摘要：道路桥梁工程设计工作对于其性能以及运行安全有着非常重要的影响，在设计过程中合理的应用数学方法可以提升道路桥梁工程的安全系数，延长其使用寿命，降低后期维护成本。本文简要的阐述了道路桥梁的一些基本设计特点，着重对数学方法在道路桥梁线形设计中的应用展开了分析与探讨。
关键词：道路桥梁；线形设计；数学方法
中国国土面积非常广阔，从东到西、从南到北地理环境复杂多变，道路桥梁在构建现代交通运输网络中具有重要意义。为了进一步提升道路桥梁的安全性，确保道桥可以顺畅的进行建设和使用，相关工作人员就有必要加强对优秀设计方法的探索和使用。
1 道路桥梁工程设计的基本特点
（1）牵涉范围十分广泛
因为道路桥梁工程项目涉及的范围十分广泛，所以道路桥梁工程建设的设计中需要综合考量多方面因素的影响，比如工程承载需求、建设环境、建设周期等。
（2）涉及多方面的法律
在我国的道路桥梁工程设计过程中最为重要的法律依据就是合同法。但是需要注意的是，在设计工作中，不仅仅要考虑单方面的法律，还应该考虑到道桥、城建、交通等各个方面的法律，设计的整个过程都必须严格遵照相关的法律法规所开展。。
（3）需要综合考量
道路桥梁在设计过程中需要综合考量多种因素，比如建设成本、使用年限、施工技术等等。通常来讲，施工成本以及经济性是设计工作首要考量的一个要素，所以在实际设计工作中，应该结合当地实际情况尽可能的降低成本。另外，随着人们对生活质量要求的提升，桥梁的美观性也是设计人员所必须要考虑的，在设计中应该积极地采用新技术、新材料以及新工艺，构建出性能优秀、外形美观的道路桥梁工程。
2 线形设计对道路桥梁交通安全的重要影响
路桥线形设计的优劣直接影响着现代道路交通网络的运行安全，假如道路桥梁线形设计存在着一些问题和缺陷，那么必然会对道路桥梁的运输性能造成影响。科学的道路桥梁线形设计不但可以为现代交通提供优质的运行基础，同时还可以对道路交通网络进行一定程度的优化，减少交通事故的出现。所以，在道桥线形设计工作中，不但应该注重对其平面的线形设计，同时还必须要综合考量其纵断面以及纵横断面的协调性。另外，道路桥梁工程设计过程中，也应该有效结合施工场所的地质情况以及气候状况。只有这样，在充分结合各方面影响因素的基础上，从施工、维护以及使用性能等多个层面进行设计，提升道路桥梁线形设计的科学性。
3 路桥线形设计的组成要素
（1）道路桥梁线形设计必须要符合国家相关规定。设计前期相关工作人员要对施工现场进行勘察，获取周边环境数据资料，然后在此基础上进行方案的设计。设计好的方案还需要结合实际施工状况进行调整和完善，以便于达到最佳的设计效果。
（2）在现代道路桥梁设计过程中，美观性也是非常重要的一个指标。因此，道路桥梁线形设计应该与现代城市建筑以及周边环境进行有效结合。
（3）道路桥梁工程线形设计直接关系到车辆驾驶人员的驾驶感受以及乘坐人员的舒适性，因此，在线形设计中，必须要提升对平面设计、纵面设计以及横断面设计的重视程度，尽最大努力确保道路线形的顺畅度以及协调性。
4 数学方法的应用对路桥线形设计的影响
道桥设计中科学的应用数学方法能够对其进行优化，提升道路桥梁线形设计方案的平顺性以及协调性。主要可以分为下面三个层面：
（1） 平面线形
平面线形可以划分成直线、曲线以及圆曲线三个主要类型。其中直线为道桥主体部分的线形，假如在道桥设计中直线长度超出一定范围，那么车辆驾驶员在该段道路的形式过程中可能会发生注意力降低、精神疲劳等问题，降低了车辆行驶的安全性，增加了事故发生的几率。在这种情况下，就需要运用到曲线以及圆曲线设计，在运用这两种线形设计时，需要注意线形的曲率半径，避免因曲率过大导致的车辆转弯失控情况发生。
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（2）纵断面线形
道路桥梁纵断面线形设计如果不科学，也会在一定程度上促使交通事故数量上升。比如，在道路桥梁的上坡或者下坡，如果纵断面线形设计不科学，导致道路坡度夹角过大，就会使得一些快速行驶的车辆发生失控现象。所以，在道路的纵断面设计环节，要将上下坡的坡度以及长度控制在一定范围内。
（3）线形组合
道路桥梁实际施工过程中，通常都需要结合当地的地质环境，而自然地质环境线形通常都不是直线型，所以多种线形共同组合在实际道路桥梁设计中较为常见。不同的道路施工环境，线形组合方式也具有很大的差异性。科学的设置线形组合，可以减少事故出现的几率。一般而言，道路桥梁线形组合要确保连接处的流畅性，尽可能的不出现陡变设计，这样不但能够提升车辆驾驶人员的舒适感，同时还可以提升其安全系数。
5 数学方法在路桥线形设计中的应用实例
某桥梁设计长度4.5千米，由于施工场所的地理条件较为复杂，所以该桥梁的线形设计划分成了下面四部分，即主航道斜拉桥、通航孔引桥、北岸引桥、南岸引桥。
（1）几何作图法的具体应用
该桥梁线形设计工作中，第一步就是要对施工场所周边的地质环境进行勘察以及测量，获取相关数据资料，这些数据主要包含：桥梁圆曲线半径、外区道外街中心线与补充直线夹角，分别使用α和R进行表示。工作人员在经过测量以及勘察之后，通过计算得出中心线与外区道、外街中心线间夹角是10°。之后设计人员做出了桥梁的基本图形，测得α＞20°。在这种情况下，设计工作人员把α暂时设置为30°，并通过下面的公式①进行计算，
L=1/180αRπ………………………………①
最终得出圆曲线的长度，R=22920。
在工程实际设计过程中，取R=24000，最后通过计算得出转角值。
（2）几何作图法用于推导凹形竖曲线最低点位置
桥梁实际设计工作中，还需要确保桥梁路面具有优秀的排水性能，所以这就要求设计工作人员对路面汇水点进行精准的定位。通常来讲，理论上道路纵断面变坡点为雨水口所在位置，然而在实际的设计与施工过程中，因为需要考虑其他因素，所以雨水口所在位置和理论点会有一些不同。比如，道路线形的竖曲线两侧纵坡不对称，会使得变坡点和凹形竖曲线的最低点不在同一位置。
另外，假如雨水口的设计选择使用传统的方式，那么道路路面的排水系统会存在一定的缺陷，雨量较大时会导致路面雨水淤积，降低车辆通行的安全性，增加事故发生的几率。这种设计方式还会缩减桥梁的使用寿命，增加维护成本。面对这种状况，设计人员可以使用几何作图法来精准的计算出凹形竖曲线的最低位置，并结合实际情况科学的设置雨水口。
6 结论
综上所述，道路桥梁线形设计的优劣不但关系到工程的质量，同时还会直接影响到车辆驾驶人员的舒适性以及交通的安全性。而数学方法应用于道路桥梁工程的线形设计中，能够从平面线形设计、纵断面线形设计以及线形组合设计等层面对设计方案进行优化，从而使得现代道路桥梁工程的整体性能得以提升，对于对于保障道路桥梁工程质量、延长道桥使用寿命具有重要意义。
参考文献：
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[4]高承恺, 杨灵刚. 结构化设计在道路桥梁设计中的应用[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2015(15):67-67.
论文作者:赵莹莹,何磊磊
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/25
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