道路橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)的探討

廖華棟

中國華西工程設(shè)計(jì)建設(shè)有限公司廣州分公司 廣東 廣州 510600

在國內(nèi)道路橋梁設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)理念的優(yōu)勢將會得到很好的體現(xiàn)。將結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)思想運(yùn)用到道路橋梁設(shè)計(jì)中，能夠?qū)Φ缆窐蛄旱目煽啃浴踩赃M(jìn)行有效的提升，從而更好地發(fā)揮道路橋梁建設(shè)在我國現(xiàn)代化建設(shè)中的重要作用。

1 道路橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的必要性

1.1 滿足道路和橋梁設(shè)計(jì)要求

路橋的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)能夠?qū)Φ缆?、橋梁的?xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，從而提升項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量，并保證項(xiàng)目能夠如期完成，達(dá)到項(xiàng)目的預(yù)期建設(shè)目的。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)作為一種全新的設(shè)計(jì)思想，對設(shè)計(jì)者的需求越來越大，這就需要在公路、橋梁等領(lǐng)域有一定的了解和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。采用結(jié)構(gòu)化的方法，既能滿足公路橋梁的設(shè)計(jì)需求，又能提高公路橋梁的建設(shè)品質(zhì)。

1.2 符合道路和橋梁發(fā)展趨勢

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)采用了模塊化編程方法，各模塊之間相互獨(dú)立。在道路橋梁設(shè)計(jì)中，對結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)有較高的要求，所以，設(shè)計(jì)人員需要在自身設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，制訂出一份設(shè)計(jì)方案，其中應(yīng)該包含建筑材料選擇、項(xiàng)目整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、項(xiàng)目生產(chǎn)過程和項(xiàng)目規(guī)?？刂频确矫娴膬?nèi)容。然后，對所設(shè)計(jì)的道路橋梁進(jìn)行分析，并對其進(jìn)行受力分析，以證實(shí)所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)是完全可行的。然而，在我國道路橋梁建設(shè)中，往往缺乏對道路橋梁建設(shè)的科學(xué)研究，因此，在工程項(xiàng)目中，結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)需要我們更多的關(guān)注。

1.3 提升道路和橋梁施工的可行性

在道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中，施工可行性是一個(gè)重要的考量因素，而在對各種設(shè)計(jì)草案進(jìn)行分析并對其進(jìn)行歸納之后，再對其展開全面的設(shè)計(jì)，因此，設(shè)計(jì)人員在對道路和橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要以具體的具體情況為依據(jù)，采用不同的結(jié)構(gòu)。一是確保路橋工程建設(shè)的質(zhì)量，二是對工程建設(shè)過程中出現(xiàn)的各類安全與質(zhì)量問題進(jìn)行辨別與解決。同時(shí)，設(shè)計(jì)者也應(yīng)注意各部件的受力情況，以保證各部件的受力情況達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，從而達(dá)到對公路、橋梁的最優(yōu)設(shè)計(jì)，并提升其綜合性能的目的。在進(jìn)行公路橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該與工程實(shí)際相聯(lián)系，對設(shè)計(jì)的安全性和合理性進(jìn)行分析，從而使公路橋梁的各種特性得到更好的提升[1]。

2 道路橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用原則

2.1 合理性原則

路橋結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)應(yīng)遵循科學(xué)性原則，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的選擇。在對道路橋梁進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員需要考慮如何提高道路橋梁的整體質(zhì)量、提高其使用性能、簡化道路橋梁的建設(shè)過程。在道路橋面上，設(shè)計(jì)人員可采用簡便的方法，直接進(jìn)行荷載轉(zhuǎn)移，使道路橋面上的荷載達(dá)到較好的均衡[2]。簡化的路橋設(shè)計(jì)能夠節(jié)約建材，提高建設(shè)速度，因此，設(shè)計(jì)者要嚴(yán)格遵循既定的計(jì)算次序，從而提高建設(shè)的準(zhǔn)確性。

2.2 可靠性原則

路橋在承受較大荷載時(shí)，為保證路橋在承受較大荷載時(shí)，既能使其更大的荷載分布，又能使其更小的荷載傳遞距離，因此，在進(jìn)行構(gòu)筑物設(shè)計(jì)時(shí)，必須對路橋的整體性能給予足夠的重視。設(shè)計(jì)者必須保證設(shè)計(jì)的內(nèi)容滿足可靠的要求。在進(jìn)行道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到結(jié)構(gòu)和材料之間的相互影響。各種材料的性質(zhì)各不相同，道路和橋梁的設(shè)計(jì)必須對其進(jìn)行科學(xué)的使用。除此之外，設(shè)計(jì)者還應(yīng)該考慮到路橋的形態(tài)和功能，對其進(jìn)行綜合考慮，從而保證路橋的平衡性和穩(wěn)定性。

2.3 整體性原則

在道路橋梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的過程中，設(shè)計(jì)者必須根據(jù)整體的要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，以保障道路橋梁在超載等特定條件下的安全。為降低混凝土產(chǎn)生裂紋的幾率，建筑師可在其開裂時(shí)加入鋼筋，避免雨水滲入路面及橋面的內(nèi)層。在決定道路和大橋水密層的尺度時(shí)，設(shè)計(jì)人員一般會將水泥設(shè)計(jì)和道路設(shè)計(jì)看成是一個(gè)整體，目的是為了提高道路和大橋的可靠性和延伸性，降低降雨對路面和橋面的損害[3]。

3 道路橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)的探討

3.1 防水性設(shè)計(jì)

在路橋工程中，結(jié)構(gòu)性運(yùn)用的第一個(gè)適用情況就是重視路橋工程的防水設(shè)計(jì)。在防水性的設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)突出了對公路和大橋的粘附性，同時(shí)還需要對道路和橋梁的延伸和排水管道進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

3.1.1 提升道路橋梁的黏結(jié)性，避免起皮現(xiàn)象

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意提高路橋的粘接強(qiáng)度，防止出現(xiàn)剝落。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在與外部環(huán)境的聯(lián)系上，與橋梁所處的不同部位，構(gòu)造出區(qū)別。因此，應(yīng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用相應(yīng)的防水設(shè)計(jì)，以達(dá)到防止路橋剝落的目的。路橋的膠接可以有效防止路橋坍塌，延長路橋的使用壽命，保障人們的行車安全。

3.1.2 保證混凝土鋪設(shè)與路面鋪裝一致

水泥基體與路面的不協(xié)調(diào)，將造成路面不平整，影響行車安全。而結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)則強(qiáng)調(diào)了混凝土鋪設(shè)與路面鋪裝之間的一致性，這將極大地提高路橋施工的科學(xué)性，更加有利于保護(hù)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)我國路橋建設(shè)工程的現(xiàn)代化發(fā)展?；炷龄佋O(shè)與路面鋪裝保持一致，這樣不僅節(jié)省了道路橋梁鋪裝成本，還提高了道路橋梁鋪裝的經(jīng)濟(jì)性和有效性。

3.1.3 提高道路橋梁的延展性

道路橋梁的柔性與其泄洪、承重等性能密切相關(guān)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)的劃分，以提高公路橋的延伸能力。在道路大橋的結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)中，要確保結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性與科學(xué)性，通過增加道路大橋的延伸性，防止道路大橋周圍的凹凸不平，從而更好的提高道路大橋施工的安全性。路橋延伸度擴(kuò)展是保障路橋工程安全性的一項(xiàng)關(guān)鍵手段，確保路橋延伸度，保障其承載力，促進(jìn)我國路橋工程技術(shù)水平的提高與創(chuàng)新發(fā)展。

3.1.4 重視排水管道設(shè)計(jì)，避免雨水侵蝕道路橋梁

在公路橋面上進(jìn)行排水管網(wǎng)的布置，能最大限度地防止雨水對橋面的沖刷，因此，道路橋面上的排水管網(wǎng)是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。道路橋墩的老化因素，既有重力承載，也有自然作用。降雨對道路橋梁有很大的腐蝕影響，假如沒有對道路大橋進(jìn)行排水，長時(shí)間的坑水積水會導(dǎo)致道路大橋迅速衰老，還會導(dǎo)致坍塌，進(jìn)而導(dǎo)致交通事故發(fā)生。

3.2 混凝土設(shè)計(jì)

在對混凝土進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意下列幾個(gè)方面的問題：首先，要保證混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能；在混凝土的設(shè)計(jì)中，應(yīng)將其設(shè)計(jì)中的耐久性放在首位。因此，在道路和橋梁的設(shè)計(jì)中，對道路和橋梁的建設(shè)起到了至關(guān)重要的作用。要使公路和橋梁工程的耐久性設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期目的，就必須對水灰比和水泥用量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，才能保證道路和橋梁的耐久性。第二，道路、大橋等項(xiàng)目的建筑必須要加固。在道路和橋梁建設(shè)中，由于采用了水泥基材料，在使用水泥基材料的過程中，不可避免地會產(chǎn)生一些裂紋，而裂紋又是一個(gè)需要處理的問題。當(dāng)?shù)缆窐蛄汗こ坛霈F(xiàn)混凝土裂縫時(shí)，將會造成外部的污水和雜質(zhì)滲透到其結(jié)構(gòu)中，從而加速混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的斷裂，并造成混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的腐蝕。在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸?，以提高其抗裂能力，盡量減少其產(chǎn)生裂縫的可能。第三，要科學(xué)合理地配置防腐蝕材料。近幾年來，由于施工市場的不斷擴(kuò)大，各種類型的防腐蝕材料被廣泛應(yīng)用。這就要求設(shè)計(jì)者在選用防腐材料時(shí)，要有長期的發(fā)展眼光，對道路、橋梁等重要部位，比如鋼筋混凝土，在負(fù)彎矩區(qū)使用防腐材料，這樣才能明顯地提升其耐久性。

3.3 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型

設(shè)計(jì)者在對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式進(jìn)行優(yōu)選時(shí)，應(yīng)科學(xué)地選取設(shè)定方式。一是對公路橋梁進(jìn)行離散化，使其成為一個(gè)有限的自由空間，從而提高公路橋梁的總體性能。所以，設(shè)計(jì)者必須對道路、橋的受力情況進(jìn)行全面分析，才能保證公路、橋的穩(wěn)定。二是模型的構(gòu)造，在構(gòu)造上，設(shè)計(jì)者要對道路橋面上的靜載進(jìn)行力學(xué)分析，并對其構(gòu)造進(jìn)行造型；三是在材料與荷載方面，設(shè)計(jì)者應(yīng)充分運(yùn)用多種不同的材料來模仿道與橋梁的構(gòu)造，從而大大簡化了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程，大大提升了設(shè)計(jì)的效率。四是針對工程建設(shè)的實(shí)際情況進(jìn)行分析，以節(jié)省工程建設(shè)費(fèi)用，減少工程建設(shè)時(shí)間，保證工程質(zhì)量。

3.4 合理選擇計(jì)算方法

在道路橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，對其進(jìn)行合理的計(jì)算，就顯得尤為重要。一是依據(jù)縱、橫軸的實(shí)際狀況，對其進(jìn)行合理的計(jì)算，并對其坐標(biāo)系統(tǒng)中的可變因素進(jìn)行檢驗(yàn)，從而獲得目標(biāo)函數(shù)的輪廓線，并得出其最終的目標(biāo)函數(shù)值，從而形成一種公路橋梁的二維計(jì)算法。二是泛函極限的測度，即通過泛函不等式來捕捉真實(shí)的變元狀態(tài)，進(jìn)而得到相應(yīng)的泛函極限。三是同態(tài)設(shè)計(jì)測度，這一測度與函數(shù)極限的測度相似，可以用函數(shù)不等式來表示，從而提高了運(yùn)算效率，降低了運(yùn)算對象。

3.5 整體劃分，逐漸組合

在路橋上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該采取總體分區(qū)、逐步組合的方法。在道路橋梁的總體劃分中，將其分成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的模塊，之后再對這些獨(dú)立的模塊進(jìn)行組合。

3.5.1 整體劃分成為單獨(dú)模塊

道路、橋梁施工按設(shè)計(jì)方案演變，并將其細(xì)化成各個(gè)獨(dú)立的模塊。由于整個(gè)路橋施工流程都是由各種獨(dú)立的模件構(gòu)成，因此，路橋單體模件的施工顯得尤為重要。在路橋建筑施工中，要注重整體性的劃分，在初期的設(shè)計(jì)階段就對整個(gè)模組進(jìn)行了獨(dú)立的劃分，為以后的模組的組合打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。單體模組在整個(gè)工程中起到了至關(guān)重要的作用，只有把每一個(gè)單體模組都做到最準(zhǔn)確，最科學(xué)，最合理，才能為以后的工程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是，僅僅是對單個(gè)模塊進(jìn)行精細(xì)加工，并不能保證最后的公路和橋梁施工結(jié)果的完美性，這就要求我們在單個(gè)模塊的逐步組裝上下功夫。

3.5.2 單獨(dú)模塊逐漸組合成部分

單體模塊的拼裝并非直接構(gòu)成道路橋梁的整體，而是逐步將單體模塊拼裝成局部，這是一個(gè)從小到大的逐步拼裝的過程。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)劃分時(shí)，應(yīng)注意各結(jié)構(gòu)間的連接和結(jié)合。單體模件的組分構(gòu)成是橋路施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對各單體模件進(jìn)行合理的組分構(gòu)成，能夠提高橋路工程最后施工的組分構(gòu)成的科學(xué)性與可行性。由單個(gè)單元逐步拼裝到局部單元，然后逐步拼裝到整個(gè)路橋。這樣的結(jié)構(gòu)型設(shè)計(jì)，可以以小見大，從小到大，一環(huán)套一環(huán)，用最扎實(shí)的基礎(chǔ)來確保道路橋梁的品質(zhì)和科學(xué)性。

3.6 綜合性設(shè)計(jì)

3.6.1 綜合性設(shè)計(jì)原則

在道路橋梁的設(shè)計(jì)中，不管是在常規(guī)的設(shè)計(jì)中，還是在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，都不可忽略綜合設(shè)計(jì)的運(yùn)用。建筑結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)基本原理是進(jìn)行整體的設(shè)計(jì)。只有在確保整體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，才能進(jìn)行結(jié)構(gòu)的層次化、獨(dú)立的模塊化組合。路橋施工總是以整體的形式出現(xiàn)，因此，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要以結(jié)構(gòu)為主，以綜合設(shè)計(jì)為原則。全面的設(shè)計(jì)不但需要將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)運(yùn)用到路橋設(shè)計(jì)中，而且還需要將路橋施工過程中的品質(zhì)表現(xiàn)出來。在對道路橋梁進(jìn)行最后的設(shè)計(jì)時(shí)，它的外觀要與現(xiàn)代的審美需求相匹配，它的服務(wù)年限要與科學(xué)水平相匹配，要做到投入和產(chǎn)出相匹配。

3.6.2 所需材料的選擇與應(yīng)用

對于道路的各種類型，將會有各種車輛載荷的配比，并依據(jù)車輛載荷選擇相應(yīng)的材質(zhì)。在公路和橋梁建設(shè)中，選用的原材料除了要有一定的品質(zhì)外，還要考慮到原材料和使用部位之間的配合程度。高速公路與二級公路所采用的材質(zhì)不同，因此在建設(shè)道路的過程中，既要注意其實(shí)用、美感，又要注意其品質(zhì)和壽命。路面施工中，路面施工中所需要的路面、橋面等各種路面的施工，其選用及施工過程中所涉及到的路面、橋梁結(jié)構(gòu)的壽命及施工品質(zhì)等問題都有很大的關(guān)系。對材質(zhì)進(jìn)行合理、高效的選用，可以最大程度地提高公路大橋的壽命，確保公路大橋具有自愈能力，從而保護(hù)我們國家的人民的交通安全，在滿足人民的交通需要的前提下，提高我們的經(jīng)濟(jì)水平，促進(jìn)我們的道路大橋的現(xiàn)代化發(fā)展。

4 市政路橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加固方案

4.1 截面加固方法

在此基礎(chǔ)上，提出了利用剖面加強(qiáng)的方法，實(shí)現(xiàn)了較好的加工效果。當(dāng)橋梁發(fā)生故障時(shí)，由于受力截面較小，鋼筋混凝土無法承載較大的受力，需要逐漸加大受力面積，加大橋面厚度，以改善受力效果。對橋面進(jìn)行加固處理，以保證橋面的穩(wěn)定性。在橋面下緣加寬加厚，在橋面上設(shè)置保護(hù)裝置，使新加的鋼條與舊的鋼條加強(qiáng)結(jié)合，并填塞破損的鋼條。這樣就可以提升整個(gè)橋梁的承載力，并最終達(dá)到對橋梁進(jìn)行加固的目的。

4.2 粘貼加固法

膠粘劑的最大優(yōu)勢在于它具有很好的適用性，可以應(yīng)用在嚴(yán)酷的施工環(huán)境中。由于加固區(qū)的橋體沒有穩(wěn)定、堅(jiān)固的特點(diǎn)，所以必須逐漸加大橋體的厚度，同時(shí)利用結(jié)構(gòu)膠及環(huán)氧樹脂提高與鋼筋的結(jié)合強(qiáng)度，提高其穩(wěn)定、承載力。采用張貼強(qiáng)化法，它不但能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的強(qiáng)化效果，還能夠節(jié)省建筑材料，它具有占地面積很少，對大橋的總體結(jié)構(gòu)也沒有任何影響。但是它在進(jìn)行具體操作時(shí)，對技術(shù)有較高的需求，因此，工作人員必須慎重地選擇張貼強(qiáng)化方法。

4.3 縱梁加固方法

在城市道路建設(shè)中，橋梁的功能主要是為城市間建立起一條合理的紐帶，方便了人們的出行，同時(shí)也方便了各區(qū)域間的相互交流。設(shè)計(jì)優(yōu)秀的大橋，也能改善市容，向市民展示美好的城市風(fēng)貌。在市政路橋的施工中，使用了非常廣泛的縱梁加固法，它的作用是對橋梁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和橋墩展開強(qiáng)化，在使用的過程中，還需要添加一些加固設(shè)施，建立新的設(shè)施并將已有的橋梁結(jié)構(gòu)連接起來，在組團(tuán)之間產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大的作用力，在提升承載力的同時(shí)，還能減輕橋梁上車輛的載荷，確保橋梁運(yùn)行的穩(wěn)定性，在施工中，需要對橋梁進(jìn)行加寬，以確保受力的均勻性。

4.4 擴(kuò)展基礎(chǔ)加固方案的應(yīng)用

建設(shè)人員要對大橋進(jìn)行加固的調(diào)查和設(shè)計(jì)，并按照具體的情況來制訂出一套合理的加固計(jì)劃，這樣才能持續(xù)地提升項(xiàng)目的施工效率，確保大橋運(yùn)營的穩(wěn)定，同時(shí)也能對人們的生命財(cái)產(chǎn)進(jìn)行有效的保障。通常來說，橋梁在經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行之后，就會存在承載能力不夠強(qiáng)等問題。在這樣的情形之下，就要求技術(shù)人員展開了一系列的工作，對其進(jìn)行全面的管理，全面的改造，對其基礎(chǔ)、承載參數(shù)展開全面的檢測，并對其進(jìn)行了一次又一次的強(qiáng)化。除此之外，如果是對地基埋深不符合標(biāo)準(zhǔn)的大橋，應(yīng)該對其進(jìn)行強(qiáng)化，同時(shí)還應(yīng)該對其進(jìn)行充分的研究，并利用一套科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，對其展開最大程度的改進(jìn)，從而為其今后的運(yùn)營工作，奠定一個(gè)良好的基礎(chǔ)。