بخشی از مقاله
چکیده
وجود قوس ها در راهسازی اجتناب ناپذیر است و تامین ایمنی قوس ها جزء مهم ترین وظایف طراحان مسیر است. لذا باید در آیین نامه به عنوان مرجع طراحی مهندسین و راه سازان به این مقوله پرداخته شود. با توجه به این که اغلب، سرعت طراحی دو مسیر در یک تقاطع برابر نیست، قوس های دایره ای ساده، جواب گوی اتصالات نخواهند بود، و عموما از قوس های دیگری نظیر قوس های چند مرکزی و قوس های پیوندی استفاده می شود. طراحی قوس های پیوندی، قبل و بعد از قوس های افقی دایره در جهت افزایش ایمنی حمل و نقل، زیبایی بزرگراه ها، فاصله دید و راحتی رانندگان در بسیاری از موارد پذیرفته شده است. در سال های اخیر، منحنی های زیادی به عنوان منحنی های اتصال جهت استفاده در طراحی راه ها و بزرگراه ها معرفی شده است. یکی از این منحنی ها، منحنی سهمی درجه 3 است. پژوهش حاضر ضمن معرفی منحنی های اتصال، خصوصیات و روابط هندسی آن ها، به معرفی سهمی درجه 3 به عنوان یکی از ساده ترین منحنی های اتصال پرداخته است.
واژگان کلیدی: قوس پیوندی، بزرگراه، سهمی درجه 3، طرح هندسی.
-1 مقدمه
راه و راهسازی در میان ایرانیان چه در دوران باستان و چه دوره های پس از آن همواره یک ضرورت اجتناب ناپذیر تلقی شده است. بر همین اساس باید علل گرایش ایرانیان را به راهسازی و به تبع آن توسعه و افزایش مهارت آنها در این بخش تا اندازه زیادی ناشی از شرایط و ویژگی های حاکم بر سرزمین ایران دانست - منجم, . - 1379پرداختن به طرح هندسی عناصر تشکیل دهنده شبکه ترافیکی که در بهبود مدیریت حمل و نقل تاثیر بسزایی دارد ضروری است، جزئیات طرح هندسی یک مسیر شامل: پلان وضعیت، قوس افقی - پیچ - ، قوس اتصال تدریجی، قوس قائم - خم - ، شیب طولی، فاصله دید و توقف ایمن، تقاطعات و تبادلات و ... مهمترین بخشهای موثر بر طرح هندسی مسیر هستند هستند . - O'Mahony, 2008 -
قوس های افقی برای اتصال دو قسمت مستقیم از مولفه افقی یک مسیر استفاده می شوند و به این دلیل که عمل انتقال وسیله نقلیه از یک امتداد به امتداد دیگر باید به تدریج صورت گیرد. ساده ترین آنها قوس دایره ای ساده می باشد که دو قسمت از یک مسیر افقی را به هم وصل می کند و نوع دیگر، قوس اتصال است که شعاع انحنای آن از بی نهایت - در قسمت مستقیم جاده - شروع و به R - در قسمت قوس دایره ای - ختم می شود. قوس های اتصال در آغاز و پایان قوس دایره ای استفاده می شوند و در حقیقت حد فاصل قسمت مستقیم و قسمت دایره ای جاده اند - بهبهانی سلیمانی, . - 1387 وجود قوس ها در راهسازی اجتناب ناپذیر است و تامین ایمنی قوس ها جزء مهم ترین وظایف طراحان مسیر است.
لذا باید در آیین نامه به عنوان مرجع طراحی مهندسین و راه سازان به این مقوله پرداخته شود. با توجه به این که اغلب، سرعت طراحی دو مسیر در یک تقاطع برابر نیست، قوس های دایره ای ساده، جواب گوی اتصالات نخواهند بود، و عموما از قوس های دیگری نظیر قوس های چند مرکزی و کلوتوئیدی استفاده می شود. به طور کلی هدف از اجرای قوس کلوتوئیدی، افزایش تدریجی انحناء و بالطبع افزایش تدریجی نیروی گریز از مرکز می باشد، که در صورت عدم تعبیه این قوس نیروی گریز از مرکز یکباره بر وسیله نقلیه وارد شده و ایمنی نواحی ورودی و خروجی قوس را تحت الشعاع قرار می دهد - نریمانی, . - 1389
طراحی قوس های کلوتوئیدی قبل و بعد از قوس های افقی دایره در جهت افزایش ایمنی حمل و نقل، زیبایی بزرگراه ها، فاصله دید و راحتی رانندگان در بسیاری از موارد پذیرفته شده است. با وجود این، کلیه منحنی هایی که بنا به ضرورت می توان به عنوان قوس پیوندی در طراحی راه مد نظر قرار داد از جمله لمینسکات، سهمی درجه 3 و ... همواره مورد تاکید بوده است - بهبهانی سلیمانی, . - 1387همان طور که قبلا اشاره شد، تا حدود سال 1945 مسیر راه عبارت بود از خطوط مستقیم شکسته و قوس های دایره ای مماس به این خطوط. در سال های قبل از 1940 این مسئله مورد توجه قرار گرفت که میزان دور، با توجه به فرمول ، برای مسیر مستقیم - - برابر صفر و در قوس به شعاع R برابر میزان معین e می باشد.
بنابراین، عملا تنظیم سطح جاده در محل تماس قسمت مستقیم با دایره به علت پلکانی شدن آن، مواجه با اشکال خواهد بود. لذا، فکر ایجادیک منطقه ی برزخ1 بین قوس دایره و قسمت مستقیم مسیر قوت گرفت. بدین ترتیب در آن سال ها دور را در طول منطقه ی برزخ از صفر تا میزان e به تدریج اعمال می نمودند، به نحوی که در شروع قوس دایره میزان دور ثابت نگه داشته می شد و سپس از انتهای قوس دایره در منطقه برزخ دیگری، که قرینه منطقه برزخ اولی بود، میزان دور به تدریج از e به صفر تقلیل داده می شد. تا سال 1945آیین نامه فرانسه بیان می نمود که این منطقه برزخ می بایست تماما در روی قسمت مستقیم به وجود آید - در ایران نیز تا حدود سال 1340 شمسی کم و بیش به همین طریق عمل می شد - .
این عمل غیر منطقی است، چون در قسمت مستقیم که می بایست جاده فاقد شیب عرضی باشد، شیب عرضی نامطلوب ایجاد شده و این مساله به جهت ایجاد عدم تعادل عرضی برای وسایل نقلیه خطرناک خواهد بود - شاهی, . - 1368با نگرش بر رابطه نتیجه گیری می شود که دور با شعاع انحناء رابطه ی عکس و با مقدار انحنای قوس رابطه مستقیم دارد. بنابراین هرچه میزان انحناء بیشتر باشد، میزان دور نیز بیشتر خواهد شد. با توجه به این خاصیت بود که در سال های بعد از 1940 فکر استفاده از منحنی های با انحنای تدریجی - جهت اعمال دور تدریجی از 0 تا - e به جای قسمت برزخ در مسیر مستقیم قوت گرفت.بدین ترتیب می بایست منحنی و یا منحنی هایی را به کار برد که انحنای آن ها در نقطه تماس خط مستقیم برابر صفر - - بوده و میزان انحناء در طول این منحنی ها به تدریج افزایش یابد، به نحوی که در نقطه تماس با قوس دایره، به شعاع R، اندازه انحناء به بالغ گردد.
این منحنی ها، منحنی با انحنای تدریجی1 و یا قوس اتصال نامیده می شوند . - 3 - پس از طراحی قوس ساده دایره ای، برای افزایش کیفی راه، دو قوس اتصال نیز به قوس ساده افزوده می گردد. این دو قوس اتصال در دو سمت قوس ساده قرار می گیرند - کلاهدوز, . - 1392قوس پیوندی یا منحنی اتصال می تواند: کلوتوئید، سهمی درجه سه، چهار2 ، لمینسکات، و کلوتوئید یاشد. در راهسازی قوسکلوتوئید کاربرد بیشتری دارد . - Walton, 2004 Meek - همانگونه که در شکل - 1 - دیده می شود، دو قوس پیوندی به طولدر دو طرف قوس ساده قرار می گیرند. برای پیوستگی
مسیر، قوس ساده یه سمت مرکز قوس جابجا گشته - به اندازه - S و سپس درازای آن کاهش می یابد که در پایان یک قوس سه تکه خواهیم داشت. افزودن قوس پیوندی با سه انگیزه - سه شرط - زیر انجام می گیرد:
.1 افزایش آرام نیروی گریز از مرکز - از صفر در تا اندازه در - Sc بگونه ای که آسایش و رفاه سرنشینان خودرو فراهم گردد.
.2 فراهم نمودن امکان اجرای بربلندی
.3 دید بهتر راننده هنگام پیمایش قوس - منجم, - 1379
-2 مهم ترین انواع قوس های پیوندی
خواص گفته شده برای قوس پیوندی در قسمتی از برخی منحنی ها موجود است که مهم ترین آنها عبارتند از:
