיבי טיפוס עשויים להיות מחויבים לשמור על זרימת התנועה והבטיחות.

אורך קריטי של כיתה הוא אורך מקסימלי של שדרוג המיועד שעליו משאית טעון יכול לפעול ללא ירידה בלתי סבירה במהירות.אורך זה משתנה עם תלולה כיתה ואת מהירות הכניסה של משאיות.לדוגמה, כיתה של 3% עשוי להיות אורך קריטי של 1,500 מטרים, בעוד ש-5% בכיתה עשוי להיות אורך קריטי של רק 500 מטרים.

כאשר ציונים עולים על אורך קריטי, מעצבים צריכים לשקול מתן נתיבי טיפוס עבור כלי רכב הנעים לאט.נתיבים אלה מאפשרים כלי רכב מהירים יותר לעבור משאיות ללא כניסה לנתיב התנועה המנוגד, שיפור הבטיחות ושמירה על יעילות זרימת התנועה.

תיאום Horizontal and Vertical Alignment

היחסים בין היערכות אופקית ו אנכית משפיעים באופן משמעותי על אסתטיקה של הכביש, נוחות הנהג ובטיחות. תיאום מסכן יכול ליצור הגבלות מרחק בלתי צפויות, דינמיקת נהיגה לא נוחה, וסיכון מוגבר לתאונה.

עקרונות תיאום כללי

יש לתאם את ההיערכות האוזנית והארכיונית כדי לספק כביש עקבי, צפוי שנראה טבעי בנוף. שארפ עקומות אופקיות לא צריך להיות ממוקם או ליד העקומה של עקומות אנכיות, שכן שילוב זה מגביל מרחק הראייה ויוצר מצב בלתי צפוי עבור נהגים. בדומה, עקומות אופקיות חדות צריך להימנע מעוקלות אנכיות מלוחות שבו ניקוז עשוי להיות בעייתי.

קטעים שיזוף ארוכים בהיערכות אופקית צריך להיות שבור עם עקומות אנכיות עדינות ולא הפסקות כיתה חדה. תיאום זה יוצר כביש מתענג יותר אסתטי ומפחית את עייפות הנהג. verse, קטעים ארוכים שיזוף בהיערכות אנכית צריך לשלב עקומות אופקיות עדינות כדי לשמור על תשומת לב הנהג ולספק עניין חזותי.

עקומות Horizontal צריכות להיות בדרך כלל ארוכות יותר מאשר עקומות אנכיות כדי להימנע מהופעתם של קיאקים או עקומות שבורות.כאשר עקומות אנכיות ואופקיות חופפות, יש להן אורך דומה ונקודות הראווה שלהן צריכות להיות מתואמות כדי ליצור היערכות חלקה, זורמת.

עיצוב אלמנט 3-Dimensional Alignment

עיצוב כביש מודרני יותר ויותר מעסיק כלי הדמיה תלת מימדיים כדי להעריך תיאום.כלים אלה מאפשרים למעצבים לדמות את ראיית הנהג של הכביש, זיהוי הגבלות מרחק ראייה פוטנציאליות, רמזים חזותיים מבלבלים, או שילובים גיאומטריים לא נוח לפני הבנייה.

עיצוב תלת-ממדי רואה את הכביש כמשטח חלל ולא בנפרד היערכות אופקית ו אנכית.גישה זו מאפשרת אופטימיזציה של עבודת האדמה, שיפור עיצוב ניקוז ושיפור איכות אסתטית.

יסודות תכנון Cross-Section Design Elements

הכביש חוצה שטח כולל את כל האלמנטים perpendicular למרכז הכביש, כולל נתיבי נסיעה, הכתפיים, אמצעי התקשורת, ומדרונות צדדיים. עיצוב חוצה תקין חיוני עבור כרכים תנועה מצטברים, מתן אזורי התאוששות עבור כלי רכב לא מסודרים, וניהול ניקוז.

המונחים: Lane Width Considerations

רוחב Lane הוא רוחב נתיב תנועה, המשפיע על יכולת, בטיחות ונוחות. מתקני מהירות גבוהה בדרך כלל מעסיקים 12 רגל (3.6 מטר) רוחב נתיבים לספק הקלה מאוחרת נאותה עבור כלי רכב גדולים ולשפר את נוחות הנהיגה במהירויות גבוהות. נתיבי Narrower עשויים להיות מקובלים על מתקנים מהירים נמוכים או בסביבה עירונית מאופקת, אבל נתיבים מתחת 11 מטרים בדרך כלל אינם מומלצים עבור כבישים מהירים.

נתיבי Wider מספקים מספר יתרונות כולל יכולת מוגברת, שיעורי התרסקות מופחתים, ושיפור נוחות הנהג.עם זאת, נתיבים רחבים מדי עשויים לעודד מהירויות גבוהות יותר ויכולים להגדיל את עלויות הבנייה ותחזוקה. בחירת רוחב הנתיב צריכה לשקול את הרכב התנועה, מהירות העיצוב, ואת נוכחות של אובייקטים מקובעים סמוכים.

עיצוב צריך

רוחב כתפיים הוא רוחב הכתף, מתן שולי בטיחות ואזור עצירת חירום.כתפיים לשרת פונקציות קריטיות מרובות כולל מתן מרחב עבור כלי רכב מוגבלים, גישה לרכב חירום, נקה מאוחרת יותר מחפצים קבועים, ותמיכה מבנית עבור קצה המדרכה.

מתקנים מהירים בדרך כלל דורשים כתפיים של 8 עד 12 מטרים (2.4 עד 3.6 מטר) בצד ימין ו 4 עד 10 מטרים (1.2 עד 3.0 מטר) בצד שמאל של כבישים מחולקים. כתפיים Wider יתאימו עם שיעורי התרסקות מופחתים ופעולות תנועה משופרות. כתפיים פבלו הם חיוניים עבור מתקנים מהירים כדי לספק משטחים יציבים עבור עצירות חירום ולתמוך במבנה המדרכה.

אם נרפאים משמשים על כבישים כפריים מהירים, הם צריכים להיות ממוקמים מחוץ לקצה הכתף הנתונה. מומלץ כי רפידות בשימוש לאורך הקצה החיצוני של הכתף של מתקן מהיר מאוד להיות מסוג גדל להיות מוגבל לגובה של 4 אינץ '. זה הדרכה מזהה כי מרפאים יכולים ליצור סיכונים עבור כלי רכב לא יציבים במהירויות גבוהות.

עיצוב מדיה

Medians הם האזור בין כיוונים תנועה מנוגדים, מתן הפרדה ובטיחות. Medians על מתקנים מהירים לשרת להפריד זרמי תנועה מנוגדים, לספק מרחב התאוששות עבור כלי רכב לא נכונים, ליצור מרחב להתרחבות עתידית, ולתאים מתקני ניקוז ותקני בקרת תנועה.

רוחב מדיה משתנה באופן נרחב על בסיס סיווג פונקציונלי, זמינות נכונה של הכביש, ושיקולי בטיחות. Narrow Medians (4 עד 10 מטרים) עשוי לשמש במקומות מוגבלים אבל בדרך כלל דורש מחסומים נרחבים (מונים) (40 עד 80 רגל או יותר) לספק מרחב הפרדה משמעותי ושיקום ללא מחסומים, אם כי הם דורשים יותר נכון של הכביש עשוי להגדיל את עלויות הבנייה.

מחסומים Median בדרך כלל ניתן להשתמש ביישומים מהירים כדי לטפל בהפרדה התנועה וערוץ. בחירת גדר ההפרדה תלויה רוחב החציוני, נפח התנועה ומהירויות, והיסטוריית ההתרסקות. מחסומים, מחסומים כבל, ומערכות שמירה של beam מציעים מאפיינים שונים מבחינת של להכיל, סטיות, ודרישות תחזוקה.

תקני עיצוב וגמישות

סעיף 23 USC 109 מספק כי תקני התכנון לפרויקטים על מערכת הכבישים הלאומית (NHS) חייבים להיות מאושרים על ידי מזכיר מחלקת התחבורה של ארה"ב בשיתוף עם מחלקות הכבישים המהירים של המדינה, עבודה באמצעות איגוד הכבישים המהירים של המדינה וראשי התחבורה האמריקאיים (AASHTO) לפתח סטנדרטים עיצוב באמצעות סדרה של ועדות וכוחות משימה.

מסגרת ספר ירוקה

AASHTO אמר כי המהדורה האחרונה של "ספר ירוק" מציגה מסגרת מעודכנת לעיצוב גיאומטרי, גמיש יותר, רב-ממדי, ומבוסס ביצועים מאשר בעבר - מתן הדרכה למהנדסים ומעצבים השואפים לעשות פתרונות עיצוב ייחודיים העומדים בצרכים של כל המשתמשים המהירים והרחוב על בסיס פרויקט-ידי-פרויקט.אבולוציה זו מכירה כי יישום נוקשה של קריטריונים עיצוב עשוי לא תמיד לייצר תוצאות אופטימליות.

הגישה המבוססת על ביצועים מדגישה השגת תוצאות בטיחותיות ומבצעיות הרצויות ולא רק עמידה בסטנדרטים מוקדמים.בנוסף, לצורך קביעת קריטריונים עיצוב גיאומטריים בעת יישום הספר הירוק 2018, פרויקטים מהחלפת ריצוף מעמיקים ששומרים גיאומטריים קיימים אינם נחשבים "שינוי בסוג הכביש הבסיסי" (The Green Book) לשנת 2018 מעדיף גישה מבוססת ביצועים עבור ההשפעות של החלטות עיצוב גיאומטריות.

עיצובים וגמישות

אלמנטים עיצוב קריטיים לא לפגוש תקני AASHTO ידרוש יוצא דופן עיצוב מאושר.אלמנטים עיצוב קריטי אלה הם מהירות עיצוב, רוחב שביל, רוחב כתף, רוחב גשר, יכולת מבנית, קיבולת מבנים, היערכות אופקית, היערכות אנכית, עצירת מרחק הראייה, מדרון חוצה, העליב, חיי עיצוב וציונים.

יוצאים מן התכנון מספקים תהליך רשמי לתיעוד מצבים שבהם קריטריונים סטנדרטיים של הפגישה אינם אפשריים או יעילים.תהליך החריג דורש תיעוד של החלטת התכנון, שיקול חלופות, הערכה של השפעות בטיחות ותפעוליות.תהליך זה מבטיח כי עזיבתם מסטנדרטים נחשבים בקפידה והצדקה ולא שרירותיים.

מחקר לאומי חדש סיפק הבנה טובה יותר של היחסים בין תכונות עיצוב גיאומטרי לבין תדירות התרסקות וחומרה.לכן, כדי לשפר את היעילות של פיתוח פרויקטים של RRR על כבישים קיימים, הכלל הסופי הזה מאפשר המדינה DOTs לאמץ הליכים או קריטריונים עיצוב, כפי שאושר על ידי FHWA, המאפשר למדינה לבצע פרויקטים RRR על כבישים חופשיים, כולל כבישים בין-מדינתיים, ללא שימוש חריגים עיצובים כל עוד נהלים RRR או קריטריונים עונים.

שיקולים עיצוביים מעשיים

מעבר לערכים הטכניים ולסטנדרטים, עיצוב מהיר מהיר מהיר מוצלח דורש שיקולים מעשיים כולל בנייה, שמירה, השפעות סביבתיות, ויעילות עלות.

Terrain ו- Earthwork

תכונות טרן להשפיע באופן משמעותי על החלטות עיצוב גיאומטריות.שטח רמה מאפשר היערכות אופקית אנכית בלתי מוגבלת יחסית, המאפשר למעצבים לעמוד או לעלות על תקני עיצוב עם מינימום עבודת אדמה. משטח הרולינג מציג מגבלות בינוניות, הדורש איזון של כרכים לחתוך ומלאים תוך שמירה על ציונים מקובלים ועקום קורני.קרקע הררית מציגה מגבלות חמורות, לעתים קרובות מחלישים חריגים עיצוביים ואופטימיזציה זהירה של היערכות למזער עלויות כדור הארץ.

תרגול עיצוב מודרני מדגיש איזון חיתוך ומלא כרכים כדי למזער את עלויות הנסיעה וההספקות. תוכנת עיצוב תלת-ממדית מאפשרת חישוב מדויק של כמויות עיבוד אדמה ואופטימיזציה של היערכות אנכית כדי להשיג עבודות אדמה מאוזנות, שיקולים סביבתיים עשויים להגביל אתרי סילוק או לדרוש טיפול מיוחד של חומרים שנחפרו, עוד יותר סיבוך תכנון עבודת האדמה.

אינטגרציה Drainage

עיצוב דראג חייב להיות משולב לחלוטין עם עיצוב גיאומטרי כדי להבטיח ביצועים לטווח ארוך ובטיחות. ציוני כביש ודרונות חוצה חייב לספק ניקוז חיובי למנוע הרדמה, אשר יכול לגרום הידרדרות סללה מואצת.

מעברי העלולציה יוצרים אתגרים ניקוז מסוימים, שכן חלקים של הכביש עשויים באופן זמני להיות מדרונות צלב שלילי או חלקים שטוחים.מעצבים חייבים להעריך בקפידה את מיקומים אלה כדי להבטיח ניקוז נאותה באמצעות עיצוב כיתה זהירה, קטונים נוספים או אורך מעבר שונה.

רגישות סביבתית וקונטקסט

עיצוב נתיב מודרני יותר מדגיש יותר ויותר את ניהול הסביבה ופתרונות רגישים להקשר.בחירת Alignment צריכה למזער את ההשפעות של רטובות, זרמים, תכונות היסטוריות ומשאבים רגישים אחרים. החלטות עיצוב גיאומטרי משפיעות על טביעת הרגל הדרך ובכך את היקף ההשפעות הסביבתיות.

עקומות אופקיות שטוחות ומרחקי ראייה ארוכים יותר דורשים אזורי ברורים רחב יותר ועשויות להגדיל את דרישות הימין של הדרך ואת ההשפעות הסביבתיות. מעצבי חייב לאזן את הבטיחות ואת היתרונות התפעוליים נגד עלויות סביבתיות, המבקשים פתרונות העומדים בפני מטרות הפרויקט תוך צמצום השפעות שליליות.

טכנולוגיות מתפתחות וכיוונים עתידיים

ההתקדמות בטכנולוגיית הרכב ומערכות ניהול התנועה מתחילה להשפיע על תרגול עיצוב גיאומטרי. Connected ואוטומטי עשוי בסופו של דבר לאפשר צמצום התכווצות בין כלי רכב, נתיבים צרים יותר, או דרישות מרחק שינוי.עם זאת, תרגול עיצוב נוכחי חייב להתאים את צי הרכב הקיים ואת אוכלוסיית הנהג לעתיד הנראה לעין.

אינטגרציה מערכות תחבורה חכמות

מערכות תחבורה חכמות (ITS) יכולות לשפר את הביצועים של עיצוב גיאומטרי על ידי מתן מידע בזמן אמת לנהגים, ניהול זרימת התנועה, ולהגיב למקרים. מגבלות מהירות שונות יכולות להתאים את מהירויות התפעוליות לתנאים מתאימים, המאפשרות עיצוב גיאומטרי אגרסיבי יותר במצבים מסוימים.

עיצוב לכל המשתמשים

תרגול עיצוב מודרני יותר ויותר מכיר את הצורך להכיל את כל המשתמשים בדרכים, לא רק כלי רכב מוטוריים.בעוד כבישים מהירים לשרת בעיקר תנועה ממונעת, הוראות להולכי רגל, דוציקליסטים, וייתכן כי המעבר מתאים בהקשרים מסוימים. עקרונות הרחובות השלם מעודדים שיקול של כל המשתמשים בתהליך העיצוב, אם כי היישום של עקרונות אלה משתנה עם סיווג והקשר פונקציונלי.

איכות בקרת עיצוב וביקורת

איכות עיצוב מבטיח דורש תהליכי ביקורת שיטתית ואמצעי בקרת איכות. חישובים עיצוב צריך לבדוק באופן עצמאי כדי לאמת דיוק. מודלים תלת-ממדיים צריך להיבדק עבור תיאום בין היערכות אופקית ו אנכית, מרחק הראייה נאותה, ומעברים על-ידי רלוונטיות מתאימה.

סקירת Per על ידי מעצבים מנוסים יכולה לזהות בעיות פוטנציאליות ולהציע שיפורים לפני הבנייה. ביקורות לבנות שיתופי פעולה עם קבלנים ומהנדסי בנייה יכולים לזהות אתגרים בנייה מעשיים והזדמנויות חיסכון בעלויות.מחקרים הנדסיים ערך עשוי לחשוף גישות חלופיות המספקות ביצועים שווים או מעולים בעלות נמוכה יותר.

מסקנה

עיצוב תכונות גיאומטריות עבור כבישים מהירים דורש הבנה מקיפה של דינמיקת כלי רכב, התנהגות הנהג, תקני עיצוב, ומגבלות מעשיות. האלמנטים הבסיסיים - עקומות הרוזיוננאל, העליות, מרחק הראייה, והיערכות אנכית - חייב לעבוד יחד כדי ליצור דרכים בטוחות, יעילות ונוחות.

הצלחה תלויה ביישום זהיר של עקרונות עיצוב מבוססים, ניתוח יסודי של תנאים ספציפיים באתר, ושיקול דעת של חילופי הסחר בין מטרות מתחרות. בעוד תקני עיצוב מספקים הדרכה חיונית, השיפוט המקצועי נשאר קריטי בהסתגלות עקרונות כלליים למצבים ספציפיים.

בעוד טכנולוגיית תחבורה מתפתחת ותיקון סדרי עדיפויות חברתיות, תרגול עיצוב גיאומטרי ימשיך להסתגל.עם זאת, הפיזיקה הבסיסית השולטת בתנועות הרכב והעקרונות הבסיסיים של תכנון כביש בטוח יישארו רלוונטיים. מהנדסים חייבים להישאר נוכחיים עם סטנדרטים ומחקר מתפתחים תוך שמירה על מיקוד המטרה הליבה: יצירת דרכים המשרתות את המשתמשים בבטחה ויעילות במשך עשורים להגיע.

(ב) למידע נוסף על תקני עיצוב גיאומטריים ושיטות הטובות ביותר, להתייעץ עם מדיניות FLT:0 (AASHTO על עיצוב גיאומטרי של כבישים ורחובות FLT:1 ו-FLT:2FLT:2 ניהול כביש מהיר:2FLT 3: משאבים מקצועיים.