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

孫樹春

【摘 要】在道路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)劃中，不僅僅要充分考慮道路橋梁的使用性能及安全，還要考慮現(xiàn)有國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀及資金的使用情況，結(jié)合實(shí)際需要設(shè)計(jì)合理的道路橋梁結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)道路橋梁設(shè)計(jì)主要采用定值法進(jìn)行設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，從某種角度而言，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)受不確定因素影響比較多，難以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，對(duì)此下面主要針對(duì)如何優(yōu)化道路橋梁設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的分析與總結(jié)，在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法上提出更好的合理化意見，以便進(jìn)一步優(yōu)化道路橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)其發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)；道路橋梁設(shè)計(jì)；應(yīng)用

前言：

近年來，國(guó)內(nèi)發(fā)生幾起大橋塌陷或局部遭到嚴(yán)重?fù)p害事故，為了增強(qiáng)道路橋梁的安全系數(shù)、提高耐久性，避免橋梁受損，應(yīng)該加強(qiáng)道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)工作，這是當(dāng)前迫在眉睫需要解決的事情。

一、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用的重要性

道路橋梁建設(shè)過程中，以前的設(shè)計(jì)主要分為三步：第一步，按照相關(guān)人員的設(shè)計(jì)道路橋梁的經(jīng)驗(yàn)，形成簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)雛形，這個(gè)設(shè)計(jì)雛形包括這個(gè)道路橋梁使用哪些原材、大概的布局以及結(jié)構(gòu)大概的尺寸等；第二步，對(duì)道路橋梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的分析，深入調(diào)查，形成簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方案；第三步，力學(xué)分析，這是很關(guān)鍵的一步，因?yàn)檫@個(gè)環(huán)節(jié)能夠真正的檢驗(yàn)出上一步驟設(shè)計(jì)出的道路橋梁結(jié)構(gòu)是否具有可行性，如果符合相關(guān)要求，就利用該方案，如果不符合要求就根本設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行不斷地修改，直至完全符合要求，最終形成設(shè)計(jì)方案。這種設(shè)計(jì)方案優(yōu)勢(shì)十分突出，它能夠完全符合道路橋梁建設(shè)的要求，但是它只考慮到道路橋梁的安全性與可行性，對(duì)其他更多的因素并沒有過多的考慮，如果遇到結(jié)構(gòu)復(fù)雜的道路橋梁，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法很難起作用。所以對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)性的改良很重要。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)就是模塊化設(shè)計(jì)，每一個(gè)模塊都是獨(dú)立的，并且功能單一，主要涵蓋兩種設(shè)計(jì)，一種是詳細(xì)設(shè)計(jì)，而另一種是概要設(shè)計(jì)，它主要利用結(jié)構(gòu)圖將設(shè)計(jì)描述出來，無論是從道路橋梁設(shè)計(jì)方面說，還是從整個(gè)道路橋梁發(fā)展來說，意義都十分重大。

二、道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)應(yīng)該堅(jiān)持的原則

①科學(xué)性原則

在道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)該合理選擇道路橋梁結(jié)構(gòu)，注意橫截面與道路橋梁結(jié)構(gòu)配置，做到更為科學(xué)和有效，在合理調(diào)整道路橋梁結(jié)構(gòu)位置，優(yōu)化道路橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的基礎(chǔ)上，使道路橋梁結(jié)構(gòu)的重量降低，實(shí)現(xiàn)道路橋梁結(jié)構(gòu)的科學(xué)化。

②簡(jiǎn)約化原則在道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中確保道路橋梁結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)約化，盡量通過簡(jiǎn)化的路徑做到道路橋梁結(jié)構(gòu)力的直接、簡(jiǎn)單傳遞，達(dá)到道路橋梁結(jié)構(gòu)能夠平衡地分散外部負(fù)荷，對(duì)于確保道路橋梁結(jié)構(gòu)自重，提高道路橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，節(jié)約道路橋梁結(jié)構(gòu)施工材料，提升道路橋梁結(jié)構(gòu)施工效率有著重要的價(jià)值。

③連續(xù)性原則當(dāng)前，道路橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了自身重量越來越高、負(fù)荷越來越大的趨勢(shì)，這需要在道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和一體性，以此來確保道路橋梁結(jié)構(gòu)在受力的情況下，擴(kuò)大有效的受力面積，縮短道路橋梁受力傳遞的路徑，在優(yōu)化結(jié)構(gòu)、降低材料使用的基礎(chǔ)上，提高道路橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、連續(xù)性。

④統(tǒng)合性原則

在道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中要統(tǒng)和材料、結(jié)構(gòu)兩個(gè)重要的部分，在材料部分中應(yīng)該考慮不同材料在道路橋梁結(jié)構(gòu)中的不同部位與不同性質(zhì)，要做到在優(yōu)化結(jié)構(gòu)的同時(shí)科學(xué)設(shè)計(jì)材料應(yīng)用。同時(shí)，應(yīng)該利用不同結(jié)構(gòu)、不同形狀受力和功能的特點(diǎn)，統(tǒng)和道路橋梁結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定、重量、受力等結(jié)構(gòu)特性目標(biāo)。

⑤整體性原則

道路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要利用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，突出道路橋梁結(jié)構(gòu)的整體性，特別要求做好過載和特殊情況確保道路橋梁結(jié)構(gòu)整體性和安全性的設(shè)計(jì)，通過提高承重力，整體效果，使道路橋梁結(jié)構(gòu)的總體用料得到節(jié)約，在確保道路橋梁施工質(zhì)量的同時(shí)，降低道路橋梁結(jié)構(gòu)的建設(shè)成本。

三、道路橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方法及實(shí)例分析

①結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的常用計(jì)算法

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中常用方法包括圖解法、求函數(shù)極限值法、同臺(tái)設(shè)計(jì)法和網(wǎng)絡(luò)搜索四類方法，每種方法計(jì)算方式各有不同。圖解法主要應(yīng)用于各類二維結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案計(jì)算，將兩個(gè)設(shè)計(jì)變量分別看做是橫縱坐標(biāo)，根據(jù)相應(yīng)的制約因素進(jìn)一步制出曲線表，由表得出兩變量的約束區(qū)域，取這一函數(shù)區(qū)域的等值線，進(jìn)一步同結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方案的可行范圍函數(shù)線相切，切點(diǎn)即可作為結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方案的確定值。求函數(shù)極限值的方法，則主要是把約束條件從不等式轉(zhuǎn)化為等式，再依次去除其中的各項(xiàng)變量，直到只剩下一個(gè)變量為止，根據(jù)該變量分別求得函數(shù)的最大與最小兩個(gè)極限值，為結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)提供參考。

同臺(tái)設(shè)計(jì)法，主要是將等式約束中的等式替代為不等式，以降低設(shè)計(jì)方案的可行性來求得相應(yīng)數(shù)值。該算法得出的數(shù)值一定程度上存在缺陷，甚至算不出來。但一定程度上，該算法能夠有效簡(jiǎn)化原有的復(fù)雜式結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)計(jì)算，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行巧妙應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)搜索法，則主要是將道路橋梁設(shè)計(jì)所考慮的各類問題在一定區(qū)域內(nèi)分割為多個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，各點(diǎn)均表示不同種類的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)網(wǎng)格圖的規(guī)律逐漸探索，最終篩選出最符合需求的網(wǎng)格點(diǎn)。此方法在實(shí)際應(yīng)用前，需要選擇一個(gè)固定變量，以此為中心對(duì)其余變量進(jìn)行演算，最終從所有有效解中選擇出最符合結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方案的解。

②道路橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的實(shí)例分析

某道路橋梁在對(duì)橋頭搭板進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)道路橋梁橋頭搭板寬度、厚度以及長(zhǎng)度進(jìn)行科學(xué)合理控制的同時(shí)，利用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法，額外對(duì)道路橋梁的埋入深度進(jìn)行了計(jì)算，相應(yīng)的調(diào)整過后，有效優(yōu)化了橋頭搭板的整體結(jié)構(gòu)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷變化發(fā)展，各種計(jì)算機(jī)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)之中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁設(shè)計(jì)中也同樣利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，針對(duì)道路橋梁進(jìn)行合理化的模擬實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而從多種優(yōu)化設(shè)計(jì)方案中選擇與實(shí)際工程相符的道路橋梁設(shè)計(jì)。在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，不僅僅確保了道路橋梁的質(zhì)量，還綜合分析了不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于道路橋梁質(zhì)量的影響，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以準(zhǔn)確的計(jì)算出相應(yīng)數(shù)值與實(shí)際橋梁設(shè)計(jì)之間的差距，不僅如此，還能準(zhǔn)確推斷出影響質(zhì)量的不安全因素，通過分析合理化的解決，進(jìn)而在實(shí)際道路橋梁施工中減少了不必要的經(jīng)濟(jì)損失，提高了整體效益。

四、道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用

①道路橋梁防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

一方面，在道路橋梁防水結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該確保道路橋梁路面的物理性質(zhì)，通過材料和工藝的控制設(shè)計(jì)保障材料的黏結(jié)性，做到路面不起皮，混凝土不脫落。另一方面，在道路橋梁防水結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中要注意路面的平整性，通過嚴(yán)格設(shè)計(jì)混凝土施工，將路面和混凝土鋪成一個(gè)整體，以確保防水的平整。此外，在道路橋梁防水結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中應(yīng)該確保結(jié)構(gòu)的整體性，要選用延展性好、抗拉力強(qiáng)的材料作為基礎(chǔ)，通過合理的工藝實(shí)現(xiàn)防水結(jié)構(gòu)的整體性。最后，規(guī)范排水管線、集水管道的設(shè)計(jì)，要通過嚴(yán)格的規(guī)范來確保排水設(shè)施安裝過程，避免出現(xiàn)對(duì)道路橋梁結(jié)構(gòu)和混凝土部位出現(xiàn)的滲透、腐蝕，以此來確保道路橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與安全。

②道路橋梁混凝土項(xiàng)目設(shè)計(jì)的應(yīng)用

一方面，道路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要重視混凝土中鋼筋的保護(hù)層厚度，應(yīng)該根據(jù)道路橋梁結(jié)構(gòu)的需要和混凝土施工規(guī)范，明確確定道路橋梁混凝土鋼筋的保護(hù)層厚度，通過保護(hù)層來確保鋼筋的結(jié)構(gòu)功能和作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)道路橋梁結(jié)構(gòu)的安全。另一方面，道路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該重視混凝土的耐久性，要在設(shè)計(jì)中規(guī)劃好混凝土材料的配比，特別是：水灰比例、水泥使用量、強(qiáng)度級(jí)別等，以確保道路橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與安全。最后，道路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要加強(qiáng)增強(qiáng)構(gòu)造配筋設(shè)計(jì)，要通過規(guī)范配筋的數(shù)量、形式和結(jié)構(gòu)增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂縫能力，確保道路橋梁結(jié)構(gòu)符合實(shí)際與使用的需要。

五、結(jié)束語

隨著道路橋梁在人們?nèi)粘Ｉ罴吧鐣?huì)生產(chǎn)中地位的增強(qiáng)，道路橋梁的設(shè)計(jì)優(yōu)化也逐漸成為了實(shí)際施工中需要重點(diǎn)考慮的問題之一，通過應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)等方法，能夠在提高道路橋梁質(zhì)量的同時(shí)，有效提高施工效率及質(zhì)量，該方法具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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