摘要：本文以国内外公路桥梁设计分析为基础，对公路桥梁进行了探讨，重点分析了桥梁平纵横技术指标组合构成的几何线形、行车道宽度及横向布置、安全设施、环境及其他相关因素等与交通安全的关系，为己建道路桥梁的管理、养护和在建桥梁的设计施工提供技术安全指南。
关键词：公路桥梁，设计，分析研究
Abstract: this article with the domestic and foreign highway bridge design analysis based on the highway bridge is discussed, analyzed the technical indexes and bridge flat constitute the geometry of the linear, the carriageway width and horizontal arrangement, the safety facilities, environment and other related factors and traffic safety, the relationship of road and bridge built for himself the management, conservation and bridge under construction design construction to provide the technology safety guidelines.
Key words: the highway bridge, design, analysis and study
中图分类号:S611 文献标识码：A 文章编号：
国外对桥梁设计强调“3E”，即功效(Efficiency)、经济(Economy)和优美(Elegance)三要素，这和我国实用、经济、美观的原则是一致的。桥梁设计之前，设计师应首先就桥位、桥型方案征求桥位处公众的意见，并说明桥梁的施工可能会对环境和公众带来不便，取得公众的谅解和支持。避免施工中由于公众不理解而出现的安全问题。桥型方案的选择一定要与当地的人文环境协调，使桥梁建成后成为当地一景。桥梁设计能够在安全美，功能美，结构美，经济美，视觉美，环境美等方面做到最优的方案。近年来我国桥梁建设取得了长足的进步，但是，我们在设计中对桥梁的美学要求不够高，缺少建筑师的参与和进行各种比例的多方案比较，留下了不少遗憾。许多缆索承重桥梁的桥塔缺少美学处理，给人以笨拙、呆板和粗糙的感觉。
一、桥梁纵断面设计
1.1纵坡坡度
1.1.1纵坡坡度上限
纵坡过大，对于保持车辆的合理速度，维持连惯的驾驶状态有负面影响，从而对安全不利。为从安全角度以确定纵坡上限的取值，本文研究了较大的纵坡与事故的关系，建议避免1.5度以上的纵坡。
1.1.2纵坡坡度下限
最小纵坡是依据排水的需求而确定的，纵坡过小，排水不畅，雨天导致桥面积水，危及车辆安全。以本次研究的数据为基础，可以得到小于0.5%的纵坡，是较显著的(雨天)事故多发段，建议多雨地区桥梁除了做好横向排水设计外，在设计中要尽量避免小于0.5%的纵坡。
1.1.3纵坡坡度推荐值
桥梁纵坡的选定，一般在上下限之间取值，但是具体设计中根据特定的线形组合、特定的环境而确定。桥梁在平曲线里面且设超高的、跨线桥下等特殊的不利于排水的区段，应控制纵坡相对下限有较高取值。在非机动车交通量较大的桥梁上，则可根据实际情况纵坡适当放缓，以不大于2%为宜。
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设计车速(KM/h) |
120 |
100 |
80 |
60 |
40 |
|
推荐最大纵坡 |
2 |
3 |
4.5 |
5 |
7 |
|
最低车速(km/h) |
60 |
50 |
40 |
30 |
25 |
1.2纵坡坡长
1.2.1最小坡长
纵坡长度过短，出现锯齿形纵断面，这种线形使行车频繁颠簸，甚至可能产业颠簸的叠加与共震，危及安全。视觉上，这种线形使驾车者有路线不连续，线形破碎的感觉。因此，坡长的最小值应予以控制，桥梁最小坡长的规定值可参见下表。
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计算车速(KM/h) |
120 |
100 |
80 |
60 |
40 |
|
推荐最短坡长(M) |
300 |
250 |
200 |
150 |
120 |
1.2.2坡长上限
坡长过大，下坡时车辆速度渐增，不利于安全。而坡长对于车辆的影响是与坡度共同作用的。以前分析可知，坡度增加，坡长增加，将共同作用产生叠加效果，带动区段事故数的增长。
1.3竖曲线
经研究，桥梁上的竖曲线长度要大于5倍的行车速度，安全行车视觉上所需的竖曲线最小半径和最小长度，桥梁竖曲线指标建议如下表所示。
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设计车速(KM/h) |
120 |
100 |
80 |
60 |
40 |
|
凸形竖曲线(M) |
20000 |
16000 |
12000 |
9000 |
6000 |
|
凹形竖曲线(M) |
12000 |
10000 |
8000 |
6000 |
2000 |
|
竖曲线最小长度(M) |
100 |
85 |
70 |
50 |
35 |
二、平纵线形组合与衔接设计
2.1平面直线与曲线联接
以往，桥梁设计中由于迁就地形，造成了许多长直线与小半径曲线衔接，安全分析表明，长直线与小半径曲线衔接处常常由于车辆惯性的高速行驶，从而引起安全隐患。具体适当的直线长度与衔接曲线的半径取值，应根据桥梁的设计车速和桥位的地形，确定安全的设计区间。.
2.2弯坡叠加的桥梁
在平面曲线段，同时有纵坡存在，即形成弯坡叠加情况，这是高速公路桥梁中常见的形式。从直观分析，该种形式是不利于行车的。本文针对弯与坡的组合进行了安全特性研究，首先，利用设计指标求得DC值，再利用经验公式得到预测事故值。对预测事故值相对较大的区段，可以采取工程改造，增设标志等各种措施减少隐患。
2.3纵坡与平曲线的衔接
长下坡，接小半曲线是有危险倾向的设计，易造成车辆在不自觉的高速情况下驶入平曲线，事故隐患大为增加。
纵坡与平曲线衔接时，坡长越大、坡度越陡、所衔接的平曲线半径越小，事故发生概率就越大。根据这一规律，可以在桥梁设计中计算具有相同衔接方式的区段，再加以改进。
2.4桥梁上平面曲线与竖曲线的平衡
当桥梁位于小半径(2000m以下)平曲线上且与竖曲线部分或全部重叠时，应考虑平竖曲线半径的大小平衡，以利于行车的安全。根据己有的研究成果，综合考虑安全和成本之后，得到平竖曲线平衡的半径推荐值，其平曲线半径RP、对应竖曲线半径RS见下表。
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RP |
RS |
RP |
RS |
|
600 |
10000 |
1100 |
30000 |
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700 |
12000 |
1200 |
40000 |
|
800 |
16000 |
1500 |
60000 |
|
900 |
20000 |
2000 |
100000 |
|
1000 |
25000 |
|
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三、桥孔布置
3.1通航河流
在通航河流上，桥下通航孔的位置和孔数往往决定桥梁的规模和设计难度。在设计中，要根据船运、筏运的不同特点和要求，充分考虑河床演变所引起的航道变化，将通航孔布设在稳定的航道上，必要时可预留通航孔上。
对于象长江一类的特大型河流，应就通航孔的位置、孔数作专题研究报告并报航道主管部门批准。
3.2流冰及漂浮物河流
位于有封冻及流冰的河段，应首先调查冰厚、冰块最大尺寸、冰块的密度、流冰的速度等基础资料，桥孔布设应充分考虑冰块的排泻，桥梁墩台应设计有破冰和防撞设施。
在有大量飘浮物或有冲积物的河流中，桥孔布设应保证桥梁能顺畅渲泄洪水和泥砂。桥梁墩台的设计应保证遭受撞击时的安全性。
四、桥面横向布置
4.1行车道数
根据我国现有公路行车安全营运调查比较，高速公路桥梁采用四个车道比较符合安全经济的原则。当行车速度为120km/h，交通量超过四车道的饱和交通量时可选择六车道或八车道，行车速度小于12Okm/h时，采用六车道或八车道须进行技术经济论证。
二、三级公路基本采用双车道，四级公路一般采用单车道。二级公路当混合交通量大，可采用两个快车道和两个慢车道组成的四个车道。
城市桥梁一般可选择六车道或八车道，个别采用两个快车道和两个慢车道组成的四个车道。交通事故调查表明，不宜采用三车道的断面布置形式。
4.2行车道宽度
高速公路、一级公路桥梁采用3.75m的车道宽度，四级公路桥梁采用3.5m的车道宽。其余桥梁双向车道取值建议采用下表：
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设计车速(km /h) |
80 |
60 |
40 |
30 |
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最低车速(km/h) |
45 |
40 |
35 |
18-20 |
|
推荐最小双车道宽度 |
7.0 |
7.0 |
7.0 |
6.0 |
4.3残疾人通道
对于城市桥梁人行道，要专门考虑残疾人轮椅车上、下行走的要求。为满足残疾人自己推行，则人行道的宽度、坡度要考虑便于残疾人轮椅上、下走。
五、桥梁安全设施
5.1交通标志
桥梁交通标志设置场所的选择，首先要考虑到标志的易识别性，标志应设置在容易被发现的地方。其次，要桥梁与接线的几何线形、交通流量、流向和交通组成，道路沿线的状况等对标志设置位置的影响。
交通标志的设置应确保行车的安全、快捷的通畅。标志的布设应以完全不熟悉周围路网的外地司机为对象，使其能够通过标志的警示和指引安全、快捷地到达目的地。道路交通标志所提供的信息应及时、正确，同时避免信息过载，并对重要的信息给予重复显示的机会。
交通标志的照明分为内部照明和外部照明两种，无论是内部照明还是外部照明都要求能够使交通标志在夜间具有至少150m的视认距离，同时外部照明光源不能给路上司机造成眩光而且其灯具和阴影不能影响标志的认读。
5.2防眩设施
高速公路上无照明的大桥、高架桥都应设置防眩设施。对于夜间交通量较大和大型车混入率较高的桥梁、竖曲线上对驾驶员有严重眩光影响的桥梁、长直线桥梁等也要设置防眩设施。
六、结束语
道路交通是一个涉及人、车、路和交通环境多种因素的动态空间，制定一个可操作性的安全审查程序，改进设计和规划，消除桥梁安全隐患是桥梁交通安全的一项重要因素。通过本文的研究，力求使公路桥梁的设计能有效控制未来事故的出现，为己建道路桥梁的管理、养护和在建桥梁的设计施工提供技术安全指南。
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公路桥梁设计分析研究
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