市政路桥线形设计中数学方法运用分析

市政路桥线形设计中数学方法运用分析
发布时间：2021-07-15T13:14:31.330Z 来源：《建筑实践》2021年40卷8期作者：黎萍
[导读] 市政路桥设计中，良好的几何线性可以更好的保证交通安全性，
黎萍
广东省基础工程集团有限公司广东广州 510000
摘要：市政路桥设计中，良好的几何线性可以更好的保证交通安全性，对于数量日益增长的私家车，道路顺畅度也格外重要，线性设计对此也有重要影响，并且可以避免雨水的积累，更好的保证路面质量，降低后期维护成本。

因此线性设计对路桥设计也很重要，本文就在路桥线性设计中数学方法的应用进行分析。

关键词：市政路桥；线形设计；数学方法；运用分析
1.线性设计对市政道路桥梁交通安全的重要影响
路桥线性的设计是否合理关乎以后道路交通的通常能力、车辆行驶安全性以及驾驶舒适性等，不合理的设计不仅在以上几方面有负面影响，更是变相增加了路桥的运载压力，同时对社会经济财产造成巨大的浪费。

路桥线形设计的好坏对于路桥的交通安全起着重要的作用，如果路桥线形设计的合理性得不到实现，将会很大程度上减少桥梁交通承载力，造成不可估量的经济损失以及社会时间的浪费，线性设计的合理，可以在一定程度上提升驾驶环境的舒适性，同时也能够在很大程度上减少道路交通事故发生的概率［1]。

市政路桥设计不应只考虑路桥平面线性设计和纵切面线性设计，路桥的横向截面的线性设计也要注意，除此之外，路桥建设的位置、气候条件、地形和周围环境也是对路桥线性设计的影响很大，结合项目所在地的土地使用规则以及环保要求来设计路桥的线性，在线形设计中充分利用几何尺寸搭接组合，从施工设计、交通使用以及后期维护等角度，保证道路与路桥的横断面线形设计的和谐。

因此在实际路桥设计中，需要对其线性规划进行科学分析，选对分析方法省时省力，常规设计中，经常采用修改尝试的方式，费时费力，并且所得到的效果也是相对较好，而不是综合最好的结果。

因此，如果能够将数学方法应用到路桥线性设计中，则可以取得事半功倍的效果。

2.道路路桥线性设计的要素
路桥线形设计的过程是不得不考虑的，比如通过不同的地形环境建造河桥，或跨过建筑物，这些都是路桥线形设计的重要组成部分。

（1）路桥线形设计需要严格遵守相关国家标准或行业标准的设计规范，通过到施工现场考察地质地形环境等，而设计方案是经过综合研究分析后确定的，后期根据在施工过程中实际施工情况对原线性设计进行适当调整［2]。

实现更优化的设计方案。

（2）道路路桥线形设计的美学特性
路桥设计不仅对安全性、经济型以及道路通畅性有影响，也对城市环境的美化具有重要作用，好的路桥设计可以成为一个城市的名片，甚至地标性建筑，因此，道路和路桥的线性设计应充分利用当地的地形设计自然线性美，可以有机结合和其他建筑周围环境。

（3）为了确保道路和路桥的线性设计符合司机的驾驶习惯和乘客的乘坐舒适性，汽车的舒适性需要在线形设计中注意路桥的平面设计、纵向设计和横截面设计，这样才能保证路桥线形的流畅协调。

3.应用数学方法对道路路桥线形设计的影响
在市政道路路桥线形设计中，将数学方法应用于平面线形、纵断面线形和面纵线形的组合设计中，可以提高线形设计的精度，提高线形设计的舒适度。

1233.1平面线性
市政道路、路桥的平面线形主要分为两种长线，即长直线和平曲线。

它主要代表路体的线性形状。

如果直线在道路直线上设置的直线过长，很有可能导致驾驶员在驾驶过程中感到驾驶疲劳、注意力不集中、超速的现象，从而在一定程度上影响驾驶安全［3]。

而平面曲线设计中，主要发生在直线弯曲曲线设计中，直线曲率过大，如果转弯半径较大，速度过快的话会增加交通事故发生的概率，因此需要合理控制平面曲线的曲率半径进行设计
3.2纵断面线性
剖面线在纵向平面直线设计时，如果设计缺乏合理性就增加了事故发生的可能性。

例如在下坡的位置上，如果坡度设置不合理，坡度太陡，可能会造成车辆在行驶过程中车速过快造成交通事故，因此，在剖面设计中，需要设置剖面线，合理控制长纵坡，减少线形组合过程中的交通事故。

3.3线性组合
道路路桥建设中的地形周边建筑组成等条件具有一定的复杂性、非线性、所以在设计各种线形组合的路桥设计中并不常见，对于不同路段的线形组合方式有较多的补贴，合理的路桥线形组合设计可以减少交通事故的发生[4]。

包括：线性伸缩缝在设计时通过流畅的线性粘聚力组合，使弯曲截面的曲率尽可能一致，避免设计时的突变性，即为了给驾驶员带来形式舒适合格性和保证安全常见的不合理路桥直线组合设计有纵向表面凹凸组合反复小半径曲线和直线组合等。

4.数学方法在路桥线形设计中的应用实例
以某路桥工程为例，该案例总长度为3.5公里，由于地理因素的原因，该路桥的建设要分成四部分进行，首先是南岸引桥段、其次是通航孔桥段、主航道斜拉桥段、北岸引桥段。

1212344.1几何作图法的具体应用
首先，设计师需要进行测量工作，测量内容主要包括中心线半径和补直线的角、圆曲线半径等。

实际测量后，用α和R分别表示某道路中心线与该道路中心线的夹角，该道路中心线的夹角为10°。

在这种情况下，采用几何绘图的方法我们知道应该大于10的两倍。

因此，设计者可以先设α为30，然后用公式L= 1/180 αRπ计算出弧长，并计算出R的值为22920。

在这种情况下，R的值可以达到24，000此外，在确定直线半径后，设计师还需要通过计算出的半径的值，来计算出转角的值。

4.2几何作图法用于推导凹形竖曲线最低点位置
在进行路桥线性设计的过程中需要注意设计，使后期使用过程中避免路面积水，要做到这点则需要在设计过程中准确确定路面（凹形
垂直曲线）最低点。

雨水出水口一般设计在道路纵断面坡度变化点的位置，但设计在实际的雨水出水口处与设计方法有一定的区别，如道路两侧直线垂直曲线不对称的纵向坡，导致坡点与低凹垂直曲线不相同的地方[5]，另外，如果按照传统的设计经验进行排雨口设计，会使路面排水系统在一定程度上出现问题，严重时会引起路面雨水堆积，影响正常开车，不仅在一定程度上增加了道路养护工作的难度，也增加了路面养护成本，根据几何映射的基本原理，可以准确地分析最低位置凹形竖曲线，画的具体方法：从圆心的位置作垂直于水平的位置和垂直的曲线，两条线段的交点是低点，最后，根据公式计算出斜率变化点到垂直凹曲线最低点的距离，从而准确得到最低点的位置。

5.数学方法的美学价值
5 将数学方法融入到工程设计中，不仅能够起到提升安全性等关键性作用，而且运用得当的话，可以在很大程度上提升建筑的美感，使之与周围环境的统一性更强，甚至能够对周围环境起到画龙点睛的作用，这是因为数学美是客观规律的反映，规律性的产物往往更让人愉悦。

因此，将数学方法融入到工程设计中可以使项目建设更加美观。

传统意义上的审美原则，包括审美意识的多样性、主观要求等，具有局部定量化等审美原则的特点。

在路桥设计中，应用越来越普遍，而且更容易被接受，它的设计原则之一是符合工程实践的需求，比例和规模之间的关系这一原则的部分解释事物的同时，也可以对细节的事物本身的性质应。

在我们常规路桥设计的概念中，往往是具体性的主观要求，例如立交层级等。

而设计中所蕴含的美学成分，则要由各部分之间的比例关系来进行确认。

因此，对不同部位的设计要考虑不同的比例关系，常见的有黄金分割率0.618、黄金分割点、黄金比例等，依照这些美学与数学结合之美进行设计可以使工程项目让人更舒服。

6. 结论
路桥设计中，关注点往往更倾向于结构性的设计，而对于路桥的线性设计往往投入的精力不够，使得道路的舒适感、安全性都没有达到该路段所应具有的最佳状态，甚至会影响公民的生命财产安全。

因此在设计过程中也要关注路桥的线性设计，合理利用数学方法，使其性能更科学、更强大，将其性能发挥到最大。

参考文献
[1].杨城。

关于市政路桥线形设计中数学方法的应用分析［J]。

建筑工程技术与设计， 2017， 000（008）：1857.
[2].唐智斌。

数学方法在市政路桥线形设计中的应用分析［J]。

建筑工程技术与设计， 2015， 000（018）：1087—1088.
[3].杨兴之。

市政路桥线形设计中数学方法的应用［J]。

建材发展导向：上， 2017（5）。

[4].罗庆延。

数学方法在路线设计中的应用探讨［J]。

工程技术（引文版）， 2016， 000（002）：00056—00056.
[5].周兴国。

市政路桥线形设计中数学方法的运用［J]。

城市建筑， 2016， 000（036）：284.。