土木曲线测设.ppt

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1、为保证车辆平稳运行，需在线路改变方向处加设曲线进行过渡。 圆曲线：具有一定半径的圆弧。 平面曲线 缓和曲线：半径R由无穷大渐变 到圆曲线半径。 曲线主要点测设 曲线测设 曲线详细测设,第五章 曲线测设,主点测设：在地面上标定出不同线型的分界点及曲中点。 曲线详细测设：测设出具有一定密度的线路中线点。 如果使用测距仪或全站仪按任意点极坐标法测设曲线，则曲线主点和曲线详细点可同时设出。 注意：必须更换置镜点重新测一次。,5-1 圆曲线主点及要素计算,一、圆曲线的主点ZY 、 QZ 、YZ,R 圆曲线半径（设计选配） 转向角（现场实测）,4、切曲差：,R,二、圆曲线的要素计算,1、切线长：,2、曲线

2、长：,3、外矢距：,推算方向是：ZDZY1QZ1YZ1ZY2QZ2YZ2。,三、曲线主点里程推算,例5-2已知铁路线路转点ZD的里程为K125+032.58 ， 其它已知数据如表5-1，试推算各主点的里程。,表5-1 曲线资料,表5-2 曲线要素计算表,里程推算： ZD DK125+032.58 +（D1-T1） 888.14 ZY1 DK125+920.72 +L1/2 140.77 QZ1 DKI26+061.49 +L1/2 140.77 YZ1 DK126+202.26 +（D2-T1-T2） 467.09 ZY2 DK126+669.35 +L2/2 111.28 QZ2 DK126

3、+780.63 +L2/2 111.29 YZ2 DK126+891.92,检核计算： ZY1 DK125+920.72 +2T1 289.22 DK126+209.94 -q 7.68 YZ1 DK126+202.26 ZY2 DK126+669.35 +2T2 226.32 DK126+895.67 -q 3.75 YZ2 DK126+891.92,缓和曲线：直线与圆曲线之间的一段过渡曲线。 一、作用和性质 作用： 超高过渡： 外轨超高 加宽过渡： 内轨加宽,5-2 缓和曲线,运动状态过渡：匀速直线运动 匀速圆周运动,RP1/ lP 或 RP = C / lP C 缓和曲线半径的变更率 在

4、HY（YH）处，RP = R，则C=R l0,性质：,HY,J,D,R,R,ZH,R,P,l,p,P,1、缓和曲线坐标系 原点：ZH（HZ）。 X轴正向： 沿切线指向JD。 Y轴正向： 过原点与切线垂直，指向内侧。,二、缓和曲线的方程, 过P点的切线与X 轴的夹角,2、缓和曲线角,将cos、sin按级数展开：,3、坐标X、Y,X,Y,积分得：,铁路或汽车专用公路设计中，圆曲线半径一般要大于200m，因此式中的n值通常取2，且为,(5-6),(5-4),显然，式（5-4）是交错级数，且各项的绝对值又依次递减，故其截断误差可按下式估算：,例5 - 3已知某曲线设计时选配的圆曲线半径R = 200

5、m，缓和曲线长l0 = 70 m，若n=2试按（5-5）式估算坐标计算的截断误差。 解,我国采用的方法： 圆曲线R半径不变, 圆心内移, 插入缓和曲线,三、加缓和曲线后曲线的变化,R,变化1：圆心移动,变化2：园曲线减短l0,变化3：曲线总长度增加l0,四、缓和曲线常数,1.缓和曲线切线角,将lp=l0代入缓和曲线方程(5-6)得：,2. 缓和曲线终点横坐标,3. 缓和曲线终点纵坐标,4.内移距p p =（y0 + Rcos0）- R,6.缓和曲线偏角,7.缓和曲线反偏角 b0 = 0 0,0,5.切垂距 m = x0 Rsin0,一、曲线主点 1、ZH 2、HY 3、QZ 4、YH 5、HZ

6、,5-3 曲线综合要素计算及主点测设,二、曲线综合要素计算,例5 -4已知线路某转点ZD的里程为DK25+536.32， ZD到JD的距离为D= 893.86 m。R = 500 m，l0 = 60 m， Z = 355123，试计算缓和曲线常数和综合要素 并推算各主点的里程。 解1缓和曲线常数：,三、主点里程推算,p =（y0 + Rcos0）- R=0.300m m = x0 - Rsin0=29.996m,2、曲线综合要素：,q=2TL=10.81m,b0 = 0 -0= 21730,3主点里程推算： 里程推算： 检核计算： ZD DK25+536.32 ZH DK26+238.32 +

7、（D - T ） 702.00 + 2T 383.72 ZH DK26+238.32 DK26+622.04 + l0 60 - q 10.81 HY DK26+298.32 HZ DK26+611.23 +（L- 2l0)/2 126.45 QZ DK26+424.77 + (L- 2l0)/2 126.46 YH DK26+551.23 +l0 60 HZ DK26+611.23,1在JD上安置经纬仪，对中、整平。 2后视始端切线方向上的相邻交点或转点，自 JD 于视线方向上测设 (T- x0)，可钉设出 HY在始切线上的垂足YC；据此继续向里程 减少方向测设x0 ，则可钉设出ZH。 3后

8、视末端切线方向上的相邻交点或转点，自 JD于视线方向上测设 (T- x0)，可钉设出 YH在始切线上的垂足YC；据此继续向里程 增加方向测设x0 ，则可钉设出HZ。,四、曲线主点测设,4测设出内角平分线，自JD于内角平分上测设 外矢距E0，则可钉出QZ。 5在始切线上的垂足YC上安置经纬仪，对中、 整平。 6后视始端切线方向上的相邻交点或转点，向 曲线内侧测设切线的垂线方向，自YC 于该方 向测设y0，可钉设出HY。 同理可测设出YH。,曲线详细测 ：按一定的密度对曲线进行加密点测设，以详细标定出曲线的平面形状。 缓和曲线 每隔10m 铁路 圆曲线 20m整桩 公路无论缓和曲线或园曲线均设置2

9、0m整桩 特殊情况：如果设计需要或在地形变化处另设整米加桩。,5-4 曲线详细测设的偏角法,偏角：弦切角 P,1、P，2、P，3、 弦长： c1、c2、c3 偏角法实质：角度与距离的交会法。 关键：偏角计算,测站点仪器定向,一、偏角法原理,1,2,3,p,若切线方向的水平度盘读数为00000 正拨： 平盘读数 = 偏角值 反拨： 平盘读数=360- 偏角值。,正拨与反拨,正拨 反拨,1圆曲线偏角,i，j 过i点的切线与i、j 两点弦线之偏角 li，j i、j两点间的曲线长 R 圆曲线半径,二、偏角计算,2缓和曲线偏角,i，j =i j，i 而,当R比较大时，j，i较小 则,得,若j点位于i点与

10、缓和曲线终点之间，则,铁路缓和曲线每隔10m测设一点。曲线点序号：,设,则,一般表达式：,当圆曲线的半径R较小时，坐标计算的截断误差较大，按上述方法计算的偏角精度偏低，无法满足要求。此时可按坐标反算求出其坐标方位角i，j ；求出切线的坐标方位角i，则 i，j =|i，j -i|,当i点位于缓和曲线起点即ZH或HZ点时，i=0，上式可化简为,例5 - 5 已知线路设计时选配的圆曲线半径R = 500 m，缓和曲线长l0 = 60 m，试计算置镜于3，点前视其它各点的缓和曲线的偏角。, 3,010|30|(23+0 )=0 34 23 3,110|31|(23+1 )=0 26 44 3,210|

11、32|(23+2 )=0 15 17 3,410|34|(23+4 )=0 19 06 3,510|35|(23+5 )=0 42 01 3,610|36|(23+6 )=1 08 45,解,弧弦差：圆弧与相应的弦长之差。,表 5-3 弧弦差对比表,圆曲线半径越大，其弧弦差越小。因此，当圆曲线半径较大时，且相邻两点间的距离不超过20m 时，可用弧长代替相应的弦长，其代替误差远小于测设误差。,三、弦线长度,寻找置镜点处与测设方向一致的切线方向，并使该切线方向的水平度盘读数aF为某一定值（通常为00000）的过程。,安置经纬仪于A 点，后视 B点，并配置水平度盘读数为 aB。则定向后视读数 aB

12、= aF +,四、定向,已知R = 500 m，l0 = 60 m， Z = 355123。 置镜HY，后视ZH，偏角法测设HYZH、HYQZ段； 置镜YH，后视HZ，偏角法测设YHHZ、YHQZ段； 试完成测设资料计算。,1HYZH段 置镜HY后视ZH 6，0=b0 =21731 设aF = 00000 则定向后视读数,例5-6,aB = aF + = 21731,表5-4a HYZH段测设资料计算表,偏角根据下式计算，其结果列于表54a中。,点 号,偏角 ,正反拨,平盘读数 ,备注,注：表中缓和曲线点是由缓和曲线的起点向终点进行编号。,2HYQZ 段 置镜HY后视ZH，测设圆曲线 =6，0

13、+180 =1821731 设aF = 00000，则 定向后视读数为 aB=aF+= 1821731,偏角根据下式计算，其结果列于表54b中。,表5-4b HYQZ段测设资料计算表,3YHQZ 段测设数据计算 置镜YH后视HZ，测设圆曲线 =1806，0=1774229 设aF = 00000，则 定向后视读数 aB = aF += 1774229,偏角根据下式计算，其结果列于表54c中。,表5-4c YHQZ段测设资料计算表,4、YHHZ 段测设数据计算 置镜YH后视HZ，测设缓和曲线 =3606，0=3574229 设aF = 00000，则 定向后视读数 aB = aF += 3574

14、229,表5-4d YHHZ段测设资料计算表,偏角根据下式计算，其结果列于表54d中。,注：表中缓和曲线点是由缓和曲线的起点向终点进行编号。,五、遇障碍时曲线测设,即找出i点的切线方向；计算i点至后续各点的偏角，据此继续测设。,原理：如图所示，置镜于已设出的曲线某主点A，测设1、2、i，至i+1点时视线受阻；迁站至i点，后视A点定向，,例5-7已知R = 500 m，l0 = 60 m， Z = 355123。 置镜于HY，后视ZH定向，测设缓和曲线，测设至2点 时遇障碍，则迁站到已设出的3点继续测设至ZH； 置镜于HY，后视ZH定向，测设圆曲线，至5点时遇 障碍，则迁站到已设出的4 点继续测

15、设曲线。试完 成相关的计算，并简述测设步骤。 解依表5-4 及图5-15,置镜于HY，测设缓和曲线段 （1）置镜及定向 置镜HY，后视ZH，定向后视读数 aB = 21731 （2）测设 旋转照准部至平盘读数为6，5=03228，自HY 于视线 上丈量10m平距，得5点； 旋转照准部至平盘读数为6，4=10107，自5点向前丈 量10 m平距，与视线交于4点； 同法测向前测设，至2点时仪器视线受到障碍物阻挡，故需 迁站至3点继续向前测设。,2、置镜于3点，测设缓和曲线段 （1）置镜、定向及偏角计算 置镜3点，后视HY，定向后视读数 aB = aF += 1785115 =180-3，6 3，6

16、=10|36|(（23+6）=1 08 45,其它待测点偏角：3，2=10|32|(23+2)=01517 3，1=10|31|(23+1)=02644 3，0=10|30|(23+0)=03423,（2）测设 旋转照准部至平盘读数为3，2=01517，自3点于 视线上丈量10 m平距，得2点； 旋转照准部至平盘读数为3，1=02644，自2点向 前丈量10m平距，交视线于1点； 同法测至ZH闭合。,3、置镜于HY，测设圆曲线段 （1）置镜及定向 置镜HY，后视ZH，定向后视读数 aB = aF += 1821731 （2）测设 逆时针旋转照准部至平盘读数为3600，1=3595413， 自H

17、Y于视线上丈量1.68 m平距得1点； 逆时针旋转照准部至平盘读数为3600，2=3584528， 自1点向前丈量20 m平距，交视线于2点； 同法向前测设，至5点时仪器视线受阻，故需迁站至4点 继续向前测设。,aB = aF += 1833202 =180+4，0 4，0 =33202（ ）,其它待测点偏角为 4，5 =10845.30 4，6 =24，5=21731 4，QZ =34240,4、置镜于4点，测设圆曲线段 （1）置镜、定向及偏角计算 置镜4点，后视HY， 定向后视读数,（2）测设 逆时针旋转照准部至平盘读数为3604，5 =3585115， 自4点于视线上丈量20 m平距得5

18、点； 逆时针旋转照准部至平盘读数为3604，6 =3574229， 自5点向前丈量20 m平距交视线于6点； 同法测至QZ闭合。,偏角法测设圆曲线遇障碍迁站后，切线方向平盘 读数可设 置为测设该切点时的平盘读数，如本例中aF =3562758 （3604，0 ）此时定向后视读数（ aB =aF +=180），则 测设后续各点的平盘读数仍用原表中的数据，而无需再算。 对于圆曲线测段之所以能按上述方法处理，是因为其偏角与 曲线长成线性关系。,闭合差：由拨角误差和量距误差共同引起的，其大小不应超过一定的限值。 新建铁路工程测量规范规定： fZ 纵向闭合差 闭合差f fH 横向闭合差,六、曲线测设的精

19、度要求,仪器：全站仪 优点：设站灵活，不受地形条件限制，主点和 曲线细部点可同时测设。 注意：应检核，点位误差不应大于5cm。 关键：统一直角坐标系下的控制点 曲线点直角坐标的计算 测设数据的计算。,5-6 任意点极坐标法测设曲线,计算曲线点在曲线坐标系ZH-xy中的坐标，再将其转换为统一坐标系O-XY中的坐标，利用已知坐标的平面控制点通过坐标反算得出已知点到测设点的坐标方位角和水平距离（ MA，DMA）、 （MB，DMB）. ，然后用极坐标法进行测设。,一、基本原理,M,N,ZH,HY,YH,HZ,A,B,C,MN,MA dMA,MB dMB,x,y,Y,O,X,曲线右偏 yA为正;曲线左偏

20、 yA 为负。,二、曲线点坐标计算,ZH,HY,YH,HZ,A,B,C,X,Y,1曲线坐标系ZH-xy下的坐标 (1)ZH-HY段曲线点的坐标直接根据缓和曲线方程得出：,由图可得：,曲线右偏yB为正;左偏yB为负。,ZH,HY,YH,HZ,B,x,y,(2) HY-YH段曲线点的坐标,o,m,R,0,p,曲线右偏yC 为正;左偏yC 为负。,ZH,HY,YH,HZ,x,C,x,y,y,(i) 在以HZ点为原点，以HZ点切线为x轴，交点至HZ方向为正向的测量坐标系（HZ-xy ）下的坐标,(3)YH-HZ段曲线点的坐标计算,ZH,HY,YH,HZ,x,C,x,y,y,(ii)在曲线坐标系（ZH-

21、xy ）下的坐标根据坐标平移旋转公式得出,其中：,yHZ,xHZ,T,曲线左偏 =360Z（或 = Z）;右偏 = Y 。,（1）按前述方法计算出曲线上所有点在ZH-xy坐标系下的坐标； （2）根据ZH-xy坐标系与既有坐标系之间的关系，应用坐标平移、旋转公式，将坐标转换到既有坐标系O-XY下。,2既有坐标系下曲线点坐标计算,ZH,x,y,X,Y,O,1获得控制点坐标 既有控制点：其坐标为既有坐标 。 专为测设曲线而建立的控制点：通过观测确定其坐标 。 2. 测设数据计算 按坐标反算方法计算测设数据,三、测设步骤与方法,置镜于已知点M ，后视另一已知点N定向，定向后视读数配置为MN ；旋转仪器

22、当平盘读数为MA 时，于视线方向上测设DMA ，得A点；同样方法可测出 B、C等点。,3. 测设曲线点,M,N,ZH,HY,YH,HZ,A,B,C,MN,MA dMA,MB dMB,x,y,某曲线 z=355123”, R=500m, l0=60m，既有控制点M、N坐标所在的平面直角坐标系为O-XY，在此坐标系下控制点，ZD、JD 的坐标分别为 xM =9326.422、 yM =5243.888， xN =8852.585、 yN =5342.891， xZD =8567.294、 yZD =5633.515， xJD =9338.7206、yJD =5181.9768。 置镜在M点后视N点

23、，极坐标法测设曲线，试计算DK26+278.32, DK26+400, DK26+571.225 三点的测设数据。,例5-9(P.146),该曲线缓和曲线常数及曲线综合要素为： m=29.996m, p=0.300m, T=191.86m, L=372.91m, E0=25.83m。 1.建立曲线坐标系ZH-xy并计算各点在此坐标下的坐标,解:,ZH,HY,YH,HZ,JD,Z,x,y,DK26+278.32在ZH-HY段，该点在ZH-xy坐标系下的坐标x、y 直接利用缓和曲线方程计算：,(1) DK26+278.32,曲线左转,该点在HY-YH段，在ZH-xy 坐标系下的坐标x2、y2 ：,

24、(2) DK26+400,该点在 YH-HZ段，先计算该点在HZ-x”y” 坐标系下的坐标x”、y”,(3) DK26+571.225,x” y” HZ,3 JD,x,ZH y,再计算该点在ZH-xy 坐标系下的坐标x、y,x” y” HZ,3 JD,ZH x,y, = Z = 355123 xHZ = T(1+cos ) = 347.361 yHZ = T sin = 112.383,2.计算各点在O-XY坐标系下的坐标,（1）根据JD、ZD在O-XY坐标系下的坐标，按坐标反算切线ZDJD的坐标方位角： ZD，JD =3293930 得 = ZD，JD =3293930 （2）计算ZH点在O

25、-XY坐标系下的坐标： xZH =xJD +TcosJD，ZD = 9173.140 yZH = yJD +TsinJD，ZD = 5278.896,（3）计算曲线上各点在O-XY坐标系下的坐标x、y，按下式计算：,得： x1=9207.479, y1=5258.384 x2=9302.502, y2=5182.853 x3=9399.684, y3=5042.887 (4) 计算曲线上各点的测设数据（按坐标反算公式，计算结果列于P.147表5-9。）,一、副交点的测设,交点可能落在无法测设的地方。（地物地形限制） 交点距中线较远，不便测设。 （转向角较大）,5-7曲线测设中常见问题处理方法,1、导线法,线路右偏：=B，ZD2 线路左偏：=360-B，ZD2。, 为转向角，且 = 1+2,2、副交点法,二、主点遇障碍 主点遇障碍：由于受地物、地貌的限制主点可能 落在无法测设的地方。 解决方法： 选定若干个位置适当曲线点，以不 低于主点测设的精度，用直角坐标 法或极坐标法将其测设出。,三、圆曲线两端设有不等长缓和曲线时的曲线要素计算 四、线路其它种类的形状及复曲线要素计算 P.151 五、回头曲线的测设 P.155,