Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 1 1 B B À À I Gi I Gi Ả Ả NG MÔN NG MÔN H H Ọ Ọ C: C: K K Ỹ Ỹ THU THU Ậ Ậ T T H H Ạ Ạ T T Ầ Ầ NG GIAO THÔNG NG GIAO THÔNG (Transportation Engineering) (Transportation Engineering) PHẠM ĐỨC THANH Bộ môn Kỹ thuậtHạ tầng và PTNT PH PH Ầ Ầ N N 3 3 THI THI Ế Ế T K T K Ế Ế ĐƯ ĐƯ Ờ Ờ NG Ô TÔ V NG Ô TÔ V À À C C Á Á C CÔNG TRÌNH TRÊN ĐƯ C CÔNG TRÌNH TRÊN ĐƯ Ờ Ờ NG NG 6/2013 2/25 CẤU TRÚC PHẦN 3 4. Trắc ngang (Cross sections) 2. Bình đồ (Horizontal Alignment) 1. Đặc điểm của ô tô trên đường (Characteristics of cars on the road) 5. Nền đường và mặt đường (Subgrade and Pavement) 6. Thoát nước trên đường ô tô (Drainage of road) 7. Cầu (Bridge) 8. Nút giao thông (intersection & interchange) 3. Trắc dọc (Vertical Alignment) Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 1 2 3/25 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN 3 4/25 H HARMONY.LTD HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM NOVA-TDN Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 1 3 5/25 CHƯƠNG 1. ĐẶC ĐIỂM CỦA ÔTÔ TRÊN ĐƯỜNG 1.1. Các lực tác động lên ô tô trong quá trình chuyển động 1.1.1. Các lực tác dụng lên ôtô trong quá trình chuyển động. Khi ôtô chạy trên đường, các lực tác dụng lên nó bao gồm : Pk : lực kéo do động cơ sinh ra, Pw : lực cản của không khí, Pf : lực cản lăn, Pi : lực cản lên dốc, Pj : lực quán tính. P w P j P f P κ α P i i % 6/25 Lực kéo được tính theo công thức sau : ][, kG r iiM r M P k ko k k K η == io: tỷ số truyền động cơ bản, nó phụ thuộc vào loại xe, tỷ số này không đổi ik: tỷ số truyền động trong hộp số, thay đổi theo số cài của xe; rk : bán kính của bánh xe chủ động có xét đến biến dạng của lốp. rk phụ thuộc vào áp lực hơi trong bánh xe, cấu tạo của lốp và tải trọng trên bánh xe, trạng thái mặt đường, thường lấy 0,93 ÷ 0,96 bán kính chưa biến dạng. η : hệ số hiệu dụng của cơ cấu truyền động. η = 0,8 ÷ 0,85 (đối với xe tải) η = 0,85 ÷ 0,9 (đối với xe con, xe du lịch) a. Lực kéo Pk Lực kéo t/dụng lên bánh xe chủ động M: Mô men quay của động cơ (kGm) Mk: Mô men quay của bánh xe chủ động (kGm) Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 1 4 7/25 1.1.1. Các lực tác dụng lên ôtô trong quá trình chuyển động b. Lực cản lăn Pf Khi xe chạy, tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường xuất hiện lực cản lăn. Lực này tác dụng ngược chiều chuyển động và tỉ lệ thuận với trọng lượng tác dụng lên bánh xe: ][,. kGGfP f = G: tải trọng tác dụng lên bánh xe (kG) f: hệ số cản lăn giữa bánh xe và mặt đường. Hệ số cản lăn phụ thuộc vào loại mặt đường, tình trạng mặt đường, loại lốp xe, độ cứng của lốp. Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào vận tốc xe chạy. Với mặt đường BTXM, BT nhựa: f = 0.01 -:- 0.02 Với mặt đường đất : f = 0.07 -:- 0.15 8/25 c. Lực cản không khí ][, 2 kGvFKP w = K: hệ số cản không khí, phụ thuộc vào mật độ không khí, và chủ yếu phụ thuộc vào hình dạng của xe. Các loại xe có tốc độ cao phải có nghiên cứu khí động học để giảm lực này. Hệ số K của xe tải: 0.06-:-0.07, xe buýt: 0.04-:-0.06, xe con: 0.025-:-0.035; F: diện tích cản không khí, là diện tích hình chiếu của ôtô lên mặt phẳng vuông góc hướng chuyển động của xe. v : vận tốc tương đối của xe, tức là phải kể cả tốc độ của gió. Trong điều kiện bình thường, coi vận tốc của gió bằng không, v là tốc độ của ôtô (m/s) Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 1 5 9/25 1.1.1. Các lực tác dụng lên ôtô trong quá trình chuyển động d. Lực cản leo dốc Lực cản leo dốc sinh ra khi xe phải khắc phục một cao độ. ][,sin. kGGP i α ±= Vì α nhỏ nên: sinα = tangα = i =============> ][,. kGiGP i ± = Với i là độ dốc dọc đường, i = h/l Khi nào là dấu “+”? Khi nào là dấu “-”? 10/25 1.1.1. Các lực tác dụng lên ôtô trong quá trình chuyển động e. Lực cản quán tính Công thức xác định lực quán tính: G: trọng lượng của xe g: gia tốc trọng trường (g = 9.81 m/s2) dv/dt : gia tốc δ: hệ số kể đến chuyển động quay của các bộ phận đó(δ=1.03 -1.07). δ dt dv g G P j .±= Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 1 6 11/25 1.1.2. Nhân tố động lực và biểu đồ nhân tố động lực Sức kéo sinh ra để khắc phục tất cả các sức cản. Tự sự phân tích ở trên ta có biểu thức: Đặt : Gọi D là nhân tố động lực. Về mặt cơ học, nhân tố động lực học có ý nghĩa là sức kéo trên một đơn vị trọng lượng của xe. Nhân tố động lực từng loại xe phụ thuộc vào số vòng quay của động cơ. Qua các tỷ số truyền động, tính được các trị số của D phụ thuộc vào vận tốc V ứng với từng chuyển số. Quan hệ này được thể hiện bằng biểu đồ nhân tố động lực. δ dt dv g G iGfGPPPPPP wkjifwk ±±=−⇒±±+= dtg dv if G PP wk . . δ ±±= − ⇒ G PP D wk − = dtg dv ifD . . δ ±±=⇒ 12/25 1.2 Lực bám của bánh xe với mặt đường và chiều dài hãm xe 1.2.1. Lực bám của bánh xe với mặt đường (1/4) Lực tác dụng lên bánh chủ động Lực tác dụng lên bánh xe bị động Hình 2.5. Các lực tác dụng lên bánh xe. -Các lực tác dụng lên bánh xe chủ động: + Mô men qua M k sinh ra lực kéo Pk + Lực bám T theo phương ngang. + Trọng lượng G theo phương đứng + Phản lực R theo phương thẳng đứng nhưng lệch tâm một đoạn là a (do quá trình chuyển động bánh xe bị biến dạng và xô về p hía trư ớ c ) . -Các lực tác dụng lên bánh xe bị động: + Lực đẩy P do khung xe truyền xuống + Lực bám T tạo với P một ngẫu lực và gây quay + Trọng lực G + Phản lực R như bánh chủ động. Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 1 7 13/25 1.2.1. Lực bám của bánh xe với mặt đường (2/4) -Lực bám T là một lực bị động, khi Pk xuất hiện thì T mới xuất hiện; - Pk càng lớn thì T cũng càng lớn; - Nhưng T chỉ tăng được đến một giá trị Tmax nào đómàthôi (gọi là lực bám lớn nhất), lúc đócứ tăng Pk lên thì bánh xe sẽ bị quay tại chỗ, và xe không thể chuyển động được. Bằng thực nghiệm người ta tính được lực bám lớn nhất giữa bánh xe với mặt đường theo công thức sau: Gk: là trọng lượng tác dụng lên bánh xe chủ động. Với xe con: Gk = (0,5÷0,55)G; Với xe tải : Gk = (0,65÷0,7)G. Trong đó, ϕ là hệ số bám của bánh xe đối với mặt đường. kGGT k ][,. max ϕ = 14/25 1.2.1. Lực bám của bánh xe với mặt đường (3/4) 1. Hệ số bám ϕ phụ thuộc vào độ mài mòn của lốp xe và đặc biệt là phụ thuộc vào tình trạng mặt đường và độ nhám của lớp mặt. 2. Khuyến khích sử dụng loại mặt đường có độ bằng phẳng cao, vật liệu lớp mặt cứng, đồng đều, ít mòn để tăng độ bám của mặt đường. 3. Tình trạng của mặt đường phải tốt, nếu mặt đường ẩm ướt thì lực bám giảm đi rất nhiều, bánh xe dễ bị trơn trượt. 4. Trong điều kiện lốp xe trung bình, vận tốc chạy xe trung bình thì có thể tham khảo các giá trị của ϕ như sau: 0,7 0,5 0,3 Rất thuận lợi Bình thường Không thuận lợi Khô sạch Khô sạch Ẩm và bẩn Hệ số bám dínhĐiều kiện xe chạyTình trạng mặt đường -Ý nghĩa của hệ số bám ϕ Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 1 8 15/25 1.2.1. Lực bám của bánh xe với mặt đường (4/4) -Ý nghĩa của hệ số bám ϕ 5. Khi tốc độ xe chạy cao, hệ số bám giảm đi. Vì vậy đối với đường cao tốc, việc cấu tạo lớp mặt đủ nhám là rất quan trọng. 6. Điều kiện chuyển động của ôtô về mặt lực bám là: Lực kéo phải cân bằng với lực cản G PG G PT G PP D wkwwk − = − < − = . max ϕ kk GTP . max ϕ = < Từ công thức nhân tố động lực ta có: Mặt khác: dtg dv ifD . . δ ±±= Tổng hợp cả 2 điều kiện ta có điều kiện chung về chuyển động của ô tô là: G PG D dtg dv if wk − <=±± . . . ϕ δ Lực kéo phải nhỏ hơn lực bám 16/25 1.2.2 Chiều dài hãm xe (1/3) Rất nhiều tính huống trên đường đòi hỏi người lái xe phải hãm phanh để giảm tốc độ hay dừng lại nhằm sử lý kịp thời tránh gây tai nạn giao thông. Lực hãm phanh Ph chỉ có tác dụng khi có đủ sức bám giữa lốp xe với mặt đường, nếu không thì xe vẫn trượt trên mặt đường mặc dù bánh xe không quay nữa. Vì vậy lực hãm có ích lớn nhất chỉ có thể bằng lực bám lớn nhất, nghĩa là: Trong đó: ϕ: hệ số bám (hệ số ma sát) G: trọng lượng toàn bộ xe ô tô vì các xe hiện đại đều bố trí phanh trên tất cả các trục. GTP h . max ϕ = = Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 1 9 17/25 1.2.2 Chiều dài hãm xe (2/3) ( ) iGGiGPTP ih ± = ± =+= ϕ ϕ max Xét trường hợp xe đang chạy với vận tốc v1, muốn hãm phanh để chạy với tốc độ v2 thì theo nguyên lý bảo toàn cơ năng ta có: () g Gvv GiSPS hhh . 2 2 2 2 1 − =±= ϕ Từ đótính được: )( )(2 )( 2 2 2 1 m ig vv kS h ± − = ϕ (v: m/s) )m( )i(254 )VV( kS 2 2 2 1 h ±ϕ − = (V: km/h) Khi nào là dấu “+”? Khi nào là dấu “-”? Lúc này tất cả các lực cản đều tham gia vào quá trình hãm xe. Lực cản không khí không đáng kể vì xe chạy chậm lại, còn lực cản lăn thì nhỏ so với lực hãm và về bản chất cũng là lực ma sát. Đáng kể là dốc dọc, khi trị số dốc dọc lớn hơn 4%, chiều dài hãm phanh tăng giảm đáng kể. 18/25 1.2.2 Chiều dài hãm xe (3/3) Trong đó, k là hệ số sử dụng phanh. Hệ số này phải xét đến phanh cần có thời gian mới có tác dụng hoàn toàn và phần lớn các trường hợp người ta không phanh hết cỡ phanh. Hệ số này nên lấy k =1,2, với xe tải k = 1,3 -:- 1,4, trung bình nên dùng k = 1,2 Khi hãm xe hoàn toàn, V2 = 0, ta có: )( )(2 2 m ig v kS h ± = ϕ (v: m/s) )( )(254 2 m i V kS h ± = ϕ (V: km/h) Trong đó, k là hệ số sử dụng phanh. Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 1 10 19/25 Ta có 4 loại sơ đồ tầm nhìn tương ứng với 4 tình huống sau: 1. Xe cần hãm trước một chướng ngại vật tĩnh nằm trên mặt đường. 2. Hai xe chạy ngược chiều (cùng trên một làn) kịp hãm lại không đâm vào nhau. 3. Hai xe chạy ngược chiều trên cùng một làn tránh nhau và không giảm tốc độ. 4. Hai xe chạy cùng chiều có thể vượt nhau Trong phạm vi của môn học chỉ xét 2 loại tầm nhìn ứng với 2 sơ đồ 1 và sơ đồ 2: 1.3 Tầm nhìn xe chạy (Signt Distance) Sơ đồ 4 loại tầm nhìn 20/25 1.3.1 Sơ đồ 1: Sơ đồ tầm nhìn một chiều (1/2) Người lái xe phải nhìn thấy phía trước một khoảng cách an toàn để kịp thời dừng xe khi gặp phải chướng ngại vật cố định. lpư : là quãng đường xe đi được trong thời gian phản ứng tâm lý, thời gian này thường lấy là 1s Sh : là quãng đường xe đi được khi phanh tác dụng. lo: là k/cách an toàn trước chướng ngại vật, thường lấy = 5m-:-10m Sơ đồ tầm nhìn một chiều Tầm nhìn một chiều dùng để kiểm tra trong bất kỳ tình huống nào của đường. + Mắt của người lái xe đặt ở chiều cao 1,20 m so với mặt đường và chướng ngại vật có chiều cao quy định là 0,15m. [...]... vng chc 4 Khụng nờn nh tuyn qua khu t ai c bit quớ, t ai ca vựng kinh t c bit, c gng ớt lm nh hng n quyn li ca nhng ngi s dng t 5 Khi tuyn giao nhau vi ng st hoc i song song vi ng st cn phi tuõn theo quy trỡnh ca B GTVT v quan h gia ng ụtụ v ng st (v trớ giao phi ngoi phm vi ga, ng dn tu, ca hm ng st, ghi c hng, cỏc ct tớn hiu vo ga, gúc giao 450 ) K thut H tng Giao thụng - Phn 3 - Chng 2 2 2.2... thỡ cn chỳ ý n quy mụ v c tớnh ca giao thụng trờn ng, lu lng xe khu vc hay xe quỏ cnh chim u th, s dõn v ý ngha v chớnh tr, kinh t, vn hoỏ, xó hi ca ng quyt nh hng tuyn hp lý nht 7 Khi qua vựng ng bng cn vch tuyn thng, ngn nht, tuy nhiờn trỏnh nhng on thng quỏ di (> 3km) cú th thay bng cỏc ng cong cú bỏn kớnh R1000m, trỏnh dựng gúc chuyn hng nh 8 Khi ng qua vựng i nờn dựng cỏc ng cong cú bỏn kớnh ln... ng) (V + 20) 2 (m) ; V(km/h) 127( à + isc max 2%) (à = 0,15) RKSC = V2 127( à in ) K thut H tng Giao thụng - Phn 3 - Chng 2 (m) ; V(km/h) (à = 0,08) 12 2.6 Bỏn kớnh ng cong nm (Horizontal Curves) (2/2) 25/43 Chỳ ý: + Ch trong trng hp khú khn mi vn dng bỏn kớnh ng cong nm ti thiu gii hn + Khuyn khớch dựng bỏn kớnh ti thiu thụng thng tr lờn v luụn tn dng a hỡnh m bo cht lng chy xe tt nht 2.7 ng cong... 1,5m v cao cỏch mt ng 1,0m (tng ng vi trng hp xe con) K thut H tng Giao thụng - Phn 3 - Chng 2 15 2.8.1 Phng phỏp gii 31/43 - Theo ng qu o xe chy, 1' 4 3 2' z -nh im u v im cui ca nhng dõy cung cú chiu di bng chiu di tm nhỡn S - V ng cong bao nhng dõy cung ny ta cú ng gii hn nhỡn 3' 2 1 1, 5m Đờng giới hạn tầm nhìn Quỹ đạo xe chạy 4' - Trong phm vi ca ng bao ny tt c cỏc chng ngi vt u phi c phỏ b... on thng ny v ng thng tip xỳc vi ng trũn trờn ta s cú ng gii hn nhỡn z - Xỏc nh khong cỏch (z) cn m bo tm nhỡn ti im chớnh gia ng cong S 1, 5 K m Đờng giới hạn tầm nhìn Quỹ đạo xe chạy Xỏc nh ng gii hn nhỡn theo phng phỏp gii tớch K thut H tng Giao thụng - Phn 3 - Chng 2 16 2.8.2 Phng phỏp gii tớch (2/4) 33/43 Xỏc nh khong cỏch cn m bo tm nhỡn z, cú hai TH: TH1: Khi chiu di ng cong K nh hn c ly tm... R1(1-cos/2) 0 Quỹ đạo xe chạy EH = AF = AM.sin/2 = z = R(1 - cos / 2) + 1 (S K ).sin/2 2 Trng hp S > K 1 (S K ).sin/2 2 2.8.2 Phng phỏp gii tớch (3/4) 34/43 TH2: Khi chiu di ng cong K ln hn c ly tm nhỡn S (Hỡnh b) 1 = 180.S .R 1 z = R(1 - cos / 2) K b) z s 1 R1 0 Trng hp K > S R Bỏn kớnh ng cong, m; B Chiu rng mt ng, m K thut H tng Giao thụng - Phn 3 - Chng 2 17 35/45 Quỹ đạo xe chạy 2.8.2 Phng phỏp... hng v chiu di cỏnh tuyn K thut H tng Giao thụng - Phn 3 - Chng 2 1 3/45 on tuyn cong trũn cng cú hai thuc tớnh c bn, l gúc chuyn hng v bỏn kớnh ng cong trũn, hai thuc tớnh ny s quyt nh n thuc tớnh th ba ca ng cong trũn l chiu di on cong 2.2 Nhng nguyờn tc khi thit k bỡnh tuyn (1/4) 4/43 1 nh tuyn phi bỏm sỏt ng chim bay gia 2 im khng ch 2 Thit k nn ng phi m bo cho giao thụng thun li, ng thi phi tuõn... V V2 + k + k + lo 3,6 254.( + i ) 254.( i ) V V 2 S2 = + 2.k + l0 1,8 254.( 2 i 2 ) V - vn tc xe (km/h) S 2 ớt khi xy ra nhng cú th ỏp dng vi ng khụng cú gii phõn cỏch gia v dựng tớnh toỏn bỏn kớnh ng cong ng K thut H tng Giao thụng - Phn 3 - Chng 1 11 1.3.2 S 2: Tm nhỡn hai chiu 23/25 1.4 nh hng ca ng ụ tụ ti tiờu hao nhiờn liu (1/2) 24/25 Tn hao nhiờn liu khi xe chy chim mt phn quan trng trong... thut H tng Giao thụng - Phn 3 - Chng 1 12 1.4 nh hng ca ng ụ tụ ti tiờu hao nhiờn liu (2/2) Trong ú : 25/25 qe : t sut tiờu hao nhiờn liu [g/mólc.gi], thay i tu theo vũng quay ca ng c, mc bm xng N: cụng sut hiu dng do ng c ụtụ sn sinh ra khc phc sc cn ca ng [mó lc] V: vn tc xe chy, [km/h] : t trng ca nhiờn liu, [g/cm3] : h s hiu dng ca c cu truyn ng ca ụtụ Khi xe chy trong thnh ph, do iu kin giao thụng,... im ca sn nỳi trin tuyn t nh ốo xung hai phớa K thut H tng Giao thụng - Phn 3 - Chng 2 3 2.2 Nhng nguyờn tc khi thit k bỡnh tuyn (4/4) 7/43 13 Khi tuyn i qua ng t thy (thung lng, sụng sui), nờn : - Chn mt trong hai b thun vi hng chung ca tuyn, cú sn thoi n nh, khi lng cụng tỏc o p ớt - Chn tuyn i trờn mc nc l iu tra - Chn v trớ thun li khi giao ct cỏc nhỏnh sụng sui: nu l thung lng hp tuyn cú th i . Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 1 1 B B À À I Gi I Gi Ả Ả NG MÔN NG MÔN H H Ọ Ọ C: C: K K Ỹ Ỹ THU THU Ậ Ậ T T H H Ạ Ạ T T Ầ Ầ NG GIAO THÔNG NG GIAO THÔNG (Transportation. thì mới chạy được bình thường. Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 2 6 11/43 2.3 Đặc điểm khi xe chạy trong đường cong bằng (4/4) 3. Tầm nhìn: Xe chạy trên đường cong dễ bị cản trở. và đường sắt (vị trí giao phải ở ngoài phạm vi ga, đường dẫn tàu, cửa hầm đường sắt, ghi cổ họng, các cột tín hiệu vào ga, góc giao ≥ 450 ) . Kỹ thuật Hạ tầng Giao thông - Phần 3 - Chương 2 3 5/43 2.2