The Maximum Longitudinal Slope and Its Length of Mountain-expressway under the Condition of Vehicle′s Driving Down
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摘要: 山区高速公路建设中, 路线最大纵坡与工程量、工程造价的矛盾十分突出, 若严格执行标准会出现大量高填、深挖路基、长大桥梁及隧道。从车辆动力学角度对山区高速公路车辆下行的最大纵坡和坡长进行了分析, 提出了下行理想最大纵坡、一般最大纵坡、极限最大纵坡和坡长限制分析值, 供公路设计人员及标准修订时参考。Abstract: In the construction of expressway in mountain area, the contradiction of the maximum longitudinal slope with engineering's volume and cost is very prominent. If the construction standard was executed strictly, the engineering volume of high fill and deep excavation will be very big, many long span bridges and tunnels must be constructed from the point of vehicle dynamics, and the maximum longitudinal slope and its length of mountain expressway under the condition of vehicle's driving down are analyzed. The concepts of ideal maximum longitudinal slope, general maximum longitudinal slope and the limitation maximum longitudinal slope are put forward. And their length is determined to provide a reference for highway designer.
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表 1 已通车高速公路的车型比例
车型 路段名称 西安至潼关高速公路 西安至铜川一级公路 西安至宝鸡高速公路 平均值 车型占客、货车合计的百分比/% 小客车 38.6 40.9 58.30 46.00 大客车 10.3 6.9 2.50 6.67 小货车 6.8 10.4 12.50 9.67 中货车 36.3 33.6 23.74 31.33 大货车 5.4 4.8 2.20 4.00 拖挂车 2.7 3.4 0.80 2.33 
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表 2 车辆的主要技术性能参数
车型 桑塔纳SATANA 解放CA141 产地 上海大众汽车有限公司 第一汽车制造厂 G/N 13158 78480 nN/r·min-1 5600 3500 Cfx 0.380 0.852 Cfz 0.260 0.200 A/m2 1.898 4.311 r/m 0.287 0.481 i0 4.111 6.390 ηk 0.90 0.82 CfxA/21.14 3.4125E-02 1.7375E-01 CfzA/21.14 2.3348E-02 4.0785E-02 f 0.01 0.01
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表 3 理想最大纵坡及不限长度最大纵坡的车速
计算行车速度/km·h-1 120 100 80 60 理想行车速度/km·h-1 100 (80) 80 75 55 容许行车速度/km·h-1 60 55 50 40 注: 表中数据带括号者, 括号外的数据适用于小客车, 括号内的数据适用于载重汽车。
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表 4 车辆下行理想最大纵坡分析
车型 桑塔纳 CA141 桑塔纳 CA141 车型 桑塔纳 CA141 桑塔纳 CA141 满载 实载率75% 满载 实载率75% 小客车: V=100km/h, 载重汽车: V=80 km/h H=0 三档 0.092 0.102 0.099 0.117 V=75 km/h 0.073 0.097 0.079 0.112 四档 0.069 0.062 0.074 0.070 0.054 0.059 0.058 0.067 五档 — 0.044 — 0.049 — 0.042 — 0.047 H=1000 三档 0.088 0.101 0.095 0.115 0.071 0.096 0.077 0.110 四档 0.065 0.060 0.070 0.068 0.052 0.057 0.056 0.065 五档 — 0.042 — 0.047 — 0.040 — 0.045 H=2000 三档 0.086 0.099 0.093 0.114 0.070 0.095 0.075 0.109 四档 0.063 0.059 0.068 0.067 0.051 0.057 0.054 0.064 五档 — 0.041 — 0.046 — 0.039 — 0.044 H=3000 三档 0.084 0.098 0.090 0.113 0.069 0.094 0.074 0.108 四档 0.061 0.058 0.065 0.066 0.050 0.056 0.053 0.063 五档 — 0.040 — 0.045 — 0.038 — 0.043 V=80 km/h H=0 三档 0.076 0.102 0.082 0.117 V=55 km/h 0.060 0.079 0.065 0.090 四档 0.057 0.062 0.061 0.070 0.044 0.048 0.047 0.055 五档 — 0.044 — 0.049 — 0.034 — 0.038 H=1000 三档 0.074 0.101 0.080 0.115 0.059 0.078 0.064 0.089 四档 0.054 0.060 0.058 0.068 0.043 0.048 0.046 0.054 五档 — 0.042 — 0.047 — 0.033 — 0.037 H=2000 三档 0.073 0.099 0.079 0.114 0.059 0.078 0.063 0.089 四档 0.053 0.059 0.057 0.067 0.043 0.047 0.046 0.053 五档 — 0.041 — 0.046 — 0.033 — 0.036 H=3000 三档 0.071 0.098 0.077 0.113 0.058 0.077 0.062 0.088 四档 0.052 0.058 0.055 0.066 0.042 0.047 0.045 0.052 五档 — 0.040 — 0.045 — 0.032 — 0.036
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表 5 高速公路下行的理想最大纵坡
纵坡/% 计算行车速度/km·h-1 120 100 80 60 实载率100% 小客车 6.3 5.3 5.1 5.9 载重汽车 4.1 4.1 3.9 4.7 实载率75% 小客车 6.8 5.7 5.4 9.6 载重汽车 4.6 4.6 4.4 5.3
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表 6 高速公路下行的最大纵坡
计算行车速度/km·h-1 120 100 80 60 理想最大纵坡/% 4 4 4 4 一般最大纵坡/% 5 5 5 6 极限最大纵坡/% 6 6 7 7
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表 7 车辆下行坡长限制分析
车型 小客车 载重汽车 实载率/% 100 75 100 75 纵坡度/% 5 6 7 5 6 7 5 6 7 5 6 7 小客车V=100~120 km/h, 载重汽车V=72~90 km/h时, 下行车辆的坡长限制 H=0 三档 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 四档 不限 不限 13668 不限 不限 不限 不限 4271 934 不限 不限 2361 五档 — — — — — — 1209 596 395 2453 798 476 H=1000 三档 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 四档 不限 不限 3937 不限 不限 不限 不限 2888 845 不限 不限 1810 五档 — — — — — — 1063 558 378 1854 722 448 H=2000 三档 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 四档 不限 不限 2732 不限 不限 9125 不限 2406 798 不限 不限 1581 五档 — — — — — — 988 537 368 1611 682 432 H=3000 三档 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 四档 不限 不限 2029 不限 不限 4081 不限 2023 751 不限 不限 1383 五档 — — — — — — 916 514 358 1402 641 416 小客车V=80~100 km/h、载重汽车V=72~90 km/h时, 下行车辆的坡长限制 H=0 三档 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 四档 不限 4378 1128 不限 不限 1658 不限 4271 934 不限 不限 2361 五档 — — — — — — 1209 596 395 2453 798 476 H=1000 三档 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 四档 不限 2710 973 不限 9263 1326 不限 2889 846 不限 不限 1810 五档 — — — — — — 1063 558 378 1855 722 448 H=2000 三档 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 四档 不限 2193 896 不限 4977 1180 不限 2407 799 不限 不限 1582 五档 — — — — — — 989 537 368 1612 682 433 H=3000 三档 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 四档 不限 1803 823 不限 3266 1049 不限 2025 752 不限 不限 1384 五档 — — — — — — 917 515 358 1403 642 416 小客车V=75~80 km/h, 载重汽车V=50~80 km/h时, 下行车辆的坡长限制 H=0 三档 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 四档 不限 530 202 不限 1457 271 3917 1135 663 不限 1957 886 五档 — — — — — — 894 569 418 1133 660 465 H=1000 三档 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 四档 不限 406 181 不限 770 232 3383 1085 646 不限 1794 851 五档 — — — — — — 863 557 411 1076 640 455 H=2000 三档 不限 不限 53539 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 四档 不限 355 170 不限 596 213 3120 1056 636 不限 1706 830 五档 — — — — — — 844 549 407 1043 628 449 H=3000 三档 不限 不限 2423 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 不限 四档 6752 311 159 不限 474 195 2867 1026 625 不限 1617 809 五档 — — — — — — 824 540 402 1008 615 443 小客车V=55~60 km/h、载重汽车V=40~60 km/h时, 下行车辆的坡长限制 H=0 三档 不限 不限 257 不限 不限 489 不限 不限 2251 不限 不限 不限 四档 427 154 94 934 195 109 954 441 286 2360 614 353 五档 — — — — — — 393 264 199 466 296 217 H=1000 三档 不限 3786 233 不限 不限 404 不限 不限 2030 不限 不限 不限 四档 363 145 90 661 179 104 910 431 282 2077 593 346 五档 — — — — — — 385 260 197 454 291 214 H=2000 三档 不限 1942 220 不限 不限 364 不限 不限 1914 不限 不限 不限 四档 332 140 88 560 171 101 885 425 280 1933 580 341 五档 — — — — — — 380 258 195 446 288 212 H=3000 三档 不限 1252 207 不限 不限 328 不限 不限 1797 不限 不限 不限 四档 303 134 86 477 162 98 859 419 277 1793 567 337 五档 — — — — — — 375 256 194 438 284 210
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表 8 高速公路下行的坡长限制/m
纵坡/% 计算行车速度/km·h-1 120 100 80 60 实载率100% 小客车 5 不限 不限 不限 332 6 不限 2193 355 140 7 2732 896 170 88 载重汽车 5 988 988 844 885 6 537 537 549 425 7 368 368 407 280 实载率75% 小客车 5 不限 不限 不限 560 6 不限 4977 596 171 7 9125 1180 213 101 载重汽车 5 1611 1611 1043 1933 6 682 682 628 580 7 432 433 449 341
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表 9 车辆下行的坡长限制长度/m
计算行车速度/km·h-1 120 100 80 60 纵坡/% 5 1600 1600 1100 1900 6 700 700 700 600 7 500 400
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[1] M·米奇克, 桑杰.汽车动力学[M].北京: 机械工业出版社, 1980. [2] 戴冠军. 最新汽车维修手册(上、下册)[M]. 北京: 宇航出版社, 1995. [3] 张雨化. 道路勘测设计[M]. 北京: 人民交通出版社, 1997. [4] JTJ 001-97, 公路工程技术标准[S]. [5] JTJ 011-94, 公路路线设计规范[S]. [6] 杨少伟. 坡道上变速车道长度的修正[J]. 重庆交通学院学报, 1997, (3). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CQJT702.011.htm -
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