論結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

史炯

（320583198311270411）

論結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

史炯

（320583198311270411）

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高度發(fā)展，顯著推動(dòng)了交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展進(jìn)程，而道路橋梁設(shè)計(jì)在交通運(yùn)輸業(yè)中占據(jù)著重要的位置。本文先簡(jiǎn)單分析在道路橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的重要性，然后對(duì)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行概述，最后探討結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用，希望能為道路橋梁設(shè)計(jì)提供一定的參考。

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)；道路橋梁設(shè)計(jì)；應(yīng)用

前言：道路橋梁作為基礎(chǔ)設(shè)施，其質(zhì)量與國(guó)民經(jīng)濟(jì)緊密相關(guān)，而結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是影響道路橋梁質(zhì)量的主要影響因素，在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)過程中既要考慮當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\(yùn)輸情況，還應(yīng)掌握地質(zhì)條件，只有這樣，才能有效發(fā)揮結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的促進(jìn)作用。因此，本文對(duì)于結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的討論具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

一、應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的重要性

在以往的道路橋梁建設(shè)中，首先，借鑒以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建初步設(shè)計(jì)方案，在該方案中主要涉及道路橋梁建設(shè)所需原材料、整體布局、結(jié)構(gòu)尺寸等內(nèi)容；其次，綜合分析道路橋梁結(jié)構(gòu)，實(shí)地調(diào)查，構(gòu)建簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方案；最后，進(jìn)行力學(xué)分析，此項(xiàng)作為主要設(shè)計(jì)步驟，可正確評(píng)判以上設(shè)計(jì)步驟的合理性，如若確認(rèn)合理，則會(huì)應(yīng)用該方案，如若不合理，則會(huì)對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，指?dǎo)最終設(shè)計(jì)方案滿足工程要求，此種設(shè)計(jì)模式雖然可有效滿足道路橋梁建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，但是，考慮不全面，僅僅考慮到安全性、可行性這兩個(gè)因素，缺少對(duì)其它因素的考慮，一旦遇到結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的工程，則不再適用，而結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)建立在結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將設(shè)計(jì)劃分成多個(gè)獨(dú)立且功能單一的模塊結(jié)構(gòu)，具體可分為詳細(xì)與概要設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中借助結(jié)構(gòu)圖直觀描述設(shè)計(jì)階段，它既是道路橋梁發(fā)展的必然，還是最理想的設(shè)計(jì)方法[1]。

二、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)概述

（一）常用解法

1.圖解法

圖解法主要被應(yīng)用在二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析中，主要將一個(gè)設(shè)計(jì)變量充當(dāng)橫坐標(biāo)，另一個(gè)充當(dāng)縱坐標(biāo)，繪制曲線圖形，滿足約束條件，獲得約束區(qū)域，并在內(nèi)部繪制目標(biāo)函數(shù)等值線，各個(gè)等值線相切于可行區(qū)域周邊，切點(diǎn)即為目標(biāo)函數(shù)值；

2.計(jì)算函數(shù)極值

在該步操作中，首先將約束不等式轉(zhuǎn)換成等式形式，再除去目標(biāo)函數(shù)中的變量，在目標(biāo)函數(shù)僅僅含有一個(gè)變量，從中得到函數(shù)極值，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)；

3.同態(tài)設(shè)計(jì)

將不等式約束約束轉(zhuǎn)化成等式約束，降低設(shè)計(jì)空間的可靠性，即為同態(tài)設(shè)計(jì)法，通過此種方法獲得的解與原解相比略顯不足，有時(shí)在同態(tài)設(shè)計(jì)中還會(huì)出現(xiàn)無解現(xiàn)象。雖然同態(tài)設(shè)計(jì)存在不足，但是在具體的設(shè)計(jì)過程中，一定要借助同態(tài)設(shè)計(jì)得到解法。另外，同態(tài)設(shè)計(jì)還能簡(jiǎn)化復(fù)雜結(jié)構(gòu)，便于計(jì)算；

4.網(wǎng)絡(luò)搜索

網(wǎng)絡(luò)搜索屬于直觀切原始方法，它將問題在特定范圍內(nèi)劃分成多個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)分別指代不同的設(shè)計(jì)，參照特定規(guī)律按照由淺入深的原則進(jìn)行搜索，進(jìn)而獲得最優(yōu)解。在道路橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用此種方法時(shí)，首先，選擇一個(gè)變量，并將其固定，然后按照由小到大的原則驗(yàn)算其余變量，在驗(yàn)算的過程中應(yīng)保證各個(gè)點(diǎn)落在約束條件的范圍內(nèi)，最后，則優(yōu)選擇可行解，獲得最優(yōu)解。

（二）基本原則

1.確保剛度配置與截面形式合理，若想減輕結(jié)構(gòu)重量，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整位移分布，同時(shí)優(yōu)化內(nèi)力分布，還應(yīng)確保材料剛度滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；

2.盡可能簡(jiǎn)化快遞路線，只有這樣，才能使支撐反力有效均衡外負(fù)載，進(jìn)而減輕結(jié)構(gòu)重量，確保工程施工的正常開展，節(jié)省一定的工程材料；

3.滿足連續(xù)性要求，如若將橋梁結(jié)構(gòu)的不同部分構(gòu)成統(tǒng)一整體，既會(huì)簡(jiǎn)化傳遞線路，還會(huì)拓展結(jié)構(gòu)的受力范圍，進(jìn)而從整體層面減輕結(jié)構(gòu)受力，并縮減材料使用量，節(jié)省成本；

4.在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)全面考慮不同材料組合，有效結(jié)合結(jié)構(gòu)的外形尺寸和受力特點(diǎn)，達(dá)到不同材料性能的最大化，降低整體質(zhì)量；

5.綜合研究關(guān)鍵性受力構(gòu)件自身性能，充分發(fā)揮。橋梁結(jié)構(gòu)因?qū)嶋H需求的不同會(huì)將其應(yīng)用到不同的環(huán)境中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)可分別設(shè)計(jì)適用于不同情況的結(jié)構(gòu)，為縮減關(guān)鍵性受力桿數(shù)量，最大限度地發(fā)揮受力桿的作用，實(shí)現(xiàn)綜合運(yùn)用，以此來節(jié)省工程材料，降低成本投入[2]。

（三）計(jì)算模型

在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中主要包含模型化、離散化以及簡(jiǎn)化的工程材料與負(fù)載這三種計(jì)算模型，其中模型化結(jié)構(gòu)是指借助力學(xué)原理科學(xué)分析不同結(jié)構(gòu)的內(nèi)部規(guī)律，在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可針對(duì)結(jié)構(gòu)的突出矛盾實(shí)施模型化處理，通過該種結(jié)構(gòu)可增加設(shè)計(jì)方案的全面性，便于工程施工的順利開展；離散化結(jié)構(gòu)是指將結(jié)構(gòu)無線自由度變成有限的，也可以將其理解將整體結(jié)構(gòu)劃分成不同的組成部分，即為離散化劃分，此種結(jié)構(gòu)便于受力分析，也能為設(shè)計(jì)施工提供便利；在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，一般會(huì)假定工程材料的塑性與彈性是最理想的，并借助有限參數(shù)仿效隨機(jī)負(fù)載，該負(fù)載的自由度是無限的。經(jīng)由結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)可簡(jiǎn)化工程材料與負(fù)載的計(jì)算過程，有助于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的正常開展。在實(shí)際施工過程中，應(yīng)結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)的自身情況，合理選擇計(jì)算模型。

三、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用

（一）在防水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要的作用，如若無法及時(shí)排除道路橋梁表層積水或者防滲漏不合理，將會(huì)縮減道路橋梁的使用年限。一方面，應(yīng)合理規(guī)劃防水層設(shè)計(jì)，若想達(dá)到預(yù)期的防水保護(hù)效果，應(yīng)鋪設(shè)防水層，為滿足這一要求，應(yīng)選擇密實(shí)性良好的混凝土充當(dāng)原材料，同時(shí)，還應(yīng)增設(shè)配筋網(wǎng)，減小混凝土出現(xiàn)開裂的可能性，通常使用復(fù)合纖維混凝土，實(shí)現(xiàn)防水。滿足要求的防水層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：首先，保證路面粘結(jié)性滿足標(biāo)準(zhǔn)，無起皮、脫落現(xiàn)象；其次，將混凝土和路面攤鋪成統(tǒng)一整體，并保障具有較高的抗拉強(qiáng)度和延展性；最后，規(guī)范安裝泄水管道，合理設(shè)計(jì)，以免水分滲出，否則將會(huì)混凝土產(chǎn)生嚴(yán)重影響[3]。

(二)在混凝土施工中的應(yīng)用

1.增加混凝土保護(hù)層厚度

鋼筋與混凝土共同組成鋼筋混凝土，它作為一種復(fù)合型材料，被廣泛地應(yīng)用在道路橋梁中，通常會(huì)在鋼筋混凝土上方攤鋪保護(hù)層，具有預(yù)防腐蝕的作用，強(qiáng)化持久性，增加安全系數(shù)，以此來有效保護(hù)鋼筋混凝土。因此，分析國(guó)家規(guī)范可知，若想提升保護(hù)層的保護(hù)效果，可增加保護(hù)層厚度；

2.滿足耐久性

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，持久性與道路橋梁質(zhì)量緊密相關(guān)，并決定工程的使用壽命。近年來，伴隨著道路橋梁建設(shè)步伐的加快，在工程建設(shè)中普遍存在偷工減料的現(xiàn)象，并在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)缺少對(duì)整體布局的考慮，計(jì)算不準(zhǔn)確，這些均會(huì)對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響[4]。因此，在混凝土的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)保證耐久性符合標(biāo)準(zhǔn)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，應(yīng)增強(qiáng)混凝土自身的耐久性，科學(xué)計(jì)劃材料配比；

3.強(qiáng)化構(gòu)造配筋

開裂作為混凝土的通病，一旦出現(xiàn)開裂將會(huì)損壞結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)雨水滲入的現(xiàn)象，伴隨著雨水的逐步滲入，將會(huì)擴(kuò)大開裂縫隙，并損壞內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此，在應(yīng)用混凝土?xí)r，應(yīng)有效控制開裂情況，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可適當(dāng)增加構(gòu)造配筋數(shù)量；

結(jié)語(yǔ)：結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)區(qū)別于以往道路橋梁設(shè)計(jì)方法，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)方案，只有這樣，才能確保結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的安全、可靠，進(jìn)而確保道路橋梁建設(shè)的安全、順利開展。伴隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)水平也會(huì)隨之提升，并會(huì)涌現(xiàn)出大量的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方案，希望能將道路橋梁設(shè)計(jì)帶到更高的水平。

[1]馬立新,吳春芳.結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2014,(25)：298-298.

[2]陳菲菲.結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].黑龍江科學(xué),2015,(1)：40-41.

TU7

B

1007-6344（2015）08-0096-01