緩和曲線計算方法

2022-09-25 13:30:06 字數 3080 閱讀 1832

x=l-l5÷[40(rls)2]+l9÷[3456(rls)4]-l13÷[599040(rls)6]+l17÷[175472640(rls)8]-l21÷[7.80337152×1010(rls)10]

y=l3÷[6(rls)]-l7÷[336(rls)3]+l11÷[42240(rls)5]-l15÷[9676800(rls)7]+l19÷[3530096640(rls)9]-l23÷[1.8802409472×1012(rls)11]

一、 概念

卵形曲線:是指在兩半徑不等的圓曲線間插入一段緩和曲線。也就是說:卵形曲線本身是緩和曲線的一段,只是在插入時去掉了靠近半徑無窮大方向的一段,而非是一條完整的緩和曲線。

二、 卵形曲線座標計算原理

根據已知的設計引數,求出包括卵形曲線的完整緩和曲線的相關引數和曲線要素,再按緩和曲線座標計算的方法來計算卵形曲線上任意點上的座標。

三、 座標計算

以雅攀高速公路a合同段立交區a匝道一卵形曲線為例,見圖一:已知相關資料如下表:

1、 緩和曲線(卵形曲線)引數計算

a1= √(70×50)=59.161

卵形曲線引數:

a2=(hy2-yh1) ×r1×r2÷(r2-r1)= (271.881-223.715) ×50×75÷(75-50)=7224.900

a2=√(7224.900)=84.999

a3=√(60×75)=67.082

2、 卵形曲線所在緩和曲線要素計算

卵形曲線長度lf由已知條件知:lf=hy2-yh1=271.881-223.715=48.166

卵形曲線作為緩和曲線的一段,因此先求出整條緩和曲線的長度ls,由此找出hz`點的樁號及座標(實際上不存在,只是作為卵形曲線輔助計算用)

lm=ls(yh1至hz`的弧長)=a2÷r1=7224.9÷50=144.498

∴hz`樁號=yh1+lm=223.715+144.498=368.213

le=hy2至hz`的弧長=a2÷r2=7224.9÷75=96.332

或le=lm-lf=144.498-48.166=96.332

卵形曲線長度lf=lm-le=144.498-96.332=48.166(校核)

hy2=hz`-le=368.213-96.332=271.881(校核)

以上說明計算正確

3.hz`點座標計算(見圖2)

㈠用緩和曲線切線支距公式計算,緩和曲線切線支距通式:

xn=[(-1)n+1×l4n-3]÷[(2n-2)!×22n-2×(4n-3)×(rls)2n-2]

yn=[(-1)n+1×l4n-1]÷[(2n-1)!×22n-1×(4n-1)×(rls)2n-1]

公式中符號含義:

n——項數序號(1、2、3、……n)

!——階乘

r——圓曲線半徑

ls——緩和曲線長度

㈡現取公式前6項計算(項數越多精度越高,可根據工程精度需求取項數),帶入公式後計算如下:

x=l-l5÷[40(rls)2]+l9÷[3456(rls)4]-l13÷[599040(rls)6]+l17÷[175472640(rls)8]-l21÷[7.80337152×1010(rls)10]

y=l3÷[6(rls)]-l7÷[336(rls)3]+l11÷[42240(rls)5]-l15÷[9676800(rls)7]+l19÷[3530096640(rls)9]-l23÷[1.8802409472×1012(rls)11]

公式中l為計算點至zh `或hz`的弧長

hz`:ak0+368.213的座標從yh1:ak0+223.715推算,

l=ls=hz`-yh1=368.213-223.715=144.498

將l=ls帶入公式(1)、(2)得:

x=117.1072 y=59.8839

l對應弦長c=√(x2+y2)=131.5301

偏角a1=arctg(y÷x)=27°5′0.2″

偏角計算用反正切公式,不要用其他公式。緩和曲線切線角:

a2=90×l2÷(π×k)=90×144.4982÷(π×7224.900)=82°47′28.5″

k為卵形曲線引數,本例中

k=a2=7224.900

q3=180-a1-(180-a2)

=180-27°5′0.2″-(180-82°47′28.5″)=55°42′28.3″

∴yh1″ hz`切線方位角(m″b)=205°24′33.6″+q3

=205°24′33.6″+55°42′28.3″

=261°7′1.9″

∴ hz`:ak0+368.213座標:

x=xyh1+ccos261°7′1.9″=9910.603+131.5301cos261°7′1.9″=9890.293

y=yyh1+csin261°7′1.9″=10136.791+131.5301sin261°7′1.9″=10006.838

4. hz`:ak0+368.213切線方位角(d″b)計算

d″b方位角:=205°24′33.6″+q2

=205°24′33.6″+82°47′28.5″

=288°12′2.1″

b″d方位角:

=288°12′2.1″-180

=108°12′2.1″

5.計算卵形曲線上任意點座標(以hz`:ak0+368.213作為推算起點)

①計算hy2:ak0+271.881的座標

∵l= hz`-hy2=368.213-271.881=96.332代入公式1、2得:x=92.434 y=20.022

偏角q=arctg(y÷x)=12°13′19.61″ 對應弦長c=√(x2+y2)=94.578

座標:x=9890.293+94.578cos(108°12′2.1″-12°13′19.61″)

=9880.442

y=10006.838+94.578sin(108°12′2.1″-12°13′19.61″)

=10100.902

②與設計值比較:

△ x=x計算值-x設計值=9880.442 -9880.438=+0.004

△ y=y計算值-y設計值=10100.902 -10100.904=-0.002

同理可以計算出卵形曲線上其他任意點的座標。

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