QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ĐƯỜNG CONG TỔNG HỢP TRONG THIẾT KẾ TUYẾN ĐƯỜNG Ô TÔ

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

Bằng phân tích hình học và từ kinh nghiệm thiết kế đường ô tô cấp cao, đường cao tốc ở trong nước và nước ngoài trong nhiều năm, người ta rút ra những nguyên tắc lựa chọn chiều dài và thông số A bố trí đường cong clothoid như sau:

<i>1. Yêu cầu từ động lực học chạy xe: Bảo đảm gia tốc ly tâm tăng từ từ trên suốt </i>

chiều dài ĐCCT cho đến một trị số nhất định vào đường cong cơ bản.

<i>2. Yêu cầu từ bố trí đoạn nối siêu cao: Bảo đảm trên ĐCCT thực hiện được đoạn </i>

nối siêu cao để chuyển đều đặn từ trắc ngang hai mái sang trắc ngang một mái có độ dốc bằng độ dốc siêu cao.

<i>3. Yêu cầu từ thụ cảm quang học: Để đảm bảo thụ cảm quang học tức là đảm </i>

bảo thụ cảm đều đặn về mặt thị giác thì thông số A của đường cong phải thỏa vậy khi bán kính R càng lớn thì chiều dài đường cong clothoid càng dài. Ngồi ra, có thể tham khảo quy định A<small>min</small> của CHLB Đức như sau [24]

Tốc độ thiết kế V<small>TK</small> (km/h) Trị số tối thiểu của thông số A (m)

<i>4. Yêu cầu về thời gian phản ứng khi thao tác của lái xe: Với lái xe có trình độ </i>

chun mơn trung bình thì thời gian này bằng 3s và ta có L = 0,83V (m).

<i>5. Bán kính đường cong trịn khơng bố trí đường cong chuyển tiếp clothoid: Sau </i>

khi bố trí đường cong chuyển tiếp nối với đường cong trịn thì sinh ra độ dịch chuyển p (hình 3.20), nếu p q nhỏ thì có thể khơng cần đoạn đường cong clothoid vì đã thỏa mãn được quá trình xe chạy trên ĐCCT. Giá trị p này theo nghiên cứu ở nước ngoài như sau:

- Trung Quốc : p ≤ 0,07-:-0,08 m - Mỹ : p ≤ 0,305 m - Séc : p ≤ 0,25 m...

Theo tiêu chuẩn Trung Quốc khi độ dịch p ≤ 0,07-:-0,08 m và t ≥3 s thì tính tốn được các bán kính đường cong trịn khơng cần bố trí ĐCCT 5.500m; 4.000m; 2.500m và 1.500m tương ứng với tốc độ thiết kế 120km/h; 100km/h; 80km/h và 60km/h.

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

Tuy nhiên các giá trị tính theo p này chỉ là tham khảo cùng hàng loạt các yêu cầu về quang học, phù hợp với địa hình, tổ hợp các đường cong, ... quyết định

Đây là trường hợp thông thường nhất được áp dụng phổ biến để thiết kế bình đồ tuyến đường ơ tơ, trường hợp này chỉ thuận lợi tại những nơi mà tuyến đường ít phụ thuộc vào các điểm khống chế.

<i>Hình 3.19 Bình đồ và đường biểu diễn độ cong k </i>

Để đảm bảo tính thẩm mỹ của tuyến đường thì đường cong trịn chêm giữa hai đường cong chuyển tiếp phải có chiều dài tối thiểu phụ thuộc vào tốc độ xe chạy thiết kế như dưới đây:

<i>Bảng 3.7 Chiều dài tối thiểu của đường cong tròn trong tổ hợp đường cong [24] </i>

V (km/h) 30 40 50 60 70 80 90 100

Thường hay dùng : đường cong clothoid-đường cong tròn-đường cong clothoid theo tỷ lệ là 1:1:1.

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

Nghiên cứu của CHLB Đức đã đưa ra lời khuyên về lựa chọn thông số A của đường cong clothoid phụ thuộc vào tốc độ thiết kế và các trị số bán kính đường cong như bảng sau:

<i>Bảng 3.8 Các trị số quy định R và A cho đường Quốc lộ [24]. </i>

Điều kiện bố trí được của đường cong chuyển tiếp: α-2ϕ<small>0</small>≥0 hay α ≥ 2.ϕ<small>0 </small>

Trong trường hợp không đủ hoặc không đảm bảo ta phải tăng bán kính R hoặc giảm chiều dài đường cong chuyển tiếp.

<i><b>Việc tính tốn và cắm đường cong tổng hợp được thực hiện theo trình tự sau: </b></i>

<i>1. Tính tốn sơ bộ (để sơ bộ bố trí và kiểm tra) các yếu tố cơ bản của đường cong </i>

trịn theo góc ngoặt α và bán kính đường cong R

2. Tính tốn và lựa chọn chiều dài bố trí ĐCCT L<small>ct</small> dựa vào cơng thức, dựa vào chiều dài tối thiểu theo quy trình, phù hợp với địa hình và phối hợp tốt các yếu tố của tuyến, sau đó xác định thơng số <i>A</i>= <i>R</i>.<i>L_ct</i>

3. Tính góc kẹp ϕ<small>0</small> và kiểm tra điều kiện bố trí ĐCCT α ≥ 2.ϕ<small>0</small>, nếu khơng thoả mãn điều kiện này thì phải tăng bán kính R hoặc giảm L<small>ct</small>

4. Xác định toạ độ của điểm cuối ĐCCT (X<small>0</small>,Y<small>0</small>) và xác định các chuyển dịch

5. Tính lại bán kính đường cong trịn R<small>1</small>=(R+p) và tính chính xác các yếu tố của đường cong tròn theo R<small>1</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

6. Xác định chiều dài phần còn lại của đường cong trịn K<small>0</small> ứng với góc α₀ sau

<i><small>K</small></i> <small>=</small> (hoặc K<small>0</small> = R.α<small>0</small> với α<small>0</small><i> tính bằng rad) </i>

7. Xác định điểm bắt đầu, kết thúc của ĐCCT và độ rút ngắn của đường cong

<i>Hình 3.20 Tính tốn đường cong chuyển tiếp trong trường hợp L1=L2 </i>

8. Theo công thức (3) xác định toạ độ của các điểm ĐCCT cách nhau 5-10m/cọc sau đó dựa vào toạ độ này cắm nhánh 1 của ĐCCT

9. Tính và cắm nhánh thứ 2 của ĐCCT tương tự 10. Tính và cắm phần đường cong trịn cịn lại K<small>0</small>

Một điểm A bất kỳ trên phần đường cong trịn có chiều dài cung đến TĐ là S<small>t</small> với góc chắn cung β sẽ có tọa độ x<small>t</small>, y<small>t</small> theo hệ trục NĐ được tính theo cơng thức sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<i>Hình 3.21 Sơ đồ tính tốn phần đường cong tròn. </i>

<b>3.9.2 Đường cong tròn nối hai đầu bằng hai đường cong chuyển tiếp không đối xứng. </b>

Trong trường hợp này hai đường cong chuyển tiếp clothoid nối ở hai đầu đường cong trịn có chiều dài khác nhau và thông số khác nhau (A1 ≠ A2). Để đảm bảo tính mỹ quan thì tỷ số của 2 thông số <small>12</small>

Trường hợp này thường xảy ra khi muốn đặt tuyến đi qua các điểm đã cho. Để đơn giản cho công tác cắm tuyến nên chọn R và A nguyên. Nếu trong thực tế khơng thể thực hiện được điều đó, ví dụ chiều dài đường tang cần phải chính xác đối với một hoặc là cả hai phía của đường cong, thì nên ưu tiên thơng số đường clothoid ngun cịn bán kính đường cong trịn có thể khơng ngun.

<i><b>Việc tính tốn và cắm đường cong tổng hợp được thực hiện theo trình tự sau: </b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<i>Hình 3.22 Tính tốn đường cong chuyển tiếp trong trường hợp L1</i>≠<i>L2 </i>

1. Tính góc kẹp φ<small>1</small> và φ<small>2</small> tương ứng với hai đường cong chuyển tiếp theo công

Và kiểm tra điều kiện bố trí đường cong chuyển tiếp (φ<small>1 </small>+ φ<small>2</small>) ≤ α (3.53) 2. Xác định các tọa độ điểm cuối của đường cong chuyển tiếp : X<small>1</small>,Y<small>1</small>,X<small>2</small>,Y<small>2</small>.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Những nội dung còn lại tương tự như trên.

<b>3.9.3 Đường cong tổng hợp bao gồm hai nhánh clothoid đối đầu </b>

Các đường clothoid tiếp xúc nhau tạo thành một tổ hợp đường cong có hai nhánh clothoid đối đầu. Tại điểm tiếp xúc 2 đường clothoid sẽ có cùng một bán kính cong và chung một đường tang. Tuỳ theo việc sử dụng các nhánh đường clothoid có thơng số bằng nhau hoặc không bằng nhau để chia ra tổ hợp đường cong đối xứng hoặc không đối xứng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

Việc sử dụng tổ hợp đường cong có hai nhánh clothoid đối đầu đã nhiều lần bị chống lại bởi vì xuất hiện các vấn đề không thuận lợi khi phải tạo nên độ dốc ngang phù hợp với động lực chạy xe cần phải chuyển trực tiếp từ độ cong tăng sang độ cong giảm tại điểm giao nhau. Sự ổn định chạy xe và mỹ quan khi đó sẽ bị xấu đi, nhưng điều đó chỉ xảy ra khi bán kính cong tại chỗ giao nhau tương đối nhỏ và góc chuyển hướng lớn. Vì thế người ta khun chỉ dùng loại tổ hợp đường cong này trong trường hợp địa hình bị khống chế và bán kính cong tại điểm tiếp xúc nhau lớn, đồng thời góc chuyển hướng nhỏ (R > 600 m; α ≤ 13,5<small>0</small>).

<i><b>1. Tổ hợp đường cong có hai nhánh clothoid đối đầu đối xứng </b></i>

Các yếu tố của chúng được xác định trên hình vẽ. Tại điểm tiếp xúc hai đường cong clothoid có cùng một bán kính cong R<small>1</small>=R<small>2</small>=R<small>min</small> và có chung đường tang.

Việc tính tốn cũng tương tự như trên.

<i><b>2. Tổ hợp đường cong có hai nhánh clothoid đối đầu khơng đối xứng </b></i>

Hai đường clothoid có thơng số khác nhau, tại điểm nối chúng có cùng một bán kính cong R<small>1</small>=R<small>2</small>=R<small>min</small> và có chung đường tiếp tuyến.

Hai đường cong clothoid có chiều dài L<small>1</small>≠L<small>2</small> thơng số A<small>1</small>≠A<small>2</small> và đường tang

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<i>Hình 3.25 Tính tốn đường cong tổng hợp có hai đường cong clothoid đối đầu không đối xứng </i>

để đơn giản trong tính tốn cắm tuyến nên dùng các thơng số clothoid và bán kính tại điểm tiếp xúc là số nguyên

Các đường tang chung T<small>m1</small> và T<small>m2</small> được xác định theo công thức:

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Từ đó tính ra được T<small>1</small> và T<small>2</small> và triển khai tương tự như các phần trên.

<b>3.9.4 Đường cong chữ S </b>

Đường cong chữ S được tạo thành bởi hai nhánh clothoid ngược chiều nhau, hai đường clothoid này có chung điểm xuất phát (R = ∞), tại điểm ấy chúng có đường tang chung và điểm ấy cũng chính là điểm gặp nhau của hai nhánh clothoid. Nó được sử dụng để nối hai đường cong ngược chiều nhau, sự chuyển tiếp của hai đường cong ấy được bảo đảm hài hồ. Điều kiện để bố trí đường cong chuyển tiếp là khoảng cách giữa hai đường trịn “D” khơng được qúa lớn, hai đường trịn khơng được bao nhau, khơng được cắt nhau hoặc tiếp xúc nhau. Để đảm bảo nâng siêu cao được đều đặn, cả hai nhánh clothoid nên có thơng số bằng nhau. Nếu trong thực tế do hạn chế của địa hình khơng đảm bảo được điều kiện ấy thì tỷ lệ A<small>1</small>/A<small>2</small> khơng nên vượt q 1,5

<i>Hình 3.26 Nguyên tắc của đường cong chữ S </i>

Khi thiết kế điều kiện lý tưởng là đảm bảo cho hai bán kính đường cong trịn bằng nhau. Nếu do điều kiện địa hình khơng thể thực hiện được yêu cầu ấy thì nên tuân theo những giới hạn dưới đây:

- A<small>1</small> = A<small>2</small> → R<small>1</small> ≤ 2 R<small>2</small> - A<small>1</small> ≠ A<small>2</small> → R<small>1</small> ≤ 3 R<small>2</small>

- A<small>1</small> = A<small>2</small> → R<small>1</small> = R<small>2</small> (điều kiện lý tưởng)

Trị số xuất phát dể tính tốn đường cong chữ S khi thiết kế là khoảng cách “D” của hai đường cong tròn sẽ tạo nên đường cong chữ S . Có thể xác định trị số của

</div>