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摘要：本文针对桥梁与路基的关系、路侧宽容设计提升道路安全性能、桥梁构造安全系统设计等方面，对公路桥梁工程设计与安全进行了系统研究。
关键词：公路桥梁；工程设计；安全系统
公路安全设计过程中，要正确对待公路的各种基础设施，特别是设计好其中的桥梁部分。设计中必须协调解决好桥梁与路基、桥梁各细部构造与地形地质之间的关系。在车辆事故中车冲出路外驾驶员通常需要付出惨重代价，所以进行路侧宽容设计和改造非常必要。
1 桥梁与路基的关系
为保证行车舒适，结构耐久适用，山区高速公路标准跨径大中桥一般均采用先简支后结构连续或墩梁固结的连续一刚构混合体系。全刚构体系由于一座桥梁墩高相差较大，需通过调整桥墩线刚度来改善桥墩受力，桥墩尺寸种类就较多，施工相对麻烦。全连续结构联长不能太长，墩台水平位移较大，墩柱尺寸需设计的相对大一些。山区高速公路桥梁多为弯、坡桥，曲线梁桥在弯扭耦合作用下，具有沿某一不动点变形的趋势，单向行驶的大纵坡长桥在长期反复的汽车制动力作用下，梁体具有沿汽车行驶方向滑移趋势，如采用全连续结构，即上下构之间为橡胶支座连接时，这种滑移趋势往往造成梁体受力不平衡，支座脱空甚至破坏，从而导致梁体开裂。因此山区高速公路桥梁宜采用先简支后结构连续或墩梁固结的连续一刚构混合体系既适应平面线形又适应桥梁受力特点。
2 路侧宽容设计提升道路安全性能
路侧宽容理念的涵义是宽容道路的使用者，当他犯错时有足够的空间和时间，让他为所犯的错误付出最小的代价，而这个时间和空间是由道路设计者提供。理想状态下的路侧安全设计是什么?一辆高速行驶的汽车。直路，加速，突然前面出现了一个急转弯，刹车不及，车冲出路外……驾驶员面对的将是什么?大部分人会想到护栏，其实最理想的是一片平地!足够宽，直到车速降低，驾驶员反应过来，然后回到大路，继续他的行程。在对公路大桥结构受力特点进行分析的基础上，从大跨桥梁结构健康监测的布置、技术应用等方面，对大桥原安全监测系统及存在的主要问题进行分析研究。并从项目选择、监测设备的选用、传感器布设、网络结构、数据存储模式、应用软件设计，数据采集与监测运行模式等方面对大桥原结构安全监测系统进行详细分析，为工程设计与实施提供依据。在路侧安全的系统优化对策方面，路侧宽容理念应当在项目里得到集中体现。根据研究成果，宽容设计分为主动引导、尽可能降低事故伤害程度、适度防护共三个层次。主动引导是第一道防线，目的是通过各种引导手段使车辆正常行驶而不至冲出路外。首先在路侧设置轮廓标，通过视线诱导让驾驶员知道路侧位置，驾驶员就不会偏离中心车道行驶。改善线形对于提高路侧运行安全性是一种投资大、实施周期长，却是最根本的改善方法。对于以前修建的交通事故多发的不良线形组合路段，运用运行车速理论，改善线形，可以有效提高行驶安全性。
3 桥梁构造安全系统设计
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)9.3.16条也有相应规定：“预制T形截面梁的横隔梁连接，宜采用现浇混凝土整体连接”，在斜交桥及异形桥需横向弱联结时铰结是很好的形式。平原地区受净空和桥台填土高度限制，桥梁上构要求尽可能降低建筑高度，可以减小纵坡，降低路基填土高度，减少占地及降低路基处理难度。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(ITGD62—2004)关于偏心受压柱条文说明5.3.10指出，“当10／h＞30时，构件已由材料破坏变为失稳破坏。”斜坡上扩大基础与桩基础必须考虑基础扩散角和覆盖层厚度以及施工时相互影响。桩基础不管受力形式如何，施工方法上多是挖孔桩和钻孔桩。一般矮桥墩设计由强度控制，墩高高时须考虑桥墩稳定问题。大量计算实验表明对于先简支后刚构(墩顶与上构为钢板焊接)和先简支后连续(墩顶与上构为橡胶支座连接)的多跨T梁桥来说，墩柱有效长度10=1.2～1.431，1为墩柱高度，当1=40m且采用矩形截面时，h≥1.2～1.43×40／30=1.6～1.907m，h=50m时h≥2～2.383m，当墩厚大于2m时实心矩形截面经济性降低，墩柱为材料破坏时，采用实心矩形截面，其高度不宜超过50m。墩高较矮时，其施工既复杂又不美观所以少采用。当墩高较高时Y型薄壁墩施工只需一套模板，只需搭一个支架，对于地面横坡较陡搭支架困难，模板需求量大的山区桥梁，Y型薄壁墩有显著优势。立交桥优化设计主要通过交通组织优化管理和交通工程技术措施对现有桥梁及道路进行改造，提高通行能力。设计方案分两个阶段进行。通过优化立体交叉口的交通组织和管理，利用交通标志、标线和物理隔离设施对现有道路进行改造。在立交两侧修建两个对称的上跨回头曲线，在两边新修两个匝道，分別满足由立交转弯需求。优化设计方案设计根据拥堵，路段转弯较多，视线不好，标识、标线不清晰，占道行驶现象时有发生。可拓宽现有道路，针对拥堵现象突出、标志标牌不清等问题，通过交通渠化设计和交通管理措施以及局部路段或路口的改造和拓宽，争取在最短时间内解决本路段交通问题；未来规划对道路进行拓宽取直等。
4 路侧净区让事故车辆软着陆
路侧危险物能移除就移除；不能移除的可以移位，让危险物离道路更远；如果既不能移除也不能移位，就要采用解体消能设施或装置，来降低车辆与其碰撞的严重性，必要时还需对危险物进行标识和防护。路侧净区是指由车道边缘线开始向路外延伸的平缓，无障碍物区域。在实际中，净区条件很难达到理想化，所以课题组制定了优先顺序对策。如果引导手段不能完全避免路侧事故，当车冲出路外时，道路设计时应该尽可能提供路侧净区，使事故车辆“软着陆”。车驶出路外首先遇到的是路肩。如路肩够宽可提供比较大的容错空间，接着就是边沟，其中交通量、排水量都不大的道路可采用浅碟形边沟，如用矩形边沟要硬化路肩，并在边沟上加盖板，使净区由原来的硬路肩处一直延伸到路堑边坡的坡角处，净区宽度得到了很大改善，路侧安全性大幅增加。车冲出路外时设置在路侧坚硬的杆柱是威胁之一，可设置一种路侧杆柱解体消能装置来固定杆柱。当车撞上杆柱时，不再是硬碰硬而是装置断裂，杆柱倒下，消减了车辆一部度，又不对车辆造成大的损害，有效保护驾驶员。路基波形梁护栏板延伸一段并锚固在混凝土桥梁护栏上，同时将波形梁护栏端部附件的立柱进行加密实现护栏刚性连续变化，为更好导向碰撞车辆还可在波形梁板下方添加槽钢做的摩擦梁，这种处理方法具有成本低施工方便的优点。
5 完善公路桥梁结构设计系统
积极建立完善公路桥梁安全监控体系，确保公路桥梁结构安全。实现公路桥梁管理程序化、规范化、科学化。公路桥梁结构设计系统GQJS不仅进行结构分析还包括动态可视化数据前处理界面、结果图形浏览和检索、数据图形检验、预拱度设置、施工图绘制等一系列设计功能。结构体系可分阶段形成，备阶段可具有不同的静力图式。GQJS软件适用于任意可作为平面杆系处理的桥梁结构体系，如：简支梁，简支一连续梁、连续梁、连续刚构、连续拱、桁架结构、T型刚构、斜拉桥以及框架结构等。系统能对大跨径桥梁各种目前常用的施工工艺，如：悬臂施工、顶推法施工、临时支架组装等结构体系，进行施工阶段和使用阶段综合分析。系统采用了两端带刚臂的偏心梁单元，因而考虑了多根杆件交汇于一个结点的结点刚域效应。系统施工阶段计算荷载包括：体系调整(包括脱离工作的杆件恢复工作、顶推施工过程中支座的撤换)、张拉预应力钢束、拆除临时钢束、结构自重、集中荷载、分布力、强迫位移、拆除杆件元荷载，单向受力杆脱离工作荷载、混凝土收缩徐变引起的二次内力、混凝土收缩徐变引起的预应力损失等。道路及桥梁系统工程完善与优化设计方案，道路交通设施建设总体目标应以地面网络和交通设施为基础，优先发展公交客运交通，建设城市快速路和市区轨道交通体系，建成以地面公共客、货运输为主体，快速路和轨道交通为骨干的多种运输方式相结合协调发展。
6 结束语
建立健全公路桥梁安全监控体系，完善公路桥梁结构设计系统，对于公路工程与桥梁的设计建造十分重要。要进一步解放思想加强技术创新和工程创新，实现更好的安全功能发挥。
关键词：公路桥梁；工程设计；安全系统
公路安全设计过程中，要正确对待公路的各种基础设施，特别是设计好其中的桥梁部分。设计中必须协调解决好桥梁与路基、桥梁各细部构造与地形地质之间的关系。在车辆事故中车冲出路外驾驶员通常需要付出惨重代价，所以进行路侧宽容设计和改造非常必要。
1 桥梁与路基的关系
为保证行车舒适，结构耐久适用，山区高速公路标准跨径大中桥一般均采用先简支后结构连续或墩梁固结的连续一刚构混合体系。全刚构体系由于一座桥梁墩高相差较大，需通过调整桥墩线刚度来改善桥墩受力，桥墩尺寸种类就较多，施工相对麻烦。全连续结构联长不能太长，墩台水平位移较大，墩柱尺寸需设计的相对大一些。山区高速公路桥梁多为弯、坡桥，曲线梁桥在弯扭耦合作用下，具有沿某一不动点变形的趋势，单向行驶的大纵坡长桥在长期反复的汽车制动力作用下，梁体具有沿汽车行驶方向滑移趋势，如采用全连续结构，即上下构之间为橡胶支座连接时，这种滑移趋势往往造成梁体受力不平衡，支座脱空甚至破坏，从而导致梁体开裂。因此山区高速公路桥梁宜采用先简支后结构连续或墩梁固结的连续一刚构混合体系既适应平面线形又适应桥梁受力特点。
2 路侧宽容设计提升道路安全性能
路侧宽容理念的涵义是宽容道路的使用者，当他犯错时有足够的空间和时间，让他为所犯的错误付出最小的代价，而这个时间和空间是由道路设计者提供。理想状态下的路侧安全设计是什么?一辆高速行驶的汽车。直路，加速，突然前面出现了一个急转弯，刹车不及，车冲出路外……驾驶员面对的将是什么?大部分人会想到护栏，其实最理想的是一片平地!足够宽，直到车速降低，驾驶员反应过来，然后回到大路，继续他的行程。在对公路大桥结构受力特点进行分析的基础上，从大跨桥梁结构健康监测的布置、技术应用等方面，对大桥原安全监测系统及存在的主要问题进行分析研究。并从项目选择、监测设备的选用、传感器布设、网络结构、数据存储模式、应用软件设计，数据采集与监测运行模式等方面对大桥原结构安全监测系统进行详细分析，为工程设计与实施提供依据。在路侧安全的系统优化对策方面，路侧宽容理念应当在项目里得到集中体现。根据研究成果，宽容设计分为主动引导、尽可能降低事故伤害程度、适度防护共三个层次。主动引导是第一道防线，目的是通过各种引导手段使车辆正常行驶而不至冲出路外。首先在路侧设置轮廓标，通过视线诱导让驾驶员知道路侧位置，驾驶员就不会偏离中心车道行驶。改善线形对于提高路侧运行安全性是一种投资大、实施周期长，却是最根本的改善方法。对于以前修建的交通事故多发的不良线形组合路段，运用运行车速理论，改善线形，可以有效提高行驶安全性。
3 桥梁构造安全系统设计
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)9.3.16条也有相应规定：“预制T形截面梁的横隔梁连接，宜采用现浇混凝土整体连接”，在斜交桥及异形桥需横向弱联结时铰结是很好的形式。平原地区受净空和桥台填土高度限制，桥梁上构要求尽可能降低建筑高度，可以减小纵坡，降低路基填土高度，减少占地及降低路基处理难度。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(ITGD62—2004)关于偏心受压柱条文说明5.3.10指出，“当10／h＞30时，构件已由材料破坏变为失稳破坏。”斜坡上扩大基础与桩基础必须考虑基础扩散角和覆盖层厚度以及施工时相互影响。桩基础不管受力形式如何，施工方法上多是挖孔桩和钻孔桩。一般矮桥墩设计由强度控制，墩高高时须考虑桥墩稳定问题。大量计算实验表明对于先简支后刚构(墩顶与上构为钢板焊接)和先简支后连续(墩顶与上构为橡胶支座连接)的多跨T梁桥来说，墩柱有效长度10=1.2～1.431，1为墩柱高度，当1=40m且采用矩形截面时，h≥1.2～1.43×40／30=1.6～1.907m，h=50m时h≥2～2.383m，当墩厚大于2m时实心矩形截面经济性降低，墩柱为材料破坏时，采用实心矩形截面，其高度不宜超过50m。墩高较矮时，其施工既复杂又不美观所以少采用。当墩高较高时Y型薄壁墩施工只需一套模板，只需搭一个支架，对于地面横坡较陡搭支架困难，模板需求量大的山区桥梁，Y型薄壁墩有显著优势。立交桥优化设计主要通过交通组织优化管理和交通工程技术措施对现有桥梁及道路进行改造，提高通行能力。设计方案分两个阶段进行。通过优化立体交叉口的交通组织和管理，利用交通标志、标线和物理隔离设施对现有道路进行改造。在立交两侧修建两个对称的上跨回头曲线，在两边新修两个匝道，分別满足由立交转弯需求。优化设计方案设计根据拥堵，路段转弯较多，视线不好，标识、标线不清晰，占道行驶现象时有发生。可拓宽现有道路，针对拥堵现象突出、标志标牌不清等问题，通过交通渠化设计和交通管理措施以及局部路段或路口的改造和拓宽，争取在最短时间内解决本路段交通问题；未来规划对道路进行拓宽取直等。
4 路侧净区让事故车辆软着陆
路侧危险物能移除就移除；不能移除的可以移位，让危险物离道路更远；如果既不能移除也不能移位，就要采用解体消能设施或装置，来降低车辆与其碰撞的严重性，必要时还需对危险物进行标识和防护。路侧净区是指由车道边缘线开始向路外延伸的平缓，无障碍物区域。在实际中，净区条件很难达到理想化，所以课题组制定了优先顺序对策。如果引导手段不能完全避免路侧事故，当车冲出路外时，道路设计时应该尽可能提供路侧净区，使事故车辆“软着陆”。车驶出路外首先遇到的是路肩。如路肩够宽可提供比较大的容错空间，接着就是边沟，其中交通量、排水量都不大的道路可采用浅碟形边沟，如用矩形边沟要硬化路肩，并在边沟上加盖板，使净区由原来的硬路肩处一直延伸到路堑边坡的坡角处，净区宽度得到了很大改善，路侧安全性大幅增加。车冲出路外时设置在路侧坚硬的杆柱是威胁之一，可设置一种路侧杆柱解体消能装置来固定杆柱。当车撞上杆柱时，不再是硬碰硬而是装置断裂，杆柱倒下，消减了车辆一部度，又不对车辆造成大的损害，有效保护驾驶员。路基波形梁护栏板延伸一段并锚固在混凝土桥梁护栏上，同时将波形梁护栏端部附件的立柱进行加密实现护栏刚性连续变化，为更好导向碰撞车辆还可在波形梁板下方添加槽钢做的摩擦梁，这种处理方法具有成本低施工方便的优点。
5 完善公路桥梁结构设计系统
积极建立完善公路桥梁安全监控体系，确保公路桥梁结构安全。实现公路桥梁管理程序化、规范化、科学化。公路桥梁结构设计系统GQJS不仅进行结构分析还包括动态可视化数据前处理界面、结果图形浏览和检索、数据图形检验、预拱度设置、施工图绘制等一系列设计功能。结构体系可分阶段形成，备阶段可具有不同的静力图式。GQJS软件适用于任意可作为平面杆系处理的桥梁结构体系，如：简支梁，简支一连续梁、连续梁、连续刚构、连续拱、桁架结构、T型刚构、斜拉桥以及框架结构等。系统能对大跨径桥梁各种目前常用的施工工艺，如：悬臂施工、顶推法施工、临时支架组装等结构体系，进行施工阶段和使用阶段综合分析。系统采用了两端带刚臂的偏心梁单元，因而考虑了多根杆件交汇于一个结点的结点刚域效应。系统施工阶段计算荷载包括：体系调整(包括脱离工作的杆件恢复工作、顶推施工过程中支座的撤换)、张拉预应力钢束、拆除临时钢束、结构自重、集中荷载、分布力、强迫位移、拆除杆件元荷载，单向受力杆脱离工作荷载、混凝土收缩徐变引起的二次内力、混凝土收缩徐变引起的预应力损失等。道路及桥梁系统工程完善与优化设计方案，道路交通设施建设总体目标应以地面网络和交通设施为基础，优先发展公交客运交通，建设城市快速路和市区轨道交通体系，建成以地面公共客、货运输为主体，快速路和轨道交通为骨干的多种运输方式相结合协调发展。
6 结束语
建立健全公路桥梁安全监控体系，完善公路桥梁结构设计系统，对于公路工程与桥梁的设计建造十分重要。要进一步解放思想加强技术创新和工程创新，实现更好的安全功能发挥。