道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的實(shí)踐研究

王必濤

（江蘇方洋集團(tuán)有限公司，江蘇 連云港222000）

0 引言

道路橋梁結(jié)構(gòu)自身有復(fù)雜性、綜合性的特點(diǎn)，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就需要考慮多方面因素。如不結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)這些因素進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)，就很容易導(dǎo)致道路橋梁存在安全質(zhì)量隱患。為了保證道路橋梁設(shè)計(jì)有明顯的優(yōu)勢(shì)，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是非常重要的方向，既能夠提高道路橋梁的建設(shè)效益以及應(yīng)用性能，還能夠保障道路橋梁設(shè)計(jì)有高安全性、高精準(zhǔn)性、高實(shí)用性，促使工程建設(shè)取得良好效果，提高整體設(shè)計(jì)工作的可靠性。從道路橋梁設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)出發(fā)，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、原則進(jìn)行詳細(xì)說明，保障結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁設(shè)計(jì)中有充足的實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)。

1 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

1.1 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)涵中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)對(duì)已收集到的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)折射成流圖，在道路橋梁設(shè)計(jì)工作中實(shí)現(xiàn)分離，保證彼此功能獨(dú)立，形成有效的管理架構(gòu)。同時(shí)，道路橋梁自身要求具有高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，要針對(duì)具體情況實(shí)現(xiàn)細(xì)致設(shè)計(jì)。在道路工程融合階段，要以實(shí)際施工方案為原則，對(duì)已有的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行優(yōu)化，保障最終設(shè)計(jì)的效果滿足工程需要。在設(shè)計(jì)中融合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及項(xiàng)目工程的具體參數(shù)，在結(jié)構(gòu)布置、材料選擇、結(jié)構(gòu)尺寸中了解各項(xiàng)目的可行性，保障設(shè)計(jì)水準(zhǔn)不斷提升。對(duì)于一些較為復(fù)雜的道路，橋梁通過結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法，能夠產(chǎn)生良好的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。

1.2 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)能夠在道路橋梁施工中起到獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)可以對(duì)道路結(jié)構(gòu)的各組成部分展開優(yōu)化，結(jié)合一種有效的設(shè)計(jì)方法，能夠分解道路橋梁的整體結(jié)構(gòu)。通過建模的方式，對(duì)其進(jìn)行重新整合，保障道路橋梁結(jié)構(gòu)更加合理。在設(shè)計(jì)中，分析不同板塊之間的細(xì)節(jié)性問題，并采用極佳的方式解決結(jié)構(gòu)不良現(xiàn)象，彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的缺陷。同時(shí)，道路橋梁結(jié)構(gòu)整體邁向最優(yōu)方向發(fā)展。結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)能夠發(fā)揮實(shí)用性、科學(xué)性的作用，使現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)工作發(fā)展能夠呈現(xiàn)出精準(zhǔn)性趨勢(shì)，適應(yīng)未來道路交通事業(yè)的發(fā)展需求。

2 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁設(shè)計(jì)中的原則

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁設(shè)計(jì)中有以下四項(xiàng)基本原則：

第一，連續(xù)性原則。道路橋梁施工是一個(gè)宏觀的施工概念，注重連續(xù)性。因此，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)必須遵循這一原理。通過工程架構(gòu)以及人員配比、資金需求等環(huán)節(jié)，使道路橋梁的各施工體系都可以相互連接，保障橋梁具有正規(guī)的承載力。在其使用效果以及自然生命周期中，考慮荷載力以及其他因素影響，減少施工成本，保障最終的經(jīng)濟(jì)效益。

第二，綜合性原則。綜合性原則要考慮各施工因素，并保障道路橋梁的技術(shù)合理。道路橋梁建設(shè)所需要的材料不同，在設(shè)計(jì)時(shí)需要就已有的材料以及最終道路橋梁的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)考量，分析二者是否吻合，且道路橋梁的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其承載的最終作用也各不相同。因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)時(shí)就要遵循綜合性原則，選擇配比材料，滿足道路橋梁的承載要求。

第三，整體性原則。在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)上，要滿足整體結(jié)構(gòu)的需求，提高橋梁的最終承載力。在荷載數(shù)值作用的分析下，設(shè)定不同標(biāo)準(zhǔn)值。通過建模，考慮道路橋梁是否具備正常使用性能，在不影響工程效果的前提下，對(duì)已有的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行規(guī)避，保障工程質(zhì)量。

第四，科學(xué)性原則。在進(jìn)行道路橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要選擇科學(xué)、有效的道路橋梁結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)結(jié)構(gòu)、形式、尺寸等進(jìn)行考慮，落實(shí)科學(xué)設(shè)計(jì)的原則。在保障結(jié)構(gòu)安全性的前提下，優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)，盡可能降低橋梁結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的影響。

3 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)模型搭建

3.1 數(shù)據(jù)值確定

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)模型搭建可以對(duì)工程實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)模擬，同時(shí)將已收集到的數(shù)據(jù)以可視化的角度展示，方便施工人員了解何種設(shè)計(jì)架構(gòu)對(duì)道路橋梁會(huì)產(chǎn)生優(yōu)化，何種設(shè)計(jì)方法會(huì)導(dǎo)致道路橋梁失去自身的承載優(yōu)勢(shì)。在求解極值中，需要將約束不等式轉(zhuǎn)換為等式，隨后對(duì)目標(biāo)函數(shù)中的變量進(jìn)行消除。通過設(shè)置函數(shù)指標(biāo)，以變量“H”為例。所有其他的常數(shù)均能求得最小值或最大值，完成結(jié)構(gòu)比例的設(shè)定。此外，數(shù)據(jù)值還需要通過網(wǎng)絡(luò)搜索進(jìn)行建設(shè)。作為一種最直觀的方法，網(wǎng)絡(luò)搜索可以對(duì)固定區(qū)域內(nèi)的結(jié)構(gòu)化方案設(shè)置網(wǎng)格點(diǎn)，如網(wǎng)格點(diǎn)A——網(wǎng)格點(diǎn)“A1”；網(wǎng)格點(diǎn)B——網(wǎng)格點(diǎn)“B1”。每一種大網(wǎng)格點(diǎn)代表一種設(shè)計(jì)方案，在搜索時(shí)按照特定規(guī)律，找出最佳的網(wǎng)格點(diǎn)。在道路橋梁設(shè)計(jì)中，可以分析一個(gè)固定的變量。隨后，由小至大，對(duì)其他變量進(jìn)行逐一核算。在驗(yàn)證過程中，保障每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)都能夠滿足已有的約束條件，選出可行的目標(biāo)函數(shù)，求得最優(yōu)值。

3.2 已知模型的搭建

搭建模型化結(jié)構(gòu)，在道路橋梁的設(shè)計(jì)中，利用物理學(xué)原理，對(duì)道路橋梁的各關(guān)鍵環(huán)節(jié)規(guī)律變化實(shí)現(xiàn)分析。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵指標(biāo)，在于對(duì)設(shè)計(jì)中已有的矛盾實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)分析，達(dá)成數(shù)據(jù)化的處理方案，可以保障整體的設(shè)計(jì)更具針對(duì)性，方便道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)工作的可行性。在材料以及荷載力中，對(duì)使用材料進(jìn)行假設(shè)，保障材料具有理想的彈性以及塑性。同時(shí)，通過有限參數(shù)值，對(duì)荷載以及自由度進(jìn)行模擬。有限參數(shù)既可以為解析式參數(shù)，也可以為概率性式參數(shù)。通過結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的原理，對(duì)施工前的結(jié)構(gòu)分析有明顯幫助。

例如，某道路橋梁施工要考慮路面滲水，排除防滲漏等要求。為解決此類問題，在模型建設(shè)時(shí)就要考慮防水層的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，并保證最終設(shè)計(jì)的防水層有優(yōu)良的排水作用。在通常情況下，要選擇密閉性最高的混凝土，并加入鋼筋網(wǎng)。鋼筋網(wǎng)的存在，會(huì)對(duì)混凝土提供額外的承載力，避免混凝土在使用中出現(xiàn)裂痕。同時(shí)，混凝土的材料還可以選擇復(fù)合纖維混凝土。配比結(jié)晶材料，在力學(xué)模型設(shè)計(jì)中，就要考慮設(shè)計(jì)長項(xiàng)。如黏結(jié)性長項(xiàng)，將黏結(jié)性長項(xiàng)數(shù)據(jù)輸入模型，經(jīng)試運(yùn)行后，分析是否會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)力學(xué)改變的問題。此外，還包含綜合結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，如抗拉強(qiáng)度、抗剪性、延伸性以及排水管道設(shè)計(jì)，分析這些數(shù)據(jù)值對(duì)于橋梁整體結(jié)構(gòu)的影響。

3.3 細(xì)節(jié)化模型設(shè)計(jì)

在細(xì)節(jié)化模型的建設(shè)中，通過離散化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，細(xì)化道路橋梁的整體結(jié)構(gòu)。例如，將結(jié)構(gòu)由無線自由度轉(zhuǎn)變?yōu)橛邢拮杂啥?，進(jìn)而分析整體的結(jié)構(gòu)受力情況，了解道路橋梁的精準(zhǔn)性以及簡(jiǎn)化效果。在結(jié)構(gòu)分析上，從力學(xué)角度出發(fā)，結(jié)合受力原理，分析道路橋的內(nèi)在規(guī)律。在此過程中，正確掌握矛盾點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的預(yù)處理，該設(shè)計(jì)能夠?qū)Y(jié)構(gòu)處理效率起到改進(jìn)效果。

例如，在材料以及荷載結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，以收集到的數(shù)據(jù)為核心結(jié)合實(shí)踐方案。通過簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以提高最終的施工效率。需要注意的是，該方法與實(shí)際情況必須保持一致，且選擇的計(jì)算模型要以科學(xué)性、合理性為核心。計(jì)算方法可以選擇圖解法以及同態(tài)設(shè)計(jì)法，例如在圖解法中，了解計(jì)算原理，將任意兩個(gè)計(jì)算變量作為橫縱標(biāo)準(zhǔn)?？紤]坐標(biāo)值，如將a區(qū)域以坐標(biāo)系分布，就可以精準(zhǔn)得出a區(qū)各數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，了解含量，繼而繪制出目標(biāo)函數(shù)等值線。此外，對(duì)已知切點(diǎn)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)函數(shù)的統(tǒng)計(jì)，了解二維結(jié)構(gòu)。而在同態(tài)設(shè)計(jì)法中，與函數(shù)極值法相同，均是將函數(shù)不等式作為參考標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)縮小設(shè)計(jì)空間的方向，進(jìn)而提高最終的計(jì)算效率。雖然最終得出的數(shù)據(jù)值無法與原值比較，但對(duì)于簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)解法有較高的便捷性，因此應(yīng)用頻率較高。

4 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁設(shè)計(jì)中的實(shí)踐路徑

4.1 防水結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁施工體系中，需要考慮防水結(jié)構(gòu)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。例如，道路橋梁結(jié)合檢測(cè)指標(biāo)，分析影響道路橋梁使用壽命的最終因素。經(jīng)數(shù)據(jù)值比對(duì)，涉及因素最多的為水分因素。如水分過多，就會(huì)導(dǎo)致橋梁主體結(jié)構(gòu)受水分影響，使關(guān)鍵構(gòu)件穩(wěn)定性失衡，干擾道路橋梁的最終使用耐久度以及承載力。因此，必要的防水結(jié)構(gòu)非常重要。設(shè)置防水層，選擇密閉性極佳的混凝土材料；還可以配比結(jié)晶材料，經(jīng)過鋪設(shè)可以有效提高橋梁結(jié)構(gòu)的防水性能。但在實(shí)際施工中，還需要注意橋梁結(jié)構(gòu)瀝青材料質(zhì)量，保障材料能夠產(chǎn)生優(yōu)勢(shì)，提高橋梁結(jié)構(gòu)的整體連接性。道路橋梁結(jié)構(gòu)在施工中，還需要設(shè)置排水管道，減少管道漏水現(xiàn)象。對(duì)于特殊的氣候，如暴雪、暴雨等，要考慮其水分若沒有及時(shí)排出，將會(huì)對(duì)道路橋梁表面產(chǎn)生破壞。管道的設(shè)計(jì)要以道路橋梁的最終水分承載極限為原則，均衡分配。

4.2 混凝土結(jié)構(gòu)

對(duì)已有的混凝土結(jié)構(gòu)著重優(yōu)化，混凝土結(jié)構(gòu)是道路橋梁施工的重要環(huán)節(jié)，積極完成結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)生良好的施工效果。提升道路橋梁工程的實(shí)際施工質(zhì)量，可以發(fā)揮其高強(qiáng)度穩(wěn)定性、可靠性。對(duì)于結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用，最重要的便是混凝土比例的控制。從橋梁建設(shè)的實(shí)際需求出發(fā)，混凝土材料要開展試驗(yàn)工作，得出最佳的分配比例。同時(shí)，還需要注意混凝土攪拌以及混凝土水分配比，提供合理的混凝土使用條件。盡可能減少混凝土水分過多導(dǎo)致鋼筋腐蝕的問題，經(jīng)混凝土施工后所有鋼筋需要在混凝土內(nèi)部隔絕空氣。通過構(gòu)造鋼筋的科學(xué)性以及合理效果，減少道路橋梁在后續(xù)使用中出現(xiàn)的裂縫問題。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁的架構(gòu)中能夠產(chǎn)生實(shí)踐優(yōu)勢(shì)，且在道路橋梁工程穩(wěn)定性、可靠性中，保障所有混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)置能夠順利完成，并取得理想的結(jié)構(gòu)化方向，在道路橋梁設(shè)計(jì)工作中發(fā)揮積極作用。

4.3 應(yīng)用實(shí)例分析——以立交橋工程為例

在道路橋梁設(shè)計(jì)中，應(yīng)用實(shí)踐案例，以客觀角度分析。立交橋工程項(xiàng)目在施工時(shí)，需要利用結(jié)構(gòu)化的優(yōu)勢(shì)，保障橋梁的搭頭科學(xué)、精準(zhǔn)。考慮埋深方面的影響因素，遵循相關(guān)規(guī)定，對(duì)立交橋的埋設(shè)深度以及搭板厚度、寬度等進(jìn)行科學(xué)配比。使橋頭搭板設(shè)計(jì)符合建設(shè)要求，對(duì)已有的技術(shù)進(jìn)行改良。例如，利用信息化手段完成結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)流程簡(jiǎn)化。就厚度、寬度的結(jié)構(gòu)值能夠準(zhǔn)確計(jì)算，防止道路墻結(jié)構(gòu)在設(shè)置中出現(xiàn)不吻合的問題，埋藏潛在隱患。由此可見，在立交橋工程結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中，關(guān)注重點(diǎn)為橋頭搭板寬度、厚度以及長度，三者調(diào)整必須實(shí)現(xiàn)平衡?？紤]計(jì)算以及調(diào)整作業(yè)的合理性，在橋頭搭板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，要根據(jù)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的原則以及當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件、客觀條件等進(jìn)行分析。

5 結(jié)語

綜上所述，道路橋梁在社會(huì)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。因此，道路橋梁的設(shè)計(jì)考慮施工質(zhì)量以及施工安全性，要結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況完成分析。本文對(duì)設(shè)計(jì)模型確定其數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，確保所有的網(wǎng)格點(diǎn)都能滿足要求，選出目標(biāo)函數(shù)。對(duì)已知模型實(shí)現(xiàn)搭建，考慮不同的設(shè)計(jì)原則，如將其黏結(jié)性長項(xiàng)輸入模型后，分析是否會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)行問題。如果該問題出現(xiàn)，就要改進(jìn)數(shù)據(jù)力學(xué)的參數(shù)指標(biāo)，保證抗剪性、延伸性能夠滿足要求。在未來結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中，要進(jìn)一步發(fā)揮道路橋梁設(shè)計(jì)獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，保障整體施工范圍滿足工程要求。