結構化設計在道路橋梁設計的應用探討

楊波

（重慶市萬州區(qū)交通設計院　重慶市　萬州區(qū)　404000）

結構化設計在道路橋梁設計的應用探討

楊波

（重慶市萬州區(qū)交通設計院重慶市萬州區(qū)404000）

隨著我國的經(jīng)濟不斷發(fā)展，交通建設也在不斷完善。道路橋梁設計是交通建設的重要組成部分，對交通環(huán)境具有重大意義。本文主要針對道路橋梁設計中的結構優(yōu)化設計展開探討，并闡述了其設計重點和相應的改善措施。

結構設計；道路；橋梁設計

目前，我國的道路橋梁設計主要還是采用的傳統(tǒng)設計方法，即定值法。為了優(yōu)化結構設計，就需要在進行道路橋梁設計中，根據(jù)我國的經(jīng)濟發(fā)展狀況和社會現(xiàn)狀考慮，并結合各方面的影響因素，對道路橋梁進行綜合設計，保證結構設計的優(yōu)化。由于傳統(tǒng)設計結構的方法已經(jīng)不能滿足當今社會的要求，因此，我們需要根據(jù)以往的經(jīng)驗，在其基礎上進行適當?shù)母纳?，提出更好的設計方案，從而保證道路橋梁的工程質量。

1　結構化設計的必要性

①道路橋梁的設計流程都需要制定設計方案，包括總體策劃、結構設計、材料采購、施工工藝、施工流程等方面[1]。其中，結構設計是影響道路橋梁設計的重要因素，為了滿足道路橋梁的設計要求，就必須根據(jù)不同的情況進行結構設計。因此結構化設計對整個道路橋梁工程都尤為必要。②從結構化設計的方法上來說，其設計思想主要是通過詳細設計和概要設計兩方面體現(xiàn)。同時，結構化設計需要借助結構圖進行相關詳細描述。由此可見，結構化設計不僅是發(fā)展道路橋梁的必要因素，也是道路橋梁的最佳設計方法。

2　結構化設計的基本原則

結構化設計在道路橋梁設計中應該堅持的基本原則主要有五個，包括：①在剛度配置和截面形式上必須堅持科學合理的原則，可以有效減少結構的重量，優(yōu)化位移與內力的分布；②在傳遞路線上堅持簡單原則，可以促進支承反力對外荷載的平衡，從而減少結構重量，節(jié)約材料；③為了保證橋梁結構的各個部分形成統(tǒng)一的整體，就要堅持連續(xù)性原則，不僅可以增加橋梁結構的受力范圍，還可以降低結構受到的整體內力，從而減少成本；④堅持優(yōu)化原則，在材料的運用上，要將各種材料按照其特性和作用進行分類，通過優(yōu)化配置材料，可以有效減輕結構的整體重量；⑤在施工過程中，要堅持因地制宜的原則進行各項工作。結構化設計是一項比較系統(tǒng)的工程，需要根據(jù)不同的工作環(huán)境和不同的結構進行設計工作，從而減少受力桿數(shù)量，減少材料的使用率，降低成本。

3　結構化設計的模型構建和常用解法

3.1模型結構

3.1.1離散化結構

離散化結構的具體做法就是將道路橋梁的結構從無限自由度轉向有限自由度，使整個結構進行離散化的劃分[2]。該模型結構的優(yōu)勢在于受力，可以促進道路橋梁的設計工作順利進行。

3.1.2模型化結構

在進行道路橋梁結構的設計時，需要運用力學原理對各種結構的內在規(guī)律性進行分析。模型化的結構能夠使設計整體更加全面，促進施工工作的順利進行。

3.1.3簡化的材料和荷載

由于結構化設計可以使用有限的參數(shù)進行無限的模擬，且經(jīng)常假設結構的材料具有理想塑性和理想彈性的[3]。因此，結構化設計能簡化材料和荷載，有利于促進施工的順利進行。同時，不能忽視對計算機模型的選擇，最后是能保證計算機模型能夠反映出橋梁結構的真實受力情況。

3.2常用解法

3.2.1圖解法

圖解法就是以設計變量作為橫縱坐標，然后作出符合條件的曲線，通過上下界限的約束區(qū)域，得出目標函數(shù)值，該解法通常用在二維結構的設計[4]。

3.2.2求解函數(shù)極值

求解函數(shù)極值的步驟有三個：①轉換約束不等式；②消除目標函數(shù)中的變量，計算函數(shù)的極值；③分別求出函數(shù)的最大最小值。

3.2.3同態(tài)設計法

同態(tài)設計法比較局限，甚至會出現(xiàn)得不到解的情況，縮小了設計空間的可行性[5]。把不等式約束換作等式約束，縮小了設計空間的可行性，這就是同態(tài)設計法。但是在實際應用中，仍然存在大量使用同態(tài)設計法的現(xiàn)象，主要是因為同態(tài)設計法能夠有效簡化復雜的結構計算步驟。

3.2.4網(wǎng)絡搜索法

網(wǎng)絡搜索法是所有解法中最直接的方法，根據(jù)固有的范圍進行搜索，找到最優(yōu)解的網(wǎng)格點。在道路橋梁設計中運用網(wǎng)絡搜索法，要先固定一個變量，然后對其他變量進行驗算，并按照從小到大的順序[6]。最后根據(jù)得出的結果，選擇滿足目標函數(shù)的點，即為最優(yōu)解。

4　結構化設計在道路橋梁設計中的應用

4.1結構化設計在道路橋梁防水設計中的應用

結構化設計在道路橋梁方式設計中要注意兩方面要點：①認真部署防水層，選擇密實性的混凝土作為原材料，保證道路橋梁的防水效果；②為了防止混凝土開裂，需要混入鋼筋網(wǎng)，選擇復合纖維混凝土或將水泥與結晶材料滲透在一起，保證防水效果。同時，防水層結構要達到標準要求，還需要符合以下四個原則：①確保路面的粘度，以免出現(xiàn)起皮、脫落現(xiàn)象；②在鋪設過程中，保持混凝土與路面的整體性；③保證整體結構具有具有抗拉強度及延展性；④合理進行泄水管道的設計與安裝，處理好每一個細節(jié)。

4.2結構化設計在道路橋梁混凝土施工中的應用

結構化設計在道路橋梁混凝土施工中的應用主要體現(xiàn)在三個方面：包括：①提高保護層厚度。混凝土和鋼筋是道路橋梁建設中常用的材料，而鋪在鋼筋混凝土層上的保護層主要為了保證鋼筋的質量和結構的穩(wěn)定，從而使得道路橋梁更安全?？善鸬筋A防鋼筋腐蝕，增強結構持久性，提高安全系數(shù)，可以更好地保護鋼筋混凝土；②混凝土的耐久性。由于道路橋梁是結構質量是決定橋梁使用壽命的直接因素，因此，在道路橋梁混凝土施工中進行結構化設計時，要符合混凝土的持久性，保證施工質量；③改善混凝土結構的裂縫情況。在進行結構化設計時，需要增加構造配筋，控制混凝土的開裂現(xiàn)象。

5　實例分析

5.1工程概況

該工程的下部橋臺為U型橋臺，橋墩為墩柱接蓋梁，基礎為鋼筋混凝土，支座采用板式橡膠支座，主要工程數(shù)量詳見表1。

表1　主要工程數(shù)量

5.2應用

道路橋梁的橋頭搭板的結構設計，該工程主要就是采用了結構化的設計，在應用的過程中把握了多方面的細節(jié)，包括長度、寬度、深度、厚度等，分別進行了科學合理的調整，不僅在材料使用方面進行了認真的選取，還根據(jù)該工程的實際情況采用了合適的計算方法，建立模型，真正實現(xiàn)了該工程的橋頭搭板結構，通過運用結構化設計，提高了橋梁質量。

6　結束語

綜上所述，道路橋梁的結構設計對我國的經(jīng)濟和社會都有重大影響，是保證人們生活水平的關鍵因素，結構化設計在道路橋梁設計的應用可以有效提高工程效率，保證道路橋梁的質量，從而完善我國的交通設施，提供人們便利的交通條件，促進我國國民經(jīng)濟的發(fā)展。

[1]吳明鵬.探析道路橋梁設計中結構化設計的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2014（30）：1209.

[2]馬立新，吳春芳.結構化設計在道路橋梁設計中的應用分析[J].建筑工程技術與設計，2014（25）：298.

[3]孫李棟.淺議結構化設計在道路橋梁設計的應用[J].城市道橋與防洪，2014（6）：130～131，155.

[4]賈彥凱.淺談道路橋梁設計中結構化設計的應用[J].建筑工程技術與設計，2014（13）：317.

[5]楊麗梅.道路橋梁設計中結構化設計的應用探析[J].科技創(chuàng)新與應用，2015（4）：152.

[6]占文斌.淺議結構化設計在道路橋梁設計的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2015（8）：2249.

U442.5

A

1673-0038（2015）22-0262-02

2015-5-15

楊波（1981-），男，工程師，大學本科，主要從事土木工程設計方面的工作。