高速环道横断面线形优化设计方法研究开题报告

全文总字数：1670字

1. 研究目的与意义

研究目的：高速环道作为汽车试验场的主体设施，一般采用特殊的几何设计方法在相当有限的场地上，为车辆试验进行连续高速行驶试验提供有效、安全和比较舒适的运行条件。其平曲线半径、横向超高等技术指标要求都远远突破了高速公路几何设计技术标准的限制。

高速环道横断面线形设计与普通公路相比既有很多相似点，但也有着较大的区别。现有的横断面线形设计在设计计算方法上存在着局限和不足，主要体现在设计时多采用车道水平宽度进行计算，当道路横坡较小时（低速车道），车道水平宽度可近似等同于车道实际宽度，但当道路横坡较大时（高速车道），车道实际宽度可达到水平宽度的1.2~1.5倍，路基高度将有所增加，使得路基土方量及车辆能耗也明显增加。此外，当采用水泥混凝土路面时，传统设计方法也会产生大量的异形混凝土板块，增加施工难度。

因此，改进高速环道横断面设计计算方法不仅关系到高速环道的运行安全、使用效率等，更对工程造价、施工方案、后期维护等方面有着深远影响。

2. 国内外研究现状分析

国内对高速环道横断面线形优化的研究多使用弧长定义车道宽度，利用弧微分求解高速环道横断面线形。在优化过程中，存在以下不足：

（1）通过弧微分迭代计算仅能对高速环道横断面进行单车道优化，无法得出多车道横断面的线形方程通解；

（2）使用弧长定义车道宽度，适用性不足，无法体现驾驶人的实际驾驶感受。

3. 研究的基本内容与计划

一、研究内容

由于高速环道上车道横坡度较大，按水平投影宽度设计时，车道实际宽度大于设计宽度。针对此问题，拟研究一种算法，以设计弦长作为车道实际宽度，为准确计算给定各车道实际宽度时的横断面线形，通过采用高斯消元法，结合区间二分法，计算同时满足多车道实际宽度的横断面线形最优解。

二、研究计划

4. 研究创新点

（1）本研究通过建立约束方程，引入高斯消元法，进行横断面线形迭代计算，突破传统算法只能计算单一断面的局限性。

（2）本研究使用弦长替代水平宽度和弦长，利用区间二分法反复迭代，确定横断面的最终线形。

（3）本研究利用算法的引入，解决了传统设计方法造成的缓和曲线上异形断面混凝土板划分的问题，实现了混凝土板尺寸的一致性。