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1.서론

-설계속도는 기후가 양호하고 교통밀도가 낮으며 차량의 주행조건이 도로의 구조적인 조건만으로 지배되고있을 때 평균의 운전기술을 가진 운전 자가 안전하고 쾌적성을 잃지않고 주행할 수 있는 속도이다

-설계속도는 차량에 영향을 미치는 도로의 물리적 현상을 결정하여 이들을 상호관련시키기 위하여 정해진 속도이다.

-직접관련 되는 요소는 곡선반경, 편구배, 종단구배, 시거 등이며 차선폭 길어깨폭 등 횡단구성 요소도 영향을 받는다.

-설계속도는 도로기하구조 결정의 주요요소로서 도로의 중요도, 기능, 교통량, 지형 및 지역여건에 따라 결정되며 도로의 성격, 경제성, 국가 의 경제부담 능력을 감안 결정

-주행속도란 차량이 측정대상구간을 통과하는데 소요된 평균속도로서 설계속도의 약 85%정도

2. 설계속도와 주행속도

가. 설계속도

1)설계속도는 측정이 불가능한 속도

2)설계속도는 기후가 양호하고 교통밀도가 낮으며 차량의 주행조건이 도로의 구조적인 조건만으로 지배되고있을 때 평균의 운전기술을 가진 운전자가 안전,쾌적하게 주행할수 있는 속도

3)설계속도의 값 : 도로의 성격, 지역(도시,지방)에 따라 구분

구 분              고속도로     주간선도로     보조간선도로     집산도로

지방지역  산지      100               60                  50                 50

              평지      120              80                    70               60

도시지역              100              80                  60                50

4)설계구간

-설계구간이란 도로가 존재하는 지역 및 지형 상황과 계획교통량에 따라 동일한 설계기준을 적용할수 있는 구간이며 동일한 도로구분을 적용하는 구간

.설계구간 길이 : 20-30Km

.부득이한 경우 설계속도10-20Km감한구간 1-2개소 존재

.설계속도 20Km 감속시 10Km씩 점차적으로 줄임

.설계속도차가 20Km넘는 구간의 접속은 피할것

.설계구간의 변경점 : 무의식적으로 상황감지가 가능한곳(IC,터널등)

나. 주행속도

1)주행속도는 측정이 가능한 속도임

2)측정대상구간의 길이를 먼저측정하고 차량이 구간을 통과하는데 소요되는 평균주행시간을 관측한후 길이를 주행시간으로 나눈값

-평균주행속도 =n×L/∑ti

3)평균주행속도는 설계속도의 약85% 정도임

3.설계속도와 기하구조와의 상관성

가.평면선형

1)평면선형의 곡선반경과 이론적배경

①횡방향 미끄럼이 일어나지않는 조건

Z=원심력(GV²/gR)

i=편구배

G=차량무게

f=횡방향 마찰계수

V=설계속도

-유도식

Zcosα-Gsinα=f(Zsinα+Gcosα) 양변을 cosα로 나누면

Z-Gtanα=f(Ztanα+G) tanα=i이므로

Z-Gi=f(Zi+G) G=V²/gR 이므로 대입하여 정리하면

R=V²/127(f+i) ------------------------(식1)

②곡선반경과 편구배는 식(1)에의거 반비례의 상관성

③최소곡선반경은 f=0.1-0.16적용 산출 바람직한 값은 f=0.05적용

2)최소곡선길이: L=vt=v/3.6*t(t=4초)

3)직선의 길이:독일기준

-최대길이:20v

-최소길이:2v(다른방향으로 굽은 곡선사이 길이)

-같은방향 곡선사이 길이 :6v

4)완화곡선

-80Km/h이상 :완화곡선, 80Km/h이하 완화구간 설치

5)완화곡선길이

-최소길이: L=vt(t=2초)

-생략가능곡선반경: L=0.064v(이정량 20cm이하) 계산값에3배정도적용

.100Km/h: 2000m, 120Km/h: 3000m

나.종단선형

1)종단구배(표준)

-중량대마력비가 225lb/hp 표준트럭이 허용최저속도로 주행할수 있는 구배 길이

.허용최저속도:설계속도 80Km/h이상 60Km/h

" " 미만설계속도-20

2)부득이한 경우 종단구배 : 표준종단구배 2-3%더함 이때 구배제한장 적용

3)종단곡선

-충격완화에 필요한 종단곡선 길이와 변화비율

L=v²*l/360, K=v²/360

-시거확보에 필요한 종단곡선 길이 및 변화비율

.볼록형: K=S²/385

.오목형: K=S²/120+3.5S

-최소종단곡선장 : L=vt(t=2초)

다.시거

1)시거에는 정지시거,추월시거,피주시거 등이 있으나 이중 정지시거

가 기하구조 결정에 가장기본적 요소

2)정지시거:운전자가 장애물 인지후 정지할수 있는 거리

D=vt/3.6 + 1/2gf(v/3.6)²

라.도로폭, 길어깨폭, 완화구간장도 설계속도에따라 서로다른값 적용

구 분                   도로폭             길어깨폭             완화구간장

80Km/h이상            3.5m                2-3m              q=1/150-200

60-80미만              3.25m              1.75-2m           q=1/125-150

60미만                  3.0m                 1.25m             q=1/125이하

마.기타

중분대개구부 길이,가감속차로 연장 등

4.결론

-선형설계의 제조건은 안전하고 쾌적한 주행을 확보하며 교통류를 원활 하게 소통시키므로서 사고예방과 용량저하를 막고 시간 및 주행경비면 에서 경제적 손실방지

-차량이 곡선부를 주행할 때 원심력에 의한 차량의 미끄러짐이 작용하게 되므로 이를 일정한도이하로 하여 안정성과 주행쾌적성을 유지

-원심력의 한도는 차량의 주행속도와 도로의 곡선반경, 편구배, 노면의 횡방향 마찰계수에 좌우되며 이외에 종단구배, 시거, 도로폭 및 길어깨 폭과 부대시설에 따라 달라진다.

-속도와 기하구조는 서로 밀접한 상관관계가 있으며 이는 도로용량에 큰 영향을 미치므로 적정한 조화로서 도로의 통행에 안정성과 쾌적성 및 용량을 증대시켜야 할것이다.

Ⅰ. 개 요

1. 자동차가 곡선부를 주행할 경우 곡선반경이 작으면,

 핸들조작이 곤란하고, 주행 쾌적도가 떨어질 뿐만아니라

특히 고속주행도로(고속도로)의 경우 사고위험이 크다.

2. 이러한 문제들을 해결하기 위하여

곡선부를 주행하는 차량에 가해지는 원심력과 타이어의 노면마찰에 균형을 갖도록

설계속도에 따라 곡선반경의 최소값을 규정함.

Ⅱ. 산 정 식

여기서, R : 곡선반경(m) f : 횡방향 미끄럼마찰계수(0.1 ～0.15)

V : 설계속도(km/hr) i : 편경사(고속도로 본선 : 최대 6%적용)

Ⅲ. 최소 원곡선 반경

※ 바람직한 최소곡선반경 : f = 0.05 적용으로 R 계산

Ⅳ. 설계방법

1. 설계방법은 차도의 각 차선 중심선 기준

2. 선형설계는 차로중심선이므로 차선중심으로 환산

3. 지형조건 등을 고려하여 최소곡선반경의 1.5배 이상의 값 사용

<설계 적용시 고려사항>

1. 최소치에 구애받지 말고 가능한 큰값 사용(최소곡선반경의 1.5배이상)

2. 높은 성토가 연속되는 경우는 곡선반경을 크게

3. 두 원곡선의 복합은 피하고 중간에 클로소이드 삽입

4. 같은 방향으로 굴곡하는 두곡선사이에 짧은 직선삽입은 피할 것

5. 지형 및 지역여건상 부득이하게 최소곡선반경적용시는 안전시설 등 부대시설과 연관시켜 설계

6. 항상 종단선형과의 관계에 유의 할 것

Ⅰ. 개 요

1. 자동차가 곡선부를 주행할 때 곡선반경이 작으면,

핸들조작이 곤란하고, 주행 쾌적도가 떨어질 뿐만아니라

특히 고속주행도로(고속도로)의 경우 사고위험이 크다.

2. 설계속도가 높아짐에 따라 최소곡선반경도 커지고, 편경사도 커지나,

타이어의 노면마찰계수(f)는 감소하게 되으로,

선형설계시 이의 상관관계를 고려하여 최소곡선반경(R)의 1.5배 이상의 값을 적용하고,

적절한 편경사를 설치하여 자동차의 안전성과 쾌적성을 도모해야 함.

3. 여기서는 각 요소들의 결정기준과 곡선반경과 편경사의 상관성에 대하여 기술하기로 한다.

Ⅱ. 각 요소들의 결정

1. 최대편경사의 결정

가. 결정요소

1) 주행의 쾌적성

2) 지형조건

3) 지역성(도시부, 지방부)

4) 기상여건(다우, 다습, 적설, 결빙 등)

5) 자전거등의 분리 여부

나. 우리나라의 최대편경사 적용

: 위의 조건들에 따라 다르나, 일반적으로

- 고속도로의 경우 본선에서 최대편경사 : 6%

연결로 " : 8%를 적용하고 있다.

2. 횡방향 미끄럼마찰계수(f) 결정

가. f는 노면과 타이어의 횡방향 마찰계수인 동시에

차안의 사람이 느끼는 횡방향 가속도의 크기를 나타낸 것

나. f는 실측치로부터 구할 수 있으며, 이값은 쾌적성을 고려하여 결정한다.

- 쾌적성을 고려하는 경우 : 마찰계수(f) = 0.1～0.15

가속도(g) = 0.3～0.6m/sec2이상

3. 최소곡선반경 결정

Ⅲ. 평면곡선 반경과 편경사와의 상관성

1.개요

: 최대편경사와 최소곡선반경이 정해지면,

곡선반경에 대하여 어느정도 편경사를 설치할 것인가의 문제가 생긴다.

즉, 설계속도에 따른 곡선반경에 대해 설치해야 할 편경사를 규정해야 한다.

2. 곡선반경과 편경사와의 관계

가. 곡선반경(R)에 대하여 마찰계수(f)를 결정하면, 편경사(i)를 구할 수 있다.1,000 2,000 3,000 (R)

나. 곡선반경이 작아짐에 따라 i+f의 값은 급격히 증가한다.

다. R이 작을 경우, 설계속도가 커지면 속도증가에 대한 i+f 값의 증가량도 커진다

라. R이 작은 경우, 약간의 속도증가에도 쾌적성에 큰 영향이 있게 되며,

R이 큰 경우, 쾌적성을 유지할 수 있는 속도의 범위가 넓어져 간다.

3. 곡선반경과 편경사, 설계속도와의 상관성

Ⅳ. 설계에의 적용

1. 최대, 최소 편경사의 적용

가. 최대 편경사(Smax)

1) 해당 설계속도의 최소곡선반경 범위내에서 적용

2) 적설한냉지역, 도시지역의 경우 : Smax = 6% 적용

그 외지역 : Smax = 8% 적용

3) 우리나라 고속도로의 경우

- 본선 Smax = 6% 적용, 연결로 Smax = 8% 적용

나. 최소 편경사(Smin)

1) 편경사를 생략할 수 있는 크기의 곡선반경 범위내에서 적용

2) Smin = -2% 즉, 표준횡단경사 임.

2. 편경사를 생략할 수 있는 곡선반경

: R ≥ V2 / 127(i+f)에서 f=0.035적용

Ⅴ. 결 론

1. 곡선반경과 편경사설치는「자동차의 주행안전성 확보와 운전자의 쾌적성 유지를 위하여 설치한다」는 원칙이 준수되어야 한다.

2. 실제 주행속도는 설계속도의 70-90% 정도인 점을 감안하여 주행속도와 이에 따른 곡선반경에 대해 편경사를 설치하여야 한다.

3. 고속도로 설계는 표준화되어 큰 무리가 없으나, 그 외의 도로는 실제 편경사 설치시 잦은 오류가 발생되고 있는 실정이므로, 이에 개선노력이 필요하다.

4. 추후 개선방안

: IC 설계시 본선과 연결로 접속부의 편경사 접속설치

- 곡선반경별 편경사 접속설치 기준은 어느정도 정립되어 있으나,

- 본선편경사와 연결로 편경사의 접속부처리에 대한 명확한 기준이 정립되어 있지 않으므로 이에 대한 명확한 기준정립이 필요.

Ⅰ. 개 요

1. 편경사란 차량이 도로의 곡선부를 주행할 때 곡선부 외측으로 원심력이 생겨 차량의 미끄러짐, 전도하려는 힘, 인체에 횡방향력이 작용하게 되므로 이를 방지하기 위하여 곡선 내측으로 하향 횡단 경사를 설치하는 것을 말한다.

2. 완화곡선이 설치되는 구간은 편경사의 변화 또는 확폭량을 설치하기 위하여 취하는 편경사 및 확폭량의 접속구간이며 완화구간이라 한다.

Ⅱ. 최대 편경사

1. 기본식

여기서, V : 속도(m/sec) R : 곡선(m)

g : 중력가속도(9.8m/sec2) f : 마찰계수

G : 총중량(kg) Z : 원심력

i : 편경사 (kgㆍm/sec2)

2. 최대 편경사 규정이유

1) 앞식에서 gi는 중력가속도의 노면에 대한 수직방향 성분

→ 차내의 사람에 미불쾌감

2) gf는 차내의 사람을 횡방향으로 밀어내는 힘 →불쾌감

3) 따라서 gf를 감소시키기 위해 i를 크게 취하는 것이 유리

4) i를 너무 크게 취할 경우

ㆍ 느린 속도 주행시 부자연스런 핸들 조작

ㆍ 제동시 횡방향으로 미끄러지는 경향

ㆍ 결빙시 발진 곤란

3. 최대 편경사 기준

※60km/h 미만의 도시부 도로는 편경사를 붙이지 않을 수 있다.

Ⅲ. 편경사를 생략할수 있는 최소곡선 반경

1. 곡선 반경이 커지면 원심력에 대해서 노면과 타이어의 마찰력 만으로 충분히 저항 할수 있으므로 편경사를 생략할 수있다.

2. Re =

여기서 Re : 편경사 생략 최소 곡선 반경

: 표준 횡단경사(-0.02 또는 -0.015)

: 0.035

3. 편경사를 생략할수 있는 최소곡선 반경(표준 경사 2%적용시)

Ⅳ. 편경사 적용시 주의사항

1. 6% 이상의 편경사 : 차량의 주행, 특성 및 기상조건을 충분히 검토

2. 도시부 도로

1) 안전성 및 쾌적성 측면에서 설치하는 것이 원칙

2) 설계속도가 60km/hr미만의 부득이한 경우 편경사 생략가능

3) 연도의 상황, 교차점, 가로와의 관계, 배수등으로 부득이한 경우 생략가능

4) 횡 방향 미끄럼 마찰계수가 f = 0.15까지는 생략할수 있으나 f=0.15이상인 경우

적용

3. 중앙분리대의 분리대는 Level로 하고 측대는 본선과 동일하게 설치

4. 길어깨는 -4%를 표준으로 하고 본선 변화에 따라 차등적용

Ⅴ. 결론 및 의견

1. 편경사 설치는 도로의 연도조건, 적설 한냉지역, 배수처리문제등을 고려하여 주행의 안전성과 쾌적성을 확보 할수 있도록 충분히 검토하여 설치

2. 도로의 편경사는 운전자가 쉽게 판단할수 없는 요소이므로 불합리한 설계, 시공등으로 사고와 직결되는 경우가 많으므로 신중을 기하여 설치

3. 지방지역 중 적설한냉지역의 최대편경사를 6%로 규정하고 있으나. 규칙 해설집에는 적설한냉지역에 대한 용어해설이 없어 적용이 곤란하여 대부분의 설계가 종래와 같이 최대편경사를 6%로 적용함

4. 최대편경사를 6%, 7%, 8%로 구분하고 있으나, 7%에 대한 적용기준이 없어 실제 적용치 않음

Ⅰ. 개 요

1. 도로의 곡선부에서 안전하고 쾌적한 주행확보, 교통원활, 사고방지와 곡선부 주행시 외측으로 작용하는 원심력에 의한 활동과 전도방지 목적으로 충분한 곡선반경과 편경사를 설치한다.

2. 원심력은 설계속도와 평면곡선반경, 편경사 및 횡방향 미끄럼 마찰계수등에 좌우되며 특히 곡선반경은 선형의 연속성 및 원활성을 확보하고 주행상의 안전성 및 쾌적성을 도모하기 위하여 계산된 최소값에 구애받지 말고 여유있는 값을 적용하여야 한다.

Ⅱ. 평면곡선반경과 편경사와의 관계식

1. 횡방향 미끄럼 방지조건

1) 일반식

ㆍㆍㆍ 일반식

여기서, R : 평면곡선반경(m)

v : 설계속도(km/hr)

f : 횡방향 미끄럼 마찰계수(0.10 ～ 0.16)

i : 편경사(6% ～ 8% 적용)

2) 일정한 수행속도에서 최소반경은 i 및 f의 최대치에 의하며, 이는 안정성과 쾌적성에 관계된다.

2. 편경사의 최대치

1) 최대 편경사 결정시 고려요소

① 주행의 쾌적 및 안전

② 적설, 결빙등의 기상조건

③ 지역구분(지방지역, 도시지역)

④ 저속주행 자동차의 빈도

⑤ 시공성 및 유지관리

2) 최대 편경사의 규정

3) 횡방향 미끄럼 마찰계수의 값

① AASHTO 기준

ㆍ120km/hr : f = 0.12

ㆍ 50km/hr : f = 0.16

② 도로의 구조 시설 기준에 관한 규칙(우리나라 기준) : (f = 0.10 ～ 0.16)

4) 최소평면곡선 반경

① 최소평면곡선반경의 산정

에서 상기표의 V와 f값 및 i = 6%인 경우를 대입하여 산정하면 다음과 같다.

② 최소평면곡선반경의 계산값과 규정치

5) 바람직한 평면 곡선반경의 산정

① 최소평면곡선반경의 1.5배 정도가 바람직함(R = Rmin ×1.5배)

② 바람직한 곡선반경의 규정치(도로설계요령)

Ⅲ. 평면곡선반경(R)과 (i+f)와의 관계

1. 관계식 : 

1) 상기 그림에서 다음과 같은 사항을 알 수 있다.

① R이 작아짐에 따라 (i+f)의 값이 급격히 증가

② V가 높아지면, (i+f)의 값은 커짐

③ R이 작을 경우 속도증가에 따른 (i+f)값의 증가량은 커짐

2) 곡선반경(R)과 편구배(i)와의 관계 사항

① R이 작은 경우 : 약간의 속도증가로 쾌적성에 큰 영향을 미침

② R이 큰 경우 : 쾌적성을 저해하지 않는 속도의 범위가 넓어짐

2. 도시지역(특히 시가부) 도로

1) 도시지역 도로에서 편경사를 붙이지 않을 경우 횡방향 미끄럼 마찰계수 f = 0.15를 넘지 않도록 함

2) 편경사와 작은 평면곡선반경의 관계

3) f = 0.15일 때 편경사를 생략할 수 있는 곡선반경

Ⅳ. 편경사 설계 적용시 주의사항

1. 6% 이상의 편경사 적용시 교통차량 및 기상조건에 대하여 충분히 검토

2. 8% 경사는 저속교통, 교통량이 적은 경우 적용

3. 도시부 도로의 경우 붙이는 것이 원칙이나, 60km/h 미만인 경우 생략해도 무방

4. 배수처리 원활하도록 최소 편경사 1.5~2.0% 되게하여 접속설치율이 너무 완만하지 않게 설치

5. 중앙분리대 및 길어깨의 측대도 차도와 동일한 편경사 설치

6. 비포장도로의 편경사도 배수를 위해 노면종류에 따라 1.5~4.0% 적용

7. 편경사이 접속설치는 구조물 구간으로부터 가능한 떨어지는 것이 바람직.

Ⅴ. 결론

1. 평면곡선구간 설계시 최소평면곡선반경의 적용을 지양하고 최소값의 1.5배 이상을 사용

2. 선형의 연속성 및 원활성을 확보하고 주행상의 안정성 및 쾌적성을 도모하기 위하여 여유있는 값을 적용

3. 바람직한 값을 적용하고, 지형 및 지형여건상 부득이 하거나 막대한 건설비가 요구되는 지점은 선형의 연속성을 고려 최소값을 적용하되 안전시설 및 부대시설을 고려

4. 최소평면곡선반경과 관계시설물(조경식재)

: I.C, 본선 선형, 터널 구간, 장대교구간(가설공법선정), 곡선내측시거확보 차원에서 조경식재는 낮은 수종으로 함.

5. 추후 개선방안

: IC 설계시 본선과 연결로 접속부의 편경사 접속설치

- 곡선반경별 편경사 접속설치 기준은 어느정도 정립되어 있으나,

- 본선편경사와 연결로 편경사의 접속부처리에 대한 명확한 기준이 정립되어 있지 않으므로 이에 대한 명확한 기준정립이 필요.