下面是两篇道路桥梁设计类工程师职称论文范文，第一篇论文介绍了国道302线公路桥梁设计，分析了桥梁病害的主要成因，经过精细全面的设计可以降低病害的产生。第二篇论文介绍了道路桥梁设计安全风险与有效优化措施，道路桥梁设计要确保其安全性和耐用性，论文对道路桥梁设计中存在的安全风险及有效优化措施记性了研究。
《国道302线公路桥梁设计》
摘要:通过调查阿尔山地区既有公路的交通事故分布规律及桥梁结构存在的病害，总结了交通事故及桥梁病害主要类型，初步分析了桥梁病害的主要成因，并提出相应防范措施。指出积雪冰冻区桥梁病害主要是由于该地区特有的不良地质、盐蚀、冻融、气候所导致，选择合理的桥梁结构类型，适应项目区建设条件的高性能材料，精细全面的设计可大幅度降低桥梁病害的产生。
关键词:阿尔山;公路桥梁;积雪冰冻;病害国道
302线阿尔山段公路地处内蒙古东部大兴安岭中段，设计标准为一级公路，设计速度80km/h。项目区属典型高寒山区，年最高气温34.5℃，最低气温-47.4℃，最冷月平均气温-27.6℃，年平均气温-2℃。冬季漫长，全年冰冻期和霜期8～9个月，无霜期70～120天，年平均最大冻土深度达3.1m。恶劣的的自然条件给桥梁施工、运营、养护及结构耐久性带来极为不利的影响，本文主要就冰雪严寒地区桥梁结构的普遍病害及该公路桥梁设计中采取的对策措施进行总结分析，以期为后续类似项目提供相应经验。
1桥梁平纵面设计经搜集整理并分析
2005～2014年阿尔山地区公路交通事故，冬季交通事故占全部事故率的76%。排除超速、超载、人为等因素后，路线纵坡大于4%路段或平曲线半径小于250m路段交通事故占比41%，主要是由于冰面行驶时车辆制动失效、车辆爬坡能力丧失导致下滑或弯道侧滑引起。纵坡小于3%且平面半径较大路段交通事故下降巨大，占比仅8%，说明在积雪冰冻地区路线指标对安全运营影响较大。桥梁作为架空结构，在严寒气候下桥面温度较路基段落路面温度低，桥面更易形成积雪冰冻现象。路线平纵拟定时桥梁路段宜提高标准并加强交通安全设施设置，保证后期运营安全。国道302线阿尔山段公路采用分幅设计，桥梁路段上坡时最大纵坡按3%控制，下坡路段最大纵坡按4%控制，平面半径不低于规范规定的一般值，同时在桥梁路段加强交通安全标志、标线设置，以加强后期运营安全。
2上部结构选型
考虑到项目区年施工周期短，设计时尽量采用可大规模生产的预制结构，以便在霜期仍可进行架梁施工。常规的预制结构主要有空心板、T梁及箱梁。空心板梁以其施工便捷，造价经济在国内中小跨径桥梁使用较多，但由于空心板铰缝配筋较少，在重载交通下铰缝易开裂，严寒地区铰缝进水后引起透水、泛白、冻胀等情况发生，大大降低结构耐久性，严寒地区尽量避免使用预制空心板结构。本项目对20m跨径以下桥梁上部均采用钢筋混凝土现浇板，20m及以上采用预制箱梁，避免空心板梁在该项目的使用。
3混凝土桥梁常见病害及相应对策措施
3.1基础冻胀
阿尔山地区广泛分布季节性冻土，冻胀是该地区桥梁的一种主要病害，寒冷季节桥梁基础地下水向上集聚并冻结成冰即发生冻胀，使桥梁基础产生上拔力，造成桥梁基础不均匀沉降，严重时甚至影响桥梁结构安全。影响冻胀的主要因素有地基土种类、土体含水量及地下水源、冻结时间、地基土压实度等。易发生冻胀的土体主要有粉土、粘土、砂土、腐殖土等，其中尤以粉土、腐殖土为重，粘土、砂土次之。粉土主要是由于土体中毛细水上升快，水流聚集严重，且含水量较高时土体强度降低较快，导致冻胀程度高。
腐殖土主要是由于土体中含有大量腐殖质和易溶盐加大了水流聚集，导致冻胀程度高。粘土中毛细水上升高度虽高，但上升速度慢，发生冻胀的程度不强。砂土孔隙率较大，毛细水上升高度小，发生冻胀程度小。土体含水量越高，越易发生冻胀。地下水的高度及补给也是影响冻胀程度的重要因素，地下水位较高且补给充足时，冻胀易发生，反之则不易发生。如内蒙、新疆等干旱地区，土体、温度都满足冻胀要求，但由于地下水位低，土体干燥，则不会发生冻胀病害。冻结时间越长，表层土体冻结后下部毛细水仍源源不断向上聚集，冻胀越大。地基土压实度与土体含水量也有直接关系，压实度低则含水量大，冻胀程度大。冻胀对桥梁基础的病害主要有基础不均匀沉降、墩台侧移、结构开裂等，大大降低桥梁使用功能及耐久性，严重时甚至发生塌桥风险，设计时应应引起高度重视。
设计防治措施:(1)冻胀严重路段墩台尽量采用桩基础，若采用扩大基础或轻型基础，基础底务必埋置于最大冻深线下不低于50cm。(2)墩台系梁、承台等埋置于最大冻深线下不小于50cm，同时，墩台四周1米宽度内换填不易发生冻胀的土体。(3)对于基础冻胀上拔力大于上部恒载的中小跨径桥梁，当桩长较短时，应适当加大桩基长度，并在桩基外侧冻土深度内增设分离式套筒，避免切向冻胀力。(4)台后路基采用不易冻胀的土体进行填筑，避免冻胀产生桥台侧向变形。
3.2冻融环境对结构的破坏
当混凝土抗渗能力不足时，水进入混凝土毛细孔或裂缝内，温度降低时，毛细孔或裂缝水体结冰膨胀，对周边混凝土产生挤压，长期冻融现场易导致混凝土结构疏松进而失去强度或剥落，导致钢筋外露锈蚀，影响结构安全及耐久性。当水体或土体有腐蚀性时此类情况更加严重，设计时应予以重视。设计防治措施:
(1)通过混凝土内添加引气剂增强混凝土密实性，减少孔隙率。
(2)加强主筋保护层厚度及主筋配置，降低裂缝宽度。对于大体积混凝土如承台、桥台等结构外侧增设防裂钢筋网，避免混凝土干缩裂缝。(3)采用高标号混凝土，并添加必要的添加剂，提高混凝土抗冻、抗渗性能。(4)对于土体或水体有腐蚀的路段，查明腐蚀性质，并在混凝土内根据腐蚀性质增加对应的添加剂，保证混凝土耐久性。
3.3受盐蚀结构的防护
阿尔山地区年降雪期长，路面冰冻积雪严重，公路养护时为除雪需大量使用除冰盐，除冰盐中氯离子对桥梁护栏、桥面铺装、伸缩缝等损害严重。若桥面防水措施未施做好，氯离子对梁体也产生损害。伸缩缝破损时，盐水自伸缩缝下渗至盖梁及墩柱处，引起桥墩盖梁及墩柱的盐蚀，以上种种大大降低桥梁结构的正常使用功能及耐久性。桥梁设计时主要从提高混凝土性能、提高保护层厚度、结构选型、材料选用解决盐蚀病害。
(1)提高混凝土保护层厚度及混凝土密实性、抗冻、抗渗性，明确混凝土中氯离子含量及碱含量，并在混凝土增加阻锈剂。
(2)加强桥面防水设计，桥面整体化层采用防水混凝土并在表层增加防水层，采用柔性防水和刚性防水相结合的双保险方案，同时要求做好精细化施工并严格控制施工工序。
(3)防撞护栏内侧盐水腐蚀严重部位，刷涂防腐涂层，兼顾防腐及警示功能，提高护栏美观性。
(4)取消桥面盲沟设置，避免盐水进入梁体与防水混凝土之间。同时适当增加泄水管数量，避免桥面积水。泄水管采用高性能抗冻PVC管材，不宜采用铸铁管。
(5)做好伸缩缝防水设计，防水带采用天然橡胶或合成橡胶，保证低温环境的拉伸性能，防治脆性破坏。同时，加强伸缩缝下桥梁下部结构的混凝土性能。
3.4桥梁支座
在低温环境下，板式橡胶支座的剪切模量、容许转角、剪切变形、橡胶与钢板的剥离强度、滑板支座的摩阻力均较正常环境下降较大，支座较易发生破坏，经调研阿尔山地区公路桥梁支座使用情况，支座破损率达18%，主要破损部位是四氟滑板支座及联长较长的次边墩固定支座。破坏机理主要是剪切破坏，支座变形达不到实际梁体变形要求，导致支座剪切破坏。常规的氯丁橡胶支座已经不适用于严寒地区，而天然橡胶支座与合成橡胶支座则能够较好的适应低温环境，严寒地区应选用此类橡胶支座，如三元乙丙橡胶支座等。同时，考虑到项目区年温差大，桥梁联长不宜过长，以减少支座的变形要求，且应适当提高橡胶支座高度，减小支座剪切刚度，提高支座变形能力。
4结语
积雪冰冻地区桥梁病害类型多样，除设计人员对此类地区建设条件认识不足导致的桥梁先天不足外，混凝土材料、防水材料、橡胶、沥青等筑路材料的性能也是影响桥梁耐久性的主要因素，如何利用项目区地材合理配比出适合项目区建设环境的高性能材料也是设计人员应重点关注的问题。桥梁安全、耐久的使用除设计因素外，施工质量及后期管养也是桥梁结构安全耐久的控制性因素，只有优良设计、精细施工、精心保养三者结合才可减少桥梁病害的产生。
参考文献:
[1]曲超，秦玉峰，李健.积雪冰冻地区城市化快速路纵坡坡度分析研究.城市道桥与防洪，2015，12(12):153-156.
[2]张立敏.严寒地区桥梁在盐冻环境下的耐久性技术研究.北方交通，2013(12):29-31.
[3]王爽.寒冷地区公路桥梁基础冻胀的防治.黑龙江交通科技，2009(1):95-96.
[4]赵士辉，韩晓波，韩继国，等.寒冷地区公路桥梁水泥混凝土病害调查与分析.吉林交通科技，2014(4):43-45.
[5]袁东野.寒区桥梁板式橡胶支座低温性能研究.东北林业大学硕士论文，2013.
作者：白浩 高卓 李怀明 单位：中交公路规划设计院有限公司 中国民航机场建设集团公司
《道路桥梁设计安全风险与有效优化措施》
摘要：随着我国经济水平和人民生活水平的不断提高，交通运输业的高速发展对道路桥梁的性能提出了越来越高的需求。道路桥梁设计是确保道路桥梁耐用性和安全性的重要环节，因此需要对道路桥梁设计的质量严格把关。本文将对道路桥梁设计中存在的安全风险及有效优化措施进行研究，希望对其他从业人员有所帮助和借鉴。
关键词：道路桥梁;施工设计;安全风险;优化措施
引言
道路桥梁是交通运输的基础，对促进经济发展、改善人民生活质量具有重要意义。近年来，随着交通运输业的不断发展，交通流量不断增大，同时重型、大型载重车辆不断出现，对道路桥梁的性能要求越来越高，为了确保道路桥梁的耐久性和安全性，必须对设计质量进行严格把关，特别是设计中存在的安全风险，必须引起设计者的重视，同时积极采取有效的优化措施，使道路桥梁更好地为人民生活和社会经济发展服务。
1道路桥梁设计中存在的安全隐患
1.1设计目标导致的安全风险
道路桥梁设计前需要对设计目标进行充分和科学的论证，如道路桥梁的最大承载能力、抗震性、车辆运行引起的震动等参数。但是这些参数很可能与实际情况不符，如道路桥梁通行后，通行车辆的最大重量远远超过预想值，或发生泥石流、地震、台风等自然灾害的严重程度超过预想状况。以较低的设计目标进行道路桥梁设计，使道路桥梁的耐用性和安全性在最初阶段就出现了安全风险。
1.2道路桥梁周边环境因素导致的设计安全风险
道路桥梁设计需要充分结合所在地区的地质状况和环境因素。因为道路桥梁涉及的区域较大，很难进行全面的地质检测，导致个别地点的地质状况与设计所用的数据存在差异，地层构造不稳定或抗压、抗剪能力较差等，如果不能及时发现和解决，很容易导致桥墩、路面等出现沉降，从而对整体的安全性和耐用性造成影响。此外当地的降水强度与风力比预想值大很多时，也容易使道路桥梁的性能受到影响。此外高温导致的道路桥梁出现热胀冷缩现象，如果热胀冷缩值超过设计值也会导致道路桥梁的内部出现应力，可能引起变形、损坏等情况。
1.3设计过程和管理导致的安全风险
因为各种原因，现阶段我国的道路桥梁设计质量较发达国家落后不少，设计单位的构建方面良莠不齐，不少设计单位的设计人员的专业知识水平和设计经验都明显不足，同时设计管理制度也较为落后。一些设计人员对一些设计因素考虑不周，如交通环境、热胀冷缩与风力等因素，导致道路桥梁在设计中存在较大的安全风险。此外因为不能正确使用设计软件或设计原理应用错误，也会导致安全隐患，如桥梁的结构分布不合理，支座、桥墩等受力较大，且桥梁在弯矩较大处的结构性能不能满足要求，在使用中会出现变形或损坏;或对道路桥梁的抗震性能设计不达标，很容易在出现自然灾害时支座系统出现位移或变形，导致整个道路桥梁的稳定性受到影响。随着道路桥梁设计规范的不断完善，设计人员对规范的掌握十分牢靠，但是很多设计人员对安全隐患的认识不足，在设计中机械地套用国家标准与规范，虽然道路桥梁的结构强度计算满足了规范的要求，但是很多桥梁最初5-10年使用期间完全满足要求，之后就会出现各种问题，使桥梁的耐久性和安全性受到严重影响。主要原因在于设计时没有充分考虑道路桥梁的结构构造、建造材料等在使用中出现老化、疲劳等因素导致的性能下降，同时在道路桥梁施工、桥梁使用和维护过程中也会出现不少人为错误，都会对道路桥梁的安全性和耐久性造成影响。当前的道路桥梁设计过程中，对设计人员的要求越来越高，不仅要求满足力学性能，还要有效控制成本，同时实现美观、新颖、环保等设计要求，此外设计周期也很紧张，对方案的论证和优化过程流于形式，很容易导致设计环节的错误不能被发现和改正，导致投入使用后出现安全风险。一些设计人员抄袭其它设计方案，生搬硬套导致道路桥梁在当前的环境和工况下性能难以满足要求，产生较大的安全风险。1.4创新导致的安全风险当前，道路桥梁的设计不断推陈出新，新的结构形式、新材料的应用等都使道路桥梁的设计面临了较大的挑战。新的结构形式很容易使设计人员因经验不足出现设计错误，而新材料的耐久性和稳定性也有待时间的考验，一些特定条件下的缺陷不能及时被发现，很容易导致安全风险。
2加强道路桥梁安全系数的设计优化措施
2.1设计目标的科学性
道路桥梁作为车辆行驶时的承载结构，在设计之前必须采用科学的方式确定设计目标。对于最大承载能力，需要以发展的眼光进行分析，结合城市的未来发展规划和交通规划，科学预测运输车辆的类型和数量，从而确定最大道路桥梁的最大承载能力。同时应考虑在道路桥梁使用后在关键路口等位置布置限高、限重等提示，避免超高、超重车辆对道路桥梁的破坏。对于抗震、抗风、抗洪等能力，应充分结合本地的地震、风暴、洪水等历史，同时以类似地区的情况作为参考，确定道路桥梁的抗震、抗风、抗洪等目标。
2.2加强对地质状况和周边环境的详细了解
设计前加强对道路桥梁所在区域的地质状况和周边环境充分了解，有助于针对不同的地质状况采取不同的地质补强措施，同时避开一些易出现地面沉降的区域，确保道路桥梁的耐久性和安全性，道路、桥梁的平整性也使驾驶体验得到极大改善。同时合理利用当地环境进行施工，能够极大的降低施工成本。因此设计单位必须安排专业的人员对道路桥梁的施工区域进行现场勘查，全面了解道路桥梁建造区域的地质参数，特别是对地质病害问题予以关注。同时将数据详细、真实录入，以便进行分析和计算，充分保证道路桥梁的安全性和耐久性。
2.3设计方法的准确性
在确定道路桥梁的设计目标及了解所在区域的地质状况和环境状况后，设计人员应充分利用地质状况，对桥梁的构成形式，道路桥梁的构件分布及构件规格等进行充分地设计及优化，加强桥梁五大部件、五大小件的设计处理，强度不满足要求时需采取加固措施。桥墩等重要支撑结构，有时会设置在水域中，设计人员应充分考虑沉降等情况，提供支护体系提高稳定性，此外为减少水流的冲击作用，应结合水流的方向和速度，设置合理的外形减少水流的侵蚀。对于道路桥梁所在地区温差较大的，应格外关注反复热胀冷缩对道路桥梁的影响。道路桥梁在使用过程中在车辆的作用下，承受着车辆载荷和风载荷等，这些动载荷引起的振动，使桥梁构建内部出现循环变化的应力，在这些内应力的长期作用下，构件不可避免地出现疲劳，构件容易出现微小的损伤，逐渐发展为明显的裂纹等缺陷，构件的力学性能降低后，在原有载荷的作用下，会导致构件的变形或断裂，局部构件的变形或损害又会导致周边结构的力学工况发生改变，从而产生连锁反应引发更严重的变形或损坏，产生安全风险甚至引起严重的事故。近年来我国的科研机构对金属和混凝土的结构的疲劳进行了大量的研究，疲劳问题有所改善，但是钢筋混凝土结构在使用期间容易受到腐蚀作用，因此其动态性能和疲劳性能还需要进一步研究和完善。为了提高设计的准确性，设计人员除了对相关规范和标准充分了解外，还需要结合道路桥梁的结构构造、建造材料等特性，充分考虑道路桥梁在使用中出现老化、疲劳等因素及使用不当、维护不当等问题，确保在使用期限内尽可能保持安全性和耐用性。对于类似方案的借鉴，应充分对受力状况和实际地质状况、周边环境等进行论证和改进。为了提高道路桥梁设计的准确性，设计单位除了通过对设计人员严格把关及加强培训、交流提高设计人员专业水平外，还应注重先进设计软件的引进和使用。通过先进的设计软件结合地质状况、地形地貌等充分确保道路桥梁构件参数的准确性，此外通过力学分析软件对道路桥梁的使用工况进行模拟和分析，确定各部分的最大应力及变形情况，并有针对性地通过增加受力结构、加大构件尺寸、改进构件材质等方式进行补强和加固。同时，设计单位应组织专业、经验丰富的人员对设计方案进行初审和终审，对图纸的结构布局、参数指标、建造范围及使用性能等进行充分论证，确保其性能满足设计要求，并对设计中的问题及时进行改进。
2.4正确对待设计创新
不断创新和改进是道路桥梁的设计工作的必然趋势，新的外型、新的构件布置形式、新材料的应用等创新在道路桥梁设计中会越来越多，对于新的外形和构件分布，应采用先进的力学分析软件进行充分模拟和计算，同时为了避免出现未考虑因素，应适当增加安全系数。对于新材料的使用，新材料的性能应根据使用工况进行充分地试验和研究。总之，创新必须以保证安全性和耐用性为基础。
3结语
道路桥梁作为交通运输的基础，安全、耐用的道路桥梁对确保交通运输的正常运转十分重要。设计作为确保道路桥梁性能的核心工作之一，必须对设计中存在的安全风险予以重视，及时发现各种设计安全隐患并予以有效的优化措施，确保道路桥梁的安全性和耐用性得到最大的发挥。
参考文献：
[1]齐心,杨海涛.关于道路桥梁设计隐患问题的几点研究[J].价值工程,2012,31(06).
[2]李志鹏.道路桥梁设计中存在的关键问题探讨[J].山西建筑,2014(16):213-214.
作者：陈娜 单位：日照交通规划设计院有限公司
推荐阅读：《世界桥梁》World Bridges(双月刊)创办于1973年，原名为《国外桥梁》，于2002年更名。现由中国铁路工程总公司主管，中铁大桥局集团有限公司主办，中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司出版。
