試論結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計中的應(yīng)用

魏文財

道路橋梁 Roads and Bridges

試論結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計中的應(yīng)用

魏文財

（四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610000）

我國的道路設(shè)計工作已經(jīng)成為了整個社會發(fā)展過程中的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)以及支撐，因此對于道路建設(shè)的質(zhì)量好壞會直接關(guān)系到人民群眾的生活。針對道路橋梁的設(shè)計來說，最主要的因素就是結(jié)構(gòu)化設(shè)計，而在結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要充分地考慮到施工地區(qū)的情況，從而能夠保證道路橋梁的施工質(zhì)量，進(jìn)而推動我國國民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步增長和發(fā)展。本文針對道路橋梁設(shè)計中應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計的重要價值進(jìn)行分析，結(jié)合具體的應(yīng)用原則來思考結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計中的實際應(yīng)用方式，希望能夠進(jìn)一步促進(jìn)道路橋梁設(shè)計水平的提升。

結(jié)構(gòu)化設(shè)計；道路橋梁；橋梁設(shè)計

在我國現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展過程中，人們的生活水平提升效果比較明顯，與此同時交通系統(tǒng)逐漸完善，發(fā)展道路橋梁設(shè)計在整個交通系統(tǒng)中具有重要的地位，道路橋梁設(shè)計的綜合質(zhì)量會對其公路系統(tǒng)的建設(shè)質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響，因此要求相關(guān)的管理部門加強對道路橋梁設(shè)計施工工作的重視，提高管理力度。由于道路橋梁工程和其他的建筑工程類型相比，整體施工程序和流程更加復(fù)雜，在具體的施工中不但要考慮到道路橋梁的實用性價值，還需要考慮到整體施工環(huán)節(jié)的安全性，并且還需要對建設(shè)成本進(jìn)行控制。但是目前我國道路橋梁設(shè)計及施工過程中仍然存在比較豐富的問題，如果對其處理不當(dāng)，容易導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)受損或坍塌。因此在道路橋梁設(shè)計中如何進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計，怎樣對其進(jìn)行優(yōu)化，是目前社會中相關(guān)方面十分重視并且值得思考的具體問題，基于此，對結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步的分析和研究。

1 結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計中的應(yīng)用原則

1.1 簡約化

簡約化原則主要是在道路橋梁的設(shè)計過程中，需要將結(jié)構(gòu)進(jìn)行盡可能地優(yōu)化升級，在不影響道路橋梁整體質(zhì)量的基礎(chǔ)上來開展相應(yīng)的施工。用最簡單的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)原理方面的傳遞，進(jìn)而能夠確保整體的道路橋梁結(jié)構(gòu)對外部的負(fù)荷和內(nèi)部應(yīng)力分散，從而能夠有效地確保橋梁整體的結(jié)構(gòu)強度，并減少施工材料的使用。降低工程成本，保障施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。是道路橋梁設(shè)計的價值能夠得到充分的體現(xiàn)，并推動我國社會經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展[1]。

1.2 整體性

要求在對道路橋梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，使整體結(jié)構(gòu)能夠充分地發(fā)揮優(yōu)勢，并用最低的成本來實現(xiàn)重要的目標(biāo)，突出道路橋梁結(jié)構(gòu)的整體特點，為后續(xù)的施工工作順利開展奠定良好的基礎(chǔ)。另外，還需要設(shè)計人員能夠?qū)Φ缆窐蛄涸O(shè)計工作充分關(guān)注，保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，實現(xiàn)對整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，從而能夠達(dá)到提升整體結(jié)構(gòu)承受力的目的，在保障整體結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量以及穩(wěn)定性的前提下節(jié)省道路橋梁施工的成本。

1.3 科學(xué)性

在具體的施工建設(shè)過程中，應(yīng)當(dāng)選擇合適的數(shù)據(jù)和參考指數(shù)來開展橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計，實現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的科學(xué)配置，保證在后續(xù)道路橋梁的施工過程中不會產(chǎn)生質(zhì)量方面的問題，這就要求設(shè)計人員能夠在具體的工作中對整體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行保障，實現(xiàn)進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計，使整體道路橋梁結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到最優(yōu)化的效果，降低故障的產(chǎn)生概率，并為我國道路交通系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展[2]。

1.4 連續(xù)性

隨著我國現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)發(fā)展，交通的承載量正在逐漸增加，在此基礎(chǔ)上開展道路橋梁建設(shè)工作具有較大的價值，同時橋梁的建設(shè)會對交通系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生直觀的影響。為了保障道路橋梁的整體性以及施工結(jié)果的穩(wěn)定性，設(shè)計的過程中應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合社會未來的發(fā)展構(gòu)思，并結(jié)合道路橋梁的結(jié)構(gòu)連續(xù)性要求，使所設(shè)計出的道路橋梁結(jié)構(gòu)在實際中具有較大的受力面積，同時對其安全性產(chǎn)生良好的保障。

1.5 綜合性

工作人員在對道路橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷優(yōu)化設(shè)計的過程中，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行全面、綜合性的考慮，結(jié)合建筑原材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計兩方面的內(nèi)容來思考不同材料在不同位置的性能特點，并對著力結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，保證材料的合理利用。除此之外，還應(yīng)當(dāng)充分利用不同結(jié)構(gòu)以及形狀的受力特點，使道路橋梁結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計的目標(biāo)，進(jìn)而能夠完成對整體橋梁設(shè)計的要求，為人們的日常出行提供良好的保障[3]。

2 結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計中的重要價值

實際上，采取結(jié)構(gòu)化設(shè)計的主要目的是能夠?qū)φw數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及程序結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程進(jìn)行細(xì)化以及評價。道路橋梁設(shè)計中合理應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計能夠從不同的角度來對橋梁模型進(jìn)行設(shè)計，從而選擇出最佳的設(shè)計方案。與此同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)計過程中一些客觀因素的有效分析，保障客觀的處理結(jié)果，進(jìn)而提高道路橋梁設(shè)計的整體使用安全性。傳統(tǒng)上，對于道路橋梁設(shè)計需要充分結(jié)合設(shè)計的經(jīng)驗，編制初始設(shè)計的方案，其內(nèi)容主要是包括橋梁的材料、結(jié)構(gòu)、尺寸以及整體布置情況，充分結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)和力學(xué)方面的特點，結(jié)合實際情況來對其進(jìn)行不斷地修改和完善，促進(jìn)橋梁實用價值的提升。傳統(tǒng)對橋梁進(jìn)行設(shè)計的方式只能檢驗施工方案在實際中的可行性，難以滿足最優(yōu)化設(shè)計的客觀需求，因此在現(xiàn)代道路橋梁設(shè)計中采取結(jié)構(gòu)化設(shè)計具有十分重要的價值[4]。

作為一個典型的模塊化設(shè)計理念，采取結(jié)構(gòu)化設(shè)計中的每一個模塊都是相對獨立的個體，具有自己獨特的功能。道路橋梁設(shè)計中要求采取結(jié)構(gòu)化設(shè)計的方式，主要是包括概要設(shè)計以及詳細(xì)設(shè)計，通過結(jié)構(gòu)圖來對整體的設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)的概述，不管是對于橋梁設(shè)計還是整體性的發(fā)展都具有十分重要的價值。

3 結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計中的實踐應(yīng)用

3.1 通過結(jié)構(gòu)化設(shè)計對道路橋梁模型計算和分析

在結(jié)構(gòu)化設(shè)計的應(yīng)用中，道路橋梁設(shè)計主要是包括模型化結(jié)構(gòu)、離散化結(jié)構(gòu)以及簡化計算模型。具體來說，離散化結(jié)構(gòu)就是將整體的道路橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，使之產(chǎn)生多個相對更加獨立的結(jié)構(gòu)，對這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，發(fā)現(xiàn)具體的施工以及設(shè)計方面都體現(xiàn)出一定的方便性特點，能夠更好地滿足施工設(shè)計人員的客觀需求[5]。

其次是模型化的結(jié)構(gòu)，大多數(shù)道路橋梁在實際設(shè)計中需要對其進(jìn)行力學(xué)分析，總結(jié)設(shè)計中的結(jié)構(gòu)以及規(guī)律，從而能夠使相關(guān)人員在所設(shè)計的模型中更加方便地找出具體的矛盾，并對其進(jìn)行深入分析，通過模型來將具體的形象進(jìn)行展示，實現(xiàn)對于道路橋梁施工整體性的指導(dǎo)和優(yōu)化。

之后是荷載和材料的簡化模型。通常在對道路橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的過程中，會假設(shè)所使用的材料具有理想的塑性及彈性，并且采取適當(dāng)?shù)膮?shù)對無限自由度荷載進(jìn)行隨機(jī)模擬。其中，有效參數(shù)具有較強的概率特性。結(jié)構(gòu)化設(shè)計的過程中，通過結(jié)合荷載和材料的計算，來實現(xiàn)更好的施工結(jié)構(gòu)設(shè)計[6]。總體來說，在進(jìn)行道路橋梁設(shè)計的過程中，選取計算模型應(yīng)當(dāng)充分考慮到各種實際情況，并始終保持謹(jǐn)慎小心的態(tài)度完成對橋梁受力情況的準(zhǔn)確計算，最終制定出更加合理化的計算模型。

3.2 結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁防水結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

在道路橋梁的設(shè)計中，對于防水方面的設(shè)計問題會直接對橋梁的使用壽命產(chǎn)生影響。如果防水設(shè)計工作沒有達(dá)到其客觀的效果，就會導(dǎo)致施工后的道路橋梁積水難以及時排出，使積水造成侵蝕，影響到道路的使用。具體來說，防水方面的設(shè)計要符合以下要求：保證路面混凝土的整體效果以及道路橋梁結(jié)構(gòu)整體的延展性，除此之外還需要優(yōu)化和完善排水管道方面的設(shè)計，并保障道路橋梁整體防水結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效性[7]。

3.3 結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁混凝土施工中的應(yīng)用

作為整體道路橋梁施工中一種特殊的材料，使用鋼筋混凝土應(yīng)當(dāng)重視其保護(hù)層厚度，從而有效地保障鋼筋混凝土對道路橋梁產(chǎn)生的作用。除此之外，道路橋梁的使用年限以及施工質(zhì)量和混凝土的耐久性方面具有直接的聯(lián)系，一些施工單位為了眼前的利益和短期的經(jīng)濟(jì)使用一些質(zhì)量不合格的混凝土材料，這對整體的道路橋梁工程產(chǎn)生了嚴(yán)重地影響。實際中，應(yīng)當(dāng)充分考慮到混凝土的耐久性，防止在后續(xù)道路橋梁施工中產(chǎn)生混凝土開裂的情況，這就要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計的過程中，設(shè)計人員能夠充分考慮到整體結(jié)構(gòu)配筋方面的設(shè)計，從而能夠減少道路橋梁混凝土開裂的情況[8]。

3.4 結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁主梁設(shè)計中的應(yīng)用

和傳統(tǒng)的整體式結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，裝配式簡支梁結(jié)構(gòu)具有更加突出鮮明的特點，能夠?qū)︻A(yù)制獨立構(gòu)件進(jìn)行吊裝和運輸，并在現(xiàn)場安裝。與此同時，設(shè)計過程中實現(xiàn)機(jī)械化和自動化的施工技術(shù)應(yīng)用，以及完成相關(guān)的要求，不但能夠有效地提高施工人員的工作效率，還能夠節(jié)省施工材料，防止受到天氣影響。作為道路橋梁主要的承重部分，設(shè)計形式主要T型和箱型。其中被廣泛應(yīng)用在應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的主梁結(jié)構(gòu)通常是箱型，在對主梁和結(jié)構(gòu)的尺寸以及高度計算過程中，應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合具體的計算方式，選擇合適的計算標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制道路橋梁應(yīng)力的取值，計算過程中還需要結(jié)合一些不確定和不安全因素來進(jìn)行考慮，綜合計算各方面的數(shù)值[9]。

3.5 結(jié)構(gòu)化設(shè)計應(yīng)用應(yīng)當(dāng)注意的內(nèi)容

道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計的過程中，應(yīng)當(dāng)合理選擇橋梁的整體結(jié)構(gòu)，重視更加簡便化和實用性的結(jié)構(gòu)配置，使其充分體現(xiàn)到道路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中，并對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，從而能夠有效地降低道路橋梁結(jié)構(gòu)的整體重量，完善道路橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求。目前，道路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中會使用到豐富的原材料，同時具有較大的承載要求，因此應(yīng)當(dāng)選擇重量更輕的復(fù)合整體性結(jié)構(gòu)。除此之外，隨著我國道路橋梁工程的規(guī)模以及數(shù)量不斷擴(kuò)大，相關(guān)方面重視對道路橋梁的設(shè)計，施工中難度也有所提升。要保證道路橋梁整體結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，就需要采取結(jié)構(gòu)化設(shè)計，有效地保證橋梁的設(shè)計效果符合交通方面的需求，提高結(jié)構(gòu)化設(shè)計的穩(wěn)定性以及使用的安全性，另外還能夠有效地優(yōu)化橋梁的結(jié)構(gòu)，并幫助相關(guān)部門節(jié)省橋梁建設(shè)中所使用的材料。除此之外，還要重視橋梁材料和整體結(jié)構(gòu)之間的整合，對材料進(jìn)行分類，如果結(jié)構(gòu)的受力比較大，就應(yīng)當(dāng)思考更合適的材料和形狀，充分體現(xiàn)出力的作用[10]。還要求對不同的設(shè)計方案進(jìn)行深入的對比和分析，從而在橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計的過程中產(chǎn)生更好的選擇。

4 結(jié)語

總體來說，在我國現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高過程中，對于交通運輸行業(yè)的要求也越來越高。道路橋梁施工規(guī)模的不斷擴(kuò)大，要求施工單位能夠在施工過程中積極地對設(shè)計方法進(jìn)行創(chuàng)新，合理運用多樣化的結(jié)構(gòu)設(shè)計方式，來有效地保障道路橋梁的施工質(zhì)量，進(jìn)而提高整體道路橋梁的安全性和經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)我國道路橋梁建設(shè)水平的進(jìn)一步提升，推動建設(shè)行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

[1]陳博.道路橋梁設(shè)計中結(jié)構(gòu)化設(shè)計的應(yīng)用研究[J].交通世界,2020,24:77-78.

[2]吳朝林.道路橋梁設(shè)計中結(jié)構(gòu)化設(shè)計的應(yīng)用研究[J].居舍,2020,06:95.

[3]王炳輝.道路橋梁設(shè)計中結(jié)構(gòu)化設(shè)計的應(yīng)用研究[J].四川水泥,2020,02:42.

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魏文財（1987- ），男，漢族，碩士 ，工程師 ，長期從事橋梁工程勘察、設(shè)計、科研工作 。

U45

A

1007-6344（2021）01-0240-02