설계속도와 기하구조와의 관련성

Ⅰ. 개 요

1. 설계속도란,

- 도로설계의 기초가 되는 자동차의 속도로서,

- 선형설계요소의 한계값을 결정하는 주요소이며,

- 도로의 구조면과 차량의 주행면으로 나누어 정의할 수 있다.

2. 설계속도 결정시에는

도로의 성격과 중요도, 통과지역의 지형 및 지역여건, 출입제한여부, 부대시설의 배치간격, 고속주행의 효율성 등을 종합적으로 감안하여 결정하여야 한다.

3. 설계속도와 관련있는 기하구조 요소

가. 직접관련요소(선형요소) : 곡선반경, 곡선장, 편경사, 종단곡선, 시거, 오르막차로 등

나. 간접관련요소(횡단구성요소) : 차로폭, 길어깨폭, 중앙분리대폭, 확폭 등

4. 따라서, 여기서는 자동차의 설계속도에 직접적으로 관련이있는

곡선반경, 곡선길이, 완화곡선길이, 편경사, 종단경사, 종단곡선, 시거 등에 대하여

기하구조의 관련성을 기술하고자 한다.

 

Ⅱ. 설계속도와 기하구조와의 관련성

: 설계속도는 기하구조의 한계값 결정에 직접적인 관계를 가지며 그 내용은 다음과 같다.

 

 

1. 직 선(독일 RAL기준)

가. 최대길이 : 20V

나. 최소길이

- 반대방향으로 굴곡하는 곡선사이에 삽입된 직선 : 2V 이상

- 같은방향으로 굴곡하는 곡선사이에 삽입된 직선 : 6V 이상

2. 곡 선

가. 곡선반경(R)

: 곡선부주행시 자동차에 가해지는 원심력과 타이어의 노면마찰력이 균형을 갖도록 함.

v2 R = --------------         127(f +i)

․f : 횡방향 미끄럼 마찰계수(0.1～0.15) ․i : 편경사(고속도로 본선 : 최대 6%)

※ 상기 관계식에서와 같이 설계속도가 커질수록 곡선반경도 커져야 한다.

V = 120km/hr → R = 710m 이상

V = 100km/hr → R = 460m 이상

 

나. 곡선길이(L)

: 운전자가 핸들조작에 불편을 느끼지 않을 정도의 길이.

V × t L = -------------             3.6

․t : 4sec

3. 완화곡선

: 완화곡선은 설계속도가 60km/h 이상인 구간에 설치

L × t L = ---------         3.6

․t : 2sec

4. 편경사(i)

 

 

: 횡방향 미끄럼 마찰계수와 곡선반경을 감안하여 결정

V2 i = ------ - f      127R

․f : 0.1～0.15

5. 종단경사

: 종단경사의 제한은 표준트럭이 설계속도에서 20km를 감한 속도까지 확보할 수 있는 경사의 범위로 한다.

6. 종단곡선

: 구배변화시 충격완화 및 시거확보를 위해 종단곡선 설치

가. 충격완화를 위해 필요한 길이

I․V2 L = ------         360

․I : 종단경사

나. 시거확보를 위해 필요한 길이

- 볼록곡선

I․S2 L = ------ 385

- 오목곡선

I․S2 L = ------------        (120+3.5S)

7. 시 거(S)

: 차로 중심선상 1.0m 높이에서 15cm 높이의 물체 정점을 투시할 수 있는 거리 확보.

V×t        1       V S = ------ + ----- ×[----]2        3.6       2gf      3.6

8. 오르막 차로

가. 종단경사가 있는 구간에서 자동차의 오르막능력검토가 필요하다고 인정되는 경우, 오르막차로 설치.

나. 다만, 설계속도가 40km미만인 경우에는 생략할 수 있다.

 

 

Ⅳ. 결 론

1. 설계속도는 선형설계요소의 한계값을 결정하는 주요소이며, 이는 도로용량에 큰영향을 미칠 뿐만아니라, 경제성과도 밀접한 관계가 있으므로 적정한 설계속도의 선정으로 차량주행 안전성과 운전자의 쾌적성을 증대시켜야 할 것이다.

2. 또한 설계속도의 결정은 도로의 주기능인 이동성, 접근성 및 환경조건 등을 고려한 심도있는 검토가 선행되어야 할 것이다.

3. 향후 개선사항

-「도로의 구조․시설기준에 관한 규칙」에서 적용속도간격을 20km/hr → 10km/hr로 세분함에 따라 설계적용시에도 설계구간의 연속성 확보와 설계속도 변화구간의 속도차이를 적게하는 방안을 적극검토 필요.

- 외국의 경우 도시구간에 대한 설계속도(일본 60km/hr)에 비하여, 우리나라는 고규격인 경향이 있으므로 경제성을 고려하여 이에 대한 세부검토 필요