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

王東方

摘 要：近年來(lái)，伴隨我國(guó)城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，我國(guó)對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入也在不斷增加，其中，道路橋梁工程的建設(shè)數(shù)量和規(guī)模都有了較大幅度提升。但道路橋梁建設(shè)過(guò)程中不少設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題不斷凸顯，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)作為解決這些問(wèn)題的重要方式，在道路橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中的作用十分顯著。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)就是自頂層設(shè)計(jì)向下細(xì)化，這種設(shè)計(jì)方式對(duì)模塊化和接過(guò)話程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)要求較高，具體的設(shè)計(jì)思維模式就是把整體設(shè)計(jì)思路細(xì)分為單一功能且相互獨(dú)立的模塊結(jié)構(gòu)，這對(duì)于道路橋梁設(shè)計(jì)具有深遠(yuǎn)意義，能夠極大地滿足道路橋梁設(shè)計(jì)與建設(shè)的需要，有助于制定出最佳的道路橋梁施工方案。基于此，文章對(duì)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁設(shè)計(jì)工作中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)；道路橋梁設(shè)計(jì)；安全性能

1 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法的基本概念

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法具有自頂向下、逐層分解的基本特點(diǎn)，將設(shè)計(jì)對(duì)象分解成護(hù)相對(duì)獨(dú)立的模塊結(jié)構(gòu)，并對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行進(jìn)一步的分解與求精，再將每個(gè)模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行整合，最終得到整個(gè)設(shè)計(jì)對(duì)象的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)過(guò)程是提供給設(shè)計(jì)人員一組與被設(shè)計(jì)對(duì)象相關(guān)的設(shè)計(jì)原理與技術(shù)，用來(lái)幫助設(shè)計(jì)人員在模塊層次上區(qū)分設(shè)計(jì)的質(zhì)量，是將有關(guān)設(shè)計(jì)對(duì)象的，已經(jīng)被認(rèn)證的大量歷史數(shù)據(jù)輸入到設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，再?gòu)脑O(shè)計(jì)系統(tǒng)中得到設(shè)計(jì)對(duì)象的相應(yīng)數(shù)據(jù)，這種方式是較為常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法。在道路橋梁工程建設(shè)中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)把整個(gè)建設(shè)工程分化成不同的階段、不同的個(gè)體等，再根據(jù)當(dāng)前道路橋梁的設(shè)計(jì)方向與技術(shù)要求，分析給出非常詳盡的數(shù)據(jù)圖表等，并在整個(gè)道路橋梁工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，不斷對(duì)相應(yīng)缺陷做出修改，讓道路橋梁工程設(shè)計(jì)不斷完善。

2 道橋結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的解法

2.1 圖解法的分析

圖解法的計(jì)算原理在于將任意2個(gè)設(shè)計(jì)變量作為橫縱坐標(biāo)，并結(jié)合變量的影響情況，得出坐標(biāo)系中的圖形，結(jié)合變量函數(shù)不等式，獲得在坐標(biāo)系內(nèi)2種變量的約束區(qū)域，畫(huà)出目標(biāo)函數(shù)的等值線，將其切點(diǎn)確定下來(lái)，最終得到目標(biāo)函數(shù)值。在道路橋梁的二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，圖解法運(yùn)用得較為普遍。

2.2 求解函數(shù)極值的分析

這一解法主要是對(duì)函數(shù)極值進(jìn)行計(jì)算，將約束不等式變成等式，并將目標(biāo)函數(shù)內(nèi)的變量消除，這樣目標(biāo)函數(shù)就能變成只有一個(gè)變量的函數(shù)，繼而得出函數(shù)最大最小值，促進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目的的實(shí)現(xiàn)。

2.3 同態(tài)設(shè)計(jì)法的分析

與求解函數(shù)極值一樣，同態(tài)設(shè)計(jì)法也需要將函數(shù)不等式變?yōu)榈仁?，用以達(dá)到將設(shè)計(jì)空間縮小的目的，提高計(jì)算效率。該種方法所獲得的值是無(wú)法與原值相比較的，但因?yàn)樵摲椒ê?jiǎn)化了結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的解法，所以應(yīng)用頻率也較高。

2.4 網(wǎng)絡(luò)搜索法的分析

這一解法具有直觀性和原始性，主要是將問(wèn)題圈定在某個(gè)范圍內(nèi)之后，將其分成諸多網(wǎng)格點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)均代表著相應(yīng)的設(shè)計(jì)，再根據(jù)一定規(guī)律來(lái)搜索，這樣就能得出最優(yōu)解所在的網(wǎng)格點(diǎn)。利用其在道橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，前提是將一個(gè)變量固定，而其他變量則采取從小到大的順序進(jìn)行檢驗(yàn)，并在驗(yàn)算過(guò)程中確保所有點(diǎn)的約束條件滿足，進(jìn)而得出可行的解，得出最能符合目標(biāo)函數(shù)的點(diǎn)，也就是最優(yōu)解所在的點(diǎn)。

3 橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用原則

3.1 橋梁結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)原則

橋梁結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)原則包括以下內(nèi)容：（1）科學(xué)性原則。該原則要求對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的選擇，將橋梁橫截面與結(jié)構(gòu)配置作為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，保證橋梁設(shè)計(jì)的科學(xué)性。（2）簡(jiǎn)約化原則。該原則是為了降低橋梁自身的規(guī)模和自重，縮短傳力路徑，實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的提升，保證橋梁內(nèi)外部受力的平衡。（3）綜合性原則。進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮不同材料在不同結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用特點(diǎn)，同時(shí)，要根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)、功能、形狀受力等特點(diǎn)，對(duì)橋梁進(jìn)行統(tǒng)和，保證橋梁結(jié)構(gòu)在重量、受力方面達(dá)到穩(wěn)定性目標(biāo)。（4）連續(xù)性原則。最近幾年，我們國(guó)家的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，此時(shí)無(wú)形之中使得交通量增加，使得道橋項(xiàng)目的總數(shù)變多，運(yùn)行壓力加大。在這種前提之下，要想保證項(xiàng)目的總體性良好，保證它的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，就應(yīng)該在開(kāi)展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的時(shí)候，結(jié)合項(xiàng)目具體情況，確保結(jié)構(gòu)能夠具有較高的持續(xù)性。當(dāng)?shù)缆窐蛄航Y(jié)構(gòu)在受力的情況下，使得受力面積被擴(kuò)大，傳輸途徑被適當(dāng)減小。同時(shí)要擁有合理的結(jié)構(gòu)、有效節(jié)約材料、施工過(guò)程足夠便利等優(yōu)勢(shì)。在這一基礎(chǔ)上，使設(shè)計(jì)好的道路橋梁結(jié)構(gòu)具備連續(xù)性和穩(wěn)定性。

3.2 橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用原則

從截面形式選擇上看，需要根據(jù)橋梁的荷載情況選擇性能相符的截面形式，使荷載合理地分布在結(jié)構(gòu)中，可選用結(jié)構(gòu)優(yōu)良、空壁式、質(zhì)量小的截面，以此降低橋梁的壓力。從材料結(jié)構(gòu)的整合角度，要充分發(fā)揮不同材料在橋梁的不同結(jié)構(gòu)中的優(yōu)勢(shì)，使結(jié)構(gòu)和材料達(dá)到最優(yōu)配置。

4 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1 橋梁防水設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用

橋梁防水設(shè)計(jì)是整體工程中的關(guān)鍵內(nèi)容，與橋梁的質(zhì)量和使用壽命息息相關(guān)。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行橋梁防水設(shè)計(jì)時(shí)，可以對(duì)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化利用，選擇高質(zhì)量的施工材料，科學(xué)地設(shè)計(jì)防水層。

4.2 混凝土施工結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用

混凝土施工結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)能有效地提高混凝土的施工質(zhì)量。設(shè)計(jì)人員要充分考慮混凝土的施工性質(zhì)和特點(diǎn)，利用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，控制好混凝土的配合比。以此為前提，設(shè)計(jì)人員還要把握好混凝土保護(hù)層的厚度，控制其開(kāi)裂動(dòng)態(tài)情況，強(qiáng)化構(gòu)造配筋。同時(shí)，還要注意以下幾個(gè)方面：預(yù)拱度要精準(zhǔn)計(jì)算，避免后期施工的過(guò)多調(diào)整；施工過(guò)程中要做好安全儲(chǔ)備，避免出現(xiàn)誤差；跨徑位置可增加橫隔板以增強(qiáng)橋梁的橫向穩(wěn)定性和剛度，承受并分布較大的支撐反力。

4.3 防崩關(guān)鍵技術(shù)施工設(shè)計(jì)應(yīng)用

防崩技術(shù)在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和體現(xiàn)，可從以下幾方面進(jìn)行說(shuō)明：（1）橋梁施工中，要精確計(jì)算預(yù)拋高度，以此避免不必要的高度調(diào)整；（2）將合攏段的高差控制在2～3cm；（3）為了避免橋梁底板的鋼筋崩裂，可以先在鋼筋加工場(chǎng)焊接閉合箍筋，形成固定骨架，并和肋板鋼筋焊接到一起，這樣能有效地保證鋼筋的整體性，并降低造價(jià)成本；（4）盡量避免施工中的誤差并精確施工放樣工作；（5）實(shí)際施工中，要保證橋梁中管道之間以及管道底部的混凝土具有較高的密實(shí)度。

4.4 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)化，即要根據(jù)工程具體情況進(jìn)行變通性應(yīng)用。設(shè)計(jì)人員要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，準(zhǔn)確計(jì)算預(yù)拱度，防止外崩力的影響，并利用橫隔板減少底板承重。以“立交橋”的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)為例，設(shè)計(jì)人員對(duì)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的巧妙運(yùn)用，首先要對(duì)橋頭搭板進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，然后確定橋梁的長(zhǎng)度。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)者可借助信息化先進(jìn)手段，簡(jiǎn)化橋梁設(shè)計(jì)流程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患問(wèn)題。在橋梁實(shí)用性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，體現(xiàn)出現(xiàn)代化設(shè)計(jì)風(fēng)格，增強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)特色。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，道路橋梁設(shè)計(jì)工作中出現(xiàn)的問(wèn)題容易影響到工程的質(zhì)量、安全和運(yùn)營(yíng)，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)作為有效解決這些問(wèn)題的重要方式，在道路橋梁設(shè)計(jì)工作中的作用十分顯著。隨著交通科技的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)將充分運(yùn)用到設(shè)計(jì)工作中，不斷提高道路橋梁的安全性能，有效延長(zhǎng)道路橋梁的使用壽命。

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