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

羅偉

（沈陽市公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，沈陽110168）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)對于道路橋梁的建設(shè)也起到了非常重要的作用。而其結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)時，需要遵守相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則，如經(jīng)濟(jì)性、科學(xué)性、整體性等。本文著重分析了道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的原則、計(jì)算方法及其應(yīng)用。

2 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁中的應(yīng)用原則

2.1 科學(xué)性原則

科學(xué)性原則是指，合理選擇橋梁結(jié)構(gòu)及橋梁橫面的配置，從而保證橋梁的有效性和科學(xué)性。同時，在保證橋梁的質(zhì)量的前提下，對道路橋梁的材料及各種形式進(jìn)行優(yōu)化，以降低橋梁結(jié)構(gòu)對自身重量的承受力，促使橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)呈現(xiàn)優(yōu)質(zhì)化建設(shè)，延長了其使用年限，更好地保證人們的出行安全。

2.2 簡約化原則

簡約化原則是指對道路橋梁的實(shí)際設(shè)計(jì)進(jìn)行路徑優(yōu)化，通過更簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的傳遞，從而分散橋梁結(jié)構(gòu)承擔(dān)的重量，提高橋梁的強(qiáng)度。目前，簡約化設(shè)計(jì)是道路橋梁設(shè)計(jì)中的重要目標(biāo)之一，其既能夠有效提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，也能有效節(jié)約施工材料，并且能夠提高施工的效率。

2.3 連續(xù)性原則

道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的連續(xù)性原則是指通過滿足橋梁的連續(xù)性設(shè)計(jì)，使橋梁的整體性特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)最大化，從而實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，并有效縮短橋梁傳遞中的受力途徑。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)時遵守連續(xù)性原則，既能夠有效降低建筑成本，節(jié)約建筑材料，還能夠更好地完成結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的，并且有利于橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及其穩(wěn)定性的提升。

2.4 綜合性原則

綜合性原則是指充分將材料和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行整合。第一，橋梁結(jié)構(gòu)的不同，位置的作用不同，所需的材料也就有所不同，在實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目標(biāo)的同時，充分考慮具體位置所需的材料特性，選擇合適的建筑材料，才能夠充分發(fā)揮出材料的最佳性能，實(shí)現(xiàn)道路橋梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。第二，道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)時，不同結(jié)構(gòu)的形狀導(dǎo)致其受力特點(diǎn)也存在差異。因此，應(yīng)當(dāng)結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，對其相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以有針對性地進(jìn)行施工，從而盡可能地完成降低橋梁自身承重力和結(jié)構(gòu)受力均勻的目標(biāo)，從而保證建筑的質(zhì)量和人們的出行安全。

2.5 整體性原則

整體性原則是指，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)時，充分了解其具體特征及相關(guān)優(yōu)勢，使得各個特征和優(yōu)勢都能達(dá)到最大程度發(fā)揮。因此，應(yīng)當(dāng)在道路橋梁結(jié)構(gòu)處于各種極限條件下，保證其滿足整體性和安全性的要求，實(shí)現(xiàn)橋梁承重力的增長[1]。

3 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)用較為普遍的計(jì)算方法

3.1 圖解法

圖解法是指通過建立坐標(biāo)系，建立結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)變量的坐標(biāo)系圖形，再結(jié)合變量的函數(shù)不等式，獲得兩個變量在坐標(biāo)系中的約束區(qū)域，最后作出目標(biāo)函數(shù)的等值線，確定切點(diǎn)，以得到相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值[2]。其中，橫縱坐標(biāo)分別為結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中的兩個變量。

3.2 函數(shù)極值求解法

我們在高等數(shù)學(xué)中曾學(xué)過函數(shù)極值求解法，函數(shù)極值的求解就是指在計(jì)算過程中將設(shè)計(jì)變量的約束不等式轉(zhuǎn)變?yōu)榈仁剑⑼ㄟ^一定的變換形式實(shí)現(xiàn)變量的消除，從而使得目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)換為一個函數(shù)，最終求得函數(shù)的極值。該值能夠給道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的后續(xù)施工提供重要的數(shù)據(jù)參考，在各類道路橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)依然具有重要的應(yīng)用意義。

3.3 網(wǎng)絡(luò)搜索法

網(wǎng)絡(luò)搜索法在道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用歷史十分悠久，其在應(yīng)用方面比上述方法更為直觀，能夠合理劃分設(shè)計(jì)的范圍問題，使其形成數(shù)個網(wǎng)格點(diǎn)，而這些網(wǎng)格點(diǎn)分別對應(yīng)著一個相應(yīng)的設(shè)計(jì)，使得搜索能夠遵從一定的規(guī)律，實(shí)現(xiàn)逐個搜索，不錯漏任何一種，以在繁雜的道路橋梁設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的解決辦法。但是網(wǎng)絡(luò)搜索法也存在部分缺點(diǎn)，如計(jì)算較為麻煩等。網(wǎng)絡(luò)搜索法的實(shí)用性比其限制性更加優(yōu)越，因此在現(xiàn)階段依然廣泛應(yīng)用于道路橋梁的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)之中。

4 道路橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用

4.1 遵守道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的相應(yīng)原則

第一，需要對道路橋梁的截面形式進(jìn)行選擇。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行道路橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，應(yīng)當(dāng)重視分析橋梁結(jié)構(gòu)的承重情況，并得出具體數(shù)值，再基于此選擇合適的截面形式。在這個過程中，由于建筑工程施工材料種類眾多，若是選擇了不合理的建筑材料，將會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)自身的負(fù)荷較大，對于維持橋梁的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。因此，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合實(shí)際需求，在保證建筑質(zhì)量安全的前提下盡可能選擇具有優(yōu)異結(jié)構(gòu)性能的輕質(zhì)截面形式，并通過多樣化的設(shè)計(jì)，降低橋梁結(jié)構(gòu)對自身重量的承受力。第二，保證結(jié)構(gòu)連續(xù)性和支撐力協(xié)調(diào)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)時，盡可能實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和支撐力均勻分布，以防止部分重要位置出現(xiàn)局部壓力較大的情況，從而導(dǎo)致橋梁質(zhì)量得不到保障。除此之外，道路橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還需要結(jié)合其各個部位的特殊性，有針對性地進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的制定，從而更好地保障橋梁結(jié)構(gòu)各部位的優(yōu)異性能，提高橋梁的使用年限。

4.2 道路橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用

4.2.1 道路橋梁防水設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用

道路橋梁通常都是露天使用的，所以道路橋梁防水設(shè)計(jì)是最為重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)之一。同時，道路橋梁的使用年限和質(zhì)量安全與其防水設(shè)計(jì)也密切相關(guān)。若是道路橋梁在陰雨天無法順利排水，會導(dǎo)致大量的雨水在橋梁路面上聚集，不僅會給行人的出行帶來不便，還會侵入橋梁內(nèi)部并對其進(jìn)行腐蝕，從而導(dǎo)致橋梁存在安全隱患。因此，設(shè)計(jì)人員需要提高對道路橋梁防水設(shè)計(jì)的重視，通過選擇高質(zhì)量的施工材料（如復(fù)合纖維混凝土），并將其科學(xué)用于防水層之中，實(shí)現(xiàn)道路橋梁防水性能的進(jìn)一步提升。還可以在混凝土施工時將鋼筋網(wǎng)添入其中，以增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度，防止其出現(xiàn)開裂造成雨水滲入。另外，道路橋梁的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)將橋梁路面及混凝土視為一個整體，便于進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，從而提高道路橋梁的黏結(jié)性和延展性，提高其抗拉強(qiáng)度，防止出現(xiàn)脫落等現(xiàn)象，以延長道路橋梁使用年限，保證行人出行安全[3]。

4.2.2 混凝土施工方面結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用

混凝土施工的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，可以根據(jù)其性質(zhì)及施工特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，以提高鋼筋混凝土的應(yīng)用效果。眾所周知，鋼筋混凝土屬于復(fù)合型材料，可以通過對鋼筋混凝土保護(hù)層的優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少其內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到大風(fēng)、暴雨、暴雪等的影響。合理控制混凝土配合比并進(jìn)行科學(xué)攪拌，在提高混凝土耐久性、避免病害方面具有重要作用[4]。

5 結(jié)語

綜上所述，道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)化對于提升我國道路交通安全至關(guān)重要。在設(shè)計(jì)人員在對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時，需要結(jié)合道路橋梁工程建設(shè)區(qū)域的具體情況，添加適量的構(gòu)造配筋，以防止混凝土出現(xiàn)裂縫，從而更好地避免內(nèi)部混凝土遭受腐蝕，影響道路橋梁的質(zhì)量。