橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用研究

張宇

（新余公路勘察設(shè)計(jì)院，江西新余 338000）

0 引言

到2020年底，國(guó)內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了橋梁工程項(xiàng)目80 萬(wàn)余座。在確保有效的數(shù)量前提下，還應(yīng)該結(jié)合橋梁的設(shè)計(jì)情況，提升整體質(zhì)量。根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在2007—2011年期間，我國(guó)國(guó)內(nèi)共發(fā)生了17 次大型的橋梁坍塌事故，對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅。從橋梁事故誘發(fā)的原因來(lái)看，主要是建筑過(guò)程中質(zhì)量不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致的。因此，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)成為橋梁整體設(shè)計(jì)方案的一個(gè)新的發(fā)展方向。針對(duì)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的具體特點(diǎn)，分析了結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)對(duì)橋梁的作用，從而推動(dòng)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在橋梁設(shè)計(jì)工作中的應(yīng)用，有效提高橋梁的穩(wěn)定性。

1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性

1.1 確保橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)質(zhì)量的全面提升

從傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計(jì)來(lái)看，我國(guó)的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但依舊存在一些局限性，很難適應(yīng)當(dāng)代橋梁的發(fā)展。橋梁設(shè)計(jì)要結(jié)合結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容，不僅能夠保證橋梁的安全質(zhì)量效果，而且也可以提升整體的穩(wěn)定性，確保結(jié)構(gòu)成本的優(yōu)化升級(jí)，以提升橋梁的耐久性與承載力。從專(zhuān)業(yè)視角出發(fā)，設(shè)計(jì)人員要嚴(yán)格按照要求，做好自身綜合素養(yǎng)的提升，全面推動(dòng)橋梁領(lǐng)域的各項(xiàng)處理工作，尋找有效的施工經(jīng)驗(yàn)和方法，更好地適應(yīng)當(dāng)代橋梁發(fā)展的整體需要[1]。

1.2 橋梁工程設(shè)計(jì)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是行業(yè)所關(guān)注的對(duì)象，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)出具有創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方案，不但能夠更好地適應(yīng)當(dāng)代交通行業(yè)的建設(shè)需求，還可以滿(mǎn)足人們多樣的社會(huì)生活。因此要做好建設(shè)材料的選擇工作，了解具體的橋梁結(jié)構(gòu)布局，更好地適應(yīng)全新的工藝需求。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是一種全新的理念，是當(dāng)前橋梁建設(shè)技術(shù)變革的一種突出表現(xiàn)。在實(shí)際發(fā)展的歷史中，需要充分發(fā)揮BIM 技術(shù)、云計(jì)算機(jī)計(jì)算技術(shù)等各項(xiàng)現(xiàn)代化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，更好地推動(dòng)橋梁的整體發(fā)展和建設(shè)。

在建設(shè)橋梁工程過(guò)程中，工作人員應(yīng)該嚴(yán)格按照功能性的需求，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，平衡內(nèi)部的邏輯關(guān)系，全面提升設(shè)計(jì)人員和建設(shè)人員的綜合素養(yǎng)。在選擇建筑材料時(shí)，還要以項(xiàng)目的整體結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)，確保力學(xué)理論的全方位落實(shí)，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化升級(jí)，滿(mǎn)足多樣化的設(shè)計(jì)需求，為今后的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供有效的方案[2]。

1.3 橋梁施工可行性的提升

設(shè)計(jì)人員要結(jié)合具體的橋梁形態(tài)構(gòu)造，選擇合適的材料和設(shè)備進(jìn)行施工處理，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和有效性。在進(jìn)行力學(xué)分析時(shí)，要對(duì)當(dāng)前的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確把握，盡最大的可能進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。從目前橋梁結(jié)構(gòu)來(lái)看，面對(duì)日益復(fù)雜的橋梁結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)的難度也在逐漸上升。然而橋梁施工在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的支持下，不僅要對(duì)自身的設(shè)計(jì)可行性進(jìn)行評(píng)估，還要在安全性達(dá)標(biāo)的前提基礎(chǔ)上提升橋梁的最佳效果。只有做好設(shè)計(jì)和施工之間的銜接，才能夠滿(mǎn)足施工的整體需求。相關(guān)人員還要結(jié)合有效的施工環(huán)境做出處理，通過(guò)靈活的設(shè)計(jì)方案保證施工質(zhì)量的有效性，進(jìn)而增加橋梁的安全系數(shù)，做好風(fēng)險(xiǎn)性識(shí)別，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)流程，提升橋梁的承載力，更好地保證橋梁的使用性能發(fā)揮。

2 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)模型的構(gòu)建

2.1 簡(jiǎn)化材料的荷載設(shè)計(jì)

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的操作過(guò)程中，應(yīng)該充分分析相對(duì)應(yīng)的材料，通過(guò)理想的彈性和塑性模型的構(gòu)建，做好科學(xué)的設(shè)置和分析，只有做好參數(shù)的分析工作，才能確保結(jié)構(gòu)材料的自由性，進(jìn)而引起內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化和升級(jí)。與此同時(shí)，可以通過(guò)相關(guān)軟件進(jìn)行建檔處理，分析立體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體思路，充分考慮荷載力和材料的各項(xiàng)因素，并對(duì)當(dāng)前的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面調(diào)整和優(yōu)化。在材料荷載設(shè)計(jì)的全面支持下，能夠充分了解材料的性能，進(jìn)一步對(duì)材料的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行審核升級(jí)，保證材料的整體荷載能力[3]。除此之外，在計(jì)算機(jī)模型的合理選擇過(guò)程中，還要結(jié)合橋梁的實(shí)際結(jié)構(gòu)，形成統(tǒng)一的規(guī)劃，充分了解橋梁的實(shí)際受力情況，更好地展現(xiàn)出橋梁結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力變化值，保證計(jì)算結(jié)果符合設(shè)計(jì)規(guī)范。為了能夠讓結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方案適應(yīng)橋梁的實(shí)際建設(shè)需求，設(shè)計(jì)人員要充分計(jì)算構(gòu)件的具體模型，了解模型內(nèi)部的具體狀況，形成三位一體的立體模型布局，通過(guò)與實(shí)際場(chǎng)景的對(duì)比分析，保證計(jì)算模型的科學(xué)性和有效性。

2.2 模型化設(shè)計(jì)

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)時(shí)，所設(shè)計(jì)的模型化結(jié)構(gòu)一般會(huì)通過(guò)力學(xué)原理對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆分，并對(duì)拆分的部分做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。因此，為了使得橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加科學(xué)具體，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照指定的順序逐步推進(jìn)，把握橋梁結(jié)構(gòu)的主體矛盾，充分運(yùn)用原理知識(shí)，明確內(nèi)部結(jié)構(gòu)的規(guī)律，確保施工的便捷性。

2.3 離散式模型

所謂的離散式模型就是將原來(lái)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行多個(gè)部分的拆分，進(jìn)而獲取全新的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)模型形式。這種模型目前已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到當(dāng)前的工作中。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)時(shí)，為了確保不同結(jié)構(gòu)之間的受力效果，要充分了解模型的基本形態(tài)，嚴(yán)格把握結(jié)構(gòu)的自由度，通過(guò)理想化的設(shè)計(jì)理念，提升整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)。只有將結(jié)構(gòu)無(wú)限地進(jìn)行自由度的調(diào)節(jié)，才能憑借理想化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)提高設(shè)計(jì)的效果和水平。

3 橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用情況

3.1 防水設(shè)計(jì)

首先，選擇合適的施工材料并參考地形地貌和自然條件特征，做好設(shè)計(jì)的全方位處理，避免雨水和積水給路面結(jié)構(gòu)帶來(lái)全面的破壞。所以要做好排水管道的設(shè)計(jì)和安裝工作，根據(jù)項(xiàng)目規(guī)模的大小以及地形地貌特征，合理設(shè)計(jì)管道的類(lèi)型。同時(shí)施工人員要嚴(yán)格按照?qǐng)D紙規(guī)劃做出調(diào)整，全面推動(dòng)排水管道的位置建設(shè)，并使其能在較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行排放。除此之外，排水管道的位置和密度也要結(jié)合各項(xiàng)考量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)管道質(zhì)量進(jìn)行把控，選擇質(zhì)量較高的排水管道，避免出現(xiàn)水滲出管道的現(xiàn)象。

其次，在進(jìn)行防水設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證管道的延展性和抗拉伸性，一定要形成穩(wěn)定的防水材料和路面結(jié)構(gòu)，為后期的防水結(jié)構(gòu)提供更多的抗拉強(qiáng)度和黏性目標(biāo)，必要時(shí)將混凝土和路面攤鋪形成一個(gè)完整的整體。

再次，為了保證路面的完整狀態(tài)，合理安排路面和混凝土結(jié)構(gòu)，需要做好整體的抗拉強(qiáng)度提升工作，確保路面的黏結(jié)性，使其符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，避免出現(xiàn)脫落和起皮的現(xiàn)象。

最后，技術(shù)人員在進(jìn)行防水層的設(shè)計(jì)時(shí)，要選擇合適的材料進(jìn)行處理，尤其是要關(guān)注密實(shí)性較好的混凝土材料，通過(guò)復(fù)合纖維混凝土的規(guī)整，不斷提升橋梁的防水性能。除此之外，要在設(shè)計(jì)的過(guò)程中增加鋼筋網(wǎng)，將鋼筋網(wǎng)和混凝土充分融合，降低混凝土出現(xiàn)的各種變化，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫，更好地提升混凝土的強(qiáng)度，維持混凝土的整體態(tài)勢(shì)，進(jìn)而達(dá)到良好的防水目標(biāo)[4]。

3.2 混凝土施工設(shè)計(jì)

首先，更好地保證混凝土的效果，維持有效的功能和狀態(tài)，一定要做好混凝土的各項(xiàng)開(kāi)裂處理，了解具體的形式，優(yōu)化構(gòu)造配筋，降低混凝土開(kāi)裂的概率。從某種程度上來(lái)說(shuō)，這樣可以延長(zhǎng)橋梁的使用周期，避免整體的結(jié)構(gòu)受到破壞。

其次，為了保證混凝土的配合比符合要求，要嚴(yán)格約束當(dāng)前的施工行為，做好混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)控制工作，維持混凝土施工的耐久性?；炷敛牧系馁|(zhì)量會(huì)給整體的材料質(zhì)量帶來(lái)影響，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中要選擇優(yōu)良的原材料，并對(duì)設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)和布局做出調(diào)整。傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計(jì)往往更加關(guān)注的是整體的可行性與安全性，而忽略了耐久性的提升，從而導(dǎo)致造成橋梁的使用壽命縮短，進(jìn)而引起較大的安全隱患，甚至引發(fā)安全事故。所以在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考慮整體的穩(wěn)定性與耐久性，通過(guò)原材料的控制，把握其中的耐久性能，避免出現(xiàn)偷工減料的現(xiàn)象。

做好混凝土保護(hù)層的全方位設(shè)計(jì)，保證混凝土的整體系數(shù)，強(qiáng)化混凝土的抗腐蝕性。在橋梁設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中，還要結(jié)合混凝土的基本特征，做好優(yōu)化升級(jí)，增強(qiáng)混凝土的保護(hù)厚度。

在實(shí)際使用過(guò)程中，因?yàn)槭艿酵獠康囊蛩馗蓴_和影響，可能會(huì)給橋梁的使用壽命帶來(lái)影響，進(jìn)而影響到最終的強(qiáng)度和安全系數(shù)。所以為了確?；炷恋氖褂眯Ч夹g(shù)人員應(yīng)該充分把握混凝土的厚度，保護(hù)混凝土的內(nèi)在形式，增加混凝土鋪設(shè)的力度，優(yōu)化混凝土內(nèi)部的防腐效果和目標(biāo)。除此之外，要?jiǎng)討B(tài)控制開(kāi)裂的狀態(tài)，一般會(huì)增加額外的鋼筋混凝土來(lái)提升整體的抗裂效果。

3.3 主梁結(jié)構(gòu)的施工設(shè)計(jì)和規(guī)范

橋梁工程的建設(shè)關(guān)乎城市的整體發(fā)展，甚至也會(huì)影響到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要確保橋梁結(jié)構(gòu)的基本能力，而且也要盡最大的可能控制整體的傳遞性，全面把握其中的安全性和可靠性。在建筑材料的選擇中，由于存在不一樣的性能和適用范圍，在具體的實(shí)施環(huán)節(jié)中要嚴(yán)格按照要求，選擇低成本、高質(zhì)量的建筑材料。從整體的視野出發(fā)，我們要充分發(fā)揮裝配式簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，在獨(dú)立吊裝和運(yùn)輸?shù)那疤嵯?，?shí)現(xiàn)科學(xué)的安裝和拼湊。為了降低成本，消除外部自然條件變化的影響，一定要了解主梁橋梁結(jié)構(gòu)的承重部分，提升內(nèi)部的均勻性。只有通過(guò)合理的計(jì)算，對(duì)杠桿法進(jìn)行優(yōu)化，才能找到偏心受壓的形式，進(jìn)而更好地實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)和施工[5]。

比如，我國(guó)某地為了緩解周?chē)慕煌▔毫?，設(shè)計(jì)雙向4 車(chē)道的高架橋，該橋最高車(chē)速可達(dá)80km/h，能夠承受7 級(jí)以上的地震。高架橋的設(shè)置可以有效地緩解當(dāng)前的交通壓力，滿(mǎn)足各項(xiàng)組織化需求，降低不必要的成本開(kāi)支和造價(jià)管控。在進(jìn)行施工操作時(shí)，應(yīng)當(dāng)從綜合考慮的角度出發(fā)，了解結(jié)構(gòu)優(yōu)化的形式，把握橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和有效性。而在對(duì)橋梁樁基進(jìn)行勘察時(shí)，基本判定為當(dāng)?shù)貙儆谲浲恋鼗?。由于地下管道?huì)存在許多方面的問(wèn)題，因此會(huì)選擇預(yù)制鋼筋混凝土打入樁的形式進(jìn)行處理。為了強(qiáng)化當(dāng)前的施工效果，要結(jié)合管線(xiàn)的具體走向合理選擇有效的技術(shù)形式，從而減少周?chē)翆訋?lái)的影響和制約。在橋墩設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為了減少外部的車(chē)輛影響，應(yīng)該將寬度和厚度分別設(shè)置為14.1m 和2.6m。同時(shí)，在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，也要做好懸臂長(zhǎng)度的控制，進(jìn)而降低整體的造價(jià)，提升實(shí)際的穩(wěn)定[6]。

3.4 應(yīng)用于抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

當(dāng)減隔震技術(shù)運(yùn)用到橋梁結(jié)構(gòu)中，從外表面無(wú)法看出其與普通橋梁之間是否存在一定的差異，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案要保證橋梁的底部和地基能夠?qū)崿F(xiàn)充分的融合。首先，在二者之間需要增加隔震層的橋梁，在底部位置上加入隔震層裝置。只有該裝置與地面實(shí)現(xiàn)完美的貼合，才能夠起到減震的效果。其次，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮橋梁的美觀(guān)度，發(fā)揮其真正的內(nèi)在形式，尤其是要保證水平剛度中心與隔震層之間的重心處于一致的狀態(tài)。最后，要做好水平方向位移的限定，保證橋梁結(jié)構(gòu)的靈活性，有效抵抗外部力量帶來(lái)的損壞，使其符合整體的交通運(yùn)行需求。

在全面提升整體的剛度之后，還要保證豎向的負(fù)載能力，即便受到水平壓力的影響，也能夠?qū)崿F(xiàn)最低水平的調(diào)整。尤其是地震發(fā)生較為強(qiáng)烈的狀態(tài)下，為了保證抗震效果，一定要維持橋梁整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，避免出現(xiàn)大面積的坍塌現(xiàn)象。橋梁不僅可以在地震的過(guò)程中維持其原有的復(fù)位性能，還可以在較短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)到地震前的整體水平。從國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的橋梁工程情況來(lái)看，因?yàn)槿狈τ行У淖晕倚迯?fù)能力，因此大多數(shù)橋梁在受到外部影響之后，都需要有人工進(jìn)行干預(yù)，才能夠進(jìn)行性能的恢復(fù)。

4 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要從現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展需求出發(fā)，全面提升橋梁的穩(wěn)定性和整體性。堅(jiān)持結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)理念與技術(shù)相協(xié)調(diào)，圍繞標(biāo)準(zhǔn)化的建設(shè)需求，全面推動(dòng)橋梁質(zhì)量的提升工作，更好地發(fā)揮橋梁的整體性能。只有做好質(zhì)量控制、關(guān)鍵點(diǎn)的全面處理，才能夠推動(dòng)國(guó)內(nèi)交通行業(yè)的快速發(fā)展，為人們營(yíng)造一個(gè)良好安全的交通環(huán)境。