城市道路交叉口弯道路缘石布设形式研究

蔡　伟， 章继忠， 王召强， 董建勋

(青岛市市政工程设计研究院有限责任公司， 山东 青岛　266061)



城市道路交叉口弯道路缘石布设形式研究

蔡伟， 章继忠， 王召强， 董建勋

(青岛市市政工程设计研究院有限责任公司， 山东 青岛266061)

[摘要]为了研究不同弯道路缘石对车辆在交叉口转弯处行驶顺畅性影响，在对圆曲线布设与多心圆复曲线布设方式进行对比分析的基础上，研究了两者之间线形组合与车行轨迹、车行速度的关系。研究结果表明：在交叉口弯道处采用三心圆曲线进行布设，在节约用地资源的同时，有利于提高车辆在交叉口转弯处行驶的舒适性。对于城市高等级道路交叉口土地资源比较紧张的路段进行交叉口弯道路缘石布设时，建议采用三心圆复曲线的布设形式。

[关键词]交叉口； 行车舒适性； 圆曲线； 三心圆

0前言

随着我国城市的发展，机动车量增加、土地资源紧缺、道路设计不合理等导致交通拥堵问题日益严重，而交叉口是制约城市交通运营效率的重要因素之一。为提高交叉口转弯车辆行驶的通畅性，有必要对交叉口细部工程设计进行优化和完善。传统的城市道路交叉口平面设计中的车行道转弯缘石曲线大都采用单圆曲线的形式，此方法简单，便于设计、施工，但是从行车稳定、乘车舒适以及行人安全性角度来看并不是最优的。因此，探索并推广一种更能满足行车轨迹的交叉口路缘石曲线形式具有重要的现实意义。

1常见路缘石曲线布设方式

按转弯行迹而言，路面内缘是一条相当复杂，并无法用数学模型表达的曲线。国内外常见的简化交叉口转角路缘石曲线的布设方式主要有，单圆曲线、多心圆复曲线及回旋线复曲线等布设方式。

回旋线复曲线虽然设计比较简单，但由于其现场布设施工难度大，施工精度低，实际施工过程中一般不宜采用，而圆曲线布设方式施工容易，多心圆复曲线拟合性较好，因此，本文对圆曲线布设与多心圆复曲线布设方式进行对比研究分析，研究两者之间线形组合与车行轨迹、车行速度关系。

2单圆曲线布设

单圆曲线时，其缘石转弯半径计算公式：

R1=R-(b/2+e+C)

(1)

(2)

式中：R1为路口最小缘石转弯半径，m；R为机动车最外侧车道中心线的圆曲线半径，m；C为分隔带宽度，m；e为最外侧机动车道加宽值，m；V右转为路口车辆右转弯计算行车速度，km/h；u为横向力系数，采用0.15；i为右转弯路面横坡度，向内侧倾斜用“+”号，取i=0.02。

《城市道路交叉口设计规程》(CJJ 152-2010)中提到平面交叉口转角缘石宜采用圆曲线或复曲线，其转弯半径应满足机动车和非机动车行驶要求。当平面交叉口为无非机动车时，其路缘石转弯半径取值见表1。

表1 城市道路路缘石转弯半径Table1 Turningradiusofkerbonurbanroad右转弯设计速度/(km·h-1)道路缘石推荐半径/m3025252020151510

如果缘石半径过小，则会造成右转车的车速降低，行车不平顺，导致车辆向外偏移侵占相邻车道，或向里偏移驶上人行道。如果缘石半径过大，则造成行人穿越道路距离过长；或车辆停止线远离交叉口，车辆通过交叉口的时间较长，行人过街绕行太多。此外，由于缘石半径过大造成交叉口面积太大，左转车的行驶轨迹不固定，有较大的游荡区，不利于行车安全。由于大多数交叉口均采用单圆圆曲线进行布设，因此本文不在对该布设方法进行详细讨论。

3多心圆复曲线布设方式

为适应右转车辆转向操作的行驶轨迹及路线的顺畅，提高交叉口通行能力以及土地利用率，对交叉口进行优化设计，采用多心圆复曲线布设方式。多心圆复曲线就是2～3个半径满足一定要求的圆曲线直接连接，其计算采取圆曲线的计算方式。多心圆复曲线有两心圆复曲线、三心圆复曲线两种线形组合形式。

3.1两心圆复曲线

由两条半径不同的圆曲线相连，根据国内外相关经验，其半径R2是R1的2.5倍。适用于小汽车和货运车混行交通的交叉口。

图1中，二圆心复曲线半径R1=10 m，R2=25 m，单圆曲线半径R3=10 m，R4=15 m。从图中可知当设计半径相等时(R1=R3)，二圆心复曲线土地利用率高并能以较小的半径实现转弯车辆舒适、快速通过。

图1　二心圆复曲线与单圆曲线布设示意图Figure 1　Not really circular curve with single circular 　curve layout diagram

对于二圆心复曲线，适用于小汽车和货运车混行交通的交叉口路缘石半径。当R1取值大于12 m时，适合大重型货运车辆交叉口缘石半径。通过计算可得出不同右转弯速度下二心圆复曲线速度与半径关系见表2。

表2 二心圆复曲线速度与半径关系表Table2 Notroundcomplexcurvespeedandradiusofare-lationaltable右转弯设计速度/(km·h-1)小圆半径R1/m大圆半径R2/m151025201537.5252050302562.5

考虑相交道路夹角为90°时。其交叉口路缘石半径设置见表3。

表3 二心圆复曲线路缘石半径表Table2 Secondthoughtscircleradiusofcomplexcurvekerbstonetable角度α/(°)R1R2角度β/(°)角度γ/(°)x/m901025702010.91901537.5702016.37902050702021.82902562.5702027.28a/mb/my/ma'/mb'/m9.41.5115.138.566.5814.12.2722.7012.839.8718.83.0230.2717.1113.1623.53.7837.8321.3916.44

3.2三心圆复曲线

三心圆复曲线，右转车辆从路段进入右转弯道直至驶入相邻道路，车辆的转弯半径是一个由大变小再变大的过程，即进出弯道时转弯半径大，在弯道中间时转弯半径小。与此相适应，交叉口缘石中间段的半径为设计半径，两端可适当的放大。此外，当干路和支路相交时，由于干、支道路设计车速不同，交叉口路缘石也可做成变半径的形式，即与干路相连一侧的半径大一些，与支路相连一侧的半径小一些。常见三圆心复曲线有两种形式，一种为两端半径相等线形组合形式，一种为三圆半径均不等线形组合形式，本文仅讨论两端半径相等的情况。

根据相关资料及工程经验，两端半径相等三心圆复考虑相交道路夹角为90°时。其交叉口路缘石半径设置见表4。

表4 两端半径相等三心圆复曲线缘石半径表Table4 Onbothendsoftheradiusequaltothreeheartcir-cularcurveradiusofkerbtable角度α/(°)R2R1=R3角度β角度γa/mc/mx/m908.52560°15°6.600.8613.209012.537.560°15°9.711.2719.4290175060°15°13.201.7326.4190216360°15°16.312.1432.62

曲线中，R1=R3，其值是R2的3倍。R2为交叉口路缘石设计半径。缘石半径布设方式见图2。

图2　两端半径相等三心圆复曲线布设方式Figure 2　On both ends of the radius equal to three heart 　round curve layout mode

通过验算，路缘石半径采用三圆心复曲线时，当R2=10 m，R1=R3=30 m，可以完全达到采取单圆曲线布设当R=12 m时的效果，此时采用三圆心曲线布设，线性更加顺畅。具体示意详见图3。

图3　三心圆复曲线与单圆曲线布设图Figure 3　Three heart round curve with single circular 　curve setting map

当设计半径相等时(R2=R)三圆心复曲线土地利用率高并且能以较小半径实现转弯车辆舒适、快速通过。三心圆复曲线速度与半径关系见表5。

表5 三心圆复曲线速度与半径关系Table5 Threeheartroundcurverelationshipbetweenve-locityandtheradius右转弯设计速度/(km·h-1)小圆半径R2/m大圆半径R1=R3/m158.5252012.537.5251750302163

4三心圆复曲线车辆行驶最小半径分析

对两端半径相等的三心圆复曲线车辆行驶轨迹进行分析，我国机动车设计外廓尺寸见表6。饺链车转弯半径见图4。

表6 城市道路机动车设计外廓尺寸Table6 Urbanroadmotorvehicledesignprofilesizem车辆类型总长总宽前悬轴距后悬小型汽车51.81 2.71.3普通汽车122.51.56.54 铰接车182.51.75.8/6.73.8

图4　铰链车转弯半径示意图Figure 4　Hinge car turning radius

通过计算，得出不同车辆类型与路缘石半径的关系，见表7所示。

表7 机动车尺寸与路缘石半径关系Table7 Motorvehiclesizeandkerbstoneradius车辆类型小客车载重汽车鞍式列车路缘石最小半径4815

5三心圆复曲线车辆行驶舒适度分析

车辆在进入车道前减速行驶，进入弯道后匀速行驶，驶出弯道外加速行驶。其行驶方向与轨迹见图5。

对单圆曲线及多心圆复曲线进行分析，车辆以同等车速进入两种曲线布设转弯车道，单圆曲线弯道行驶过程中，弯道内行驶路程较短，车辆完成转向所用时间较短；而多心圆复曲线弯道内车辆可提前开始转向，车辆完成转向时间较长。因此，分析转弯车辆行驶舒适度考虑两个因素：一是加速度：汽车在进入弯道后，速度方向发生变化，加速度均发生改变；二是侧移率：汽车进入弯道一定时间内除在纵向发生位移变动外，横向也发生变动。单位时间横向位移变化值为侧移率。

图5　转弯车辆行驶轨迹图Figure 5　Turning vehicle trajectory

① 加速度分析：车辆弯道内行驶速度为V。建立坐标轴，将其分解为Vx=Vcosθ；Vy=Vsinθ(45°≤θ≤90°)求导可得两个方向加速度。ax=-Vsinθ；ay=Vcosθ。

当达到弯道中点时，x轴方向速度为Vx=1.414V，y轴方向速度为Vy=1.414V。

根据V2=2as，S单圆曲线、S三心圆复曲线(s为y轴方向上行驶路程)可知：单圆曲线加速度平均值大于三心圆复曲线加速度平均值。x轴方向上，平均加速度以及行驶路程相等，但由于单圆复曲线弯道车辆行驶时间短，可知其加速度值变化较三心圆复曲线变化大。

② 侧移率分析：车辆均以相同速度进入弯道内，横向位移值相等。但由于三心圆复曲线弯道内行驶路程较长，同等速度下，行驶时间较长，因而侧移率较单圆曲线弯道小，有利于提高车辆行驶的安全性。

6结论

同等条件下，单圆曲线转弯车辆在加速度变化率以及侧移率上均较三心圆复曲线转弯车辆大。而在保持加速度与侧移率相同的情况下，则需要更大的路缘石半径来布设单圆曲线。这将降低土地利用率以及对行人过街造成安全隐患，而三心圆复曲线具有更高的行车舒适性以及土地利用率，因此在交叉口用地比较紧张的路段，建议采用三心圆复曲线进行弯道路缘石的布设。

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Study on Curved Road Kerb Layout Form of Intersections on Urban Roads

CAI Wei， ZHANG Jizhong， WANG Zhaoqiang， DONG Jianxun

(Qingdao Municipal Engineering Design & Research Institute Co.， Ltd， Qingdao， Shandong， 266061， China)

[Abstract]In order to study the different curved road kerb influence on vehicle driving smooth-ness’s at the corner of the intersection，Based on circular curve layout with multiple circular layout mode on the basis of the comparison and analysis of complex curve，linear combination between the dealer and trajectory was studied，the relationship between the car speed.The research results show that the bend in the intersection layout with three heart round curve，and the economical use of land resources at the same time，to improve the comfort of vehicles are driven in intersection turning on.For city sections of land resources of high grade road intersection to intersection curved road kerb layout，recommended three heart round layout form of complex curve.

[Key words]intersection； the comfortableness of driving； circular curve； three heart round

[中图分类号]U 416.213

[文献标识码]A

[文章编号]1674-0610(2016)01-0112-04

[作者简介]蔡伟(1987-)，男，山东文登人，工程师，从事道路路面材料及交通规划研究。

[基金项目]住房与城乡建设厅科技项目2012年科学技术计划项目(2012-K4-32)

[收稿日期]2014-09-17