道路橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的策略

摘" 要：公路橋梁作為城市和交通方式的重要構(gòu)成部分，其穩(wěn)定性和安全性是設(shè)計(jì)中的重要反思點(diǎn)。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略在公路橋梁設(shè)計(jì)中扮演著極為重要的角色。合理的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略能夠?yàn)楣窐蛄旱脑O(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)保障，可實(shí)現(xiàn)公路橋梁的安全性和可靠性。本文將介紹幾種常用的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略，并舉例說明其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。通過了解這些策略，設(shè)計(jì)師可以更好地優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)，提高工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略；道路橋梁；穩(wěn)定性；承載能力文章編號(hào)：2095-4085（2024）11-0110-03

作者簡(jiǎn)介：張向前（1990—），男，漢族，山西臨縣人，研究生，高級(jí)工程師。研究方向：橋梁設(shè)計(jì)。

0" 前言

道路橋梁是連接城市和鄉(xiāng)村的重要交通樞紐，扮演著至關(guān)重要的角色。然而，橋梁設(shè)計(jì)過程中常常面臨著各種復(fù)雜的挑戰(zhàn)。為了保證橋梁的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略應(yīng)運(yùn)而生。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是一種科學(xué)、系統(tǒng)化的方法，能夠綜合考慮各種因素，并優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。它在道路橋梁設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要作用，能夠提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

1" 橋梁類型的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略

橋梁類型的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略是道路橋梁設(shè)計(jì)中的重要組成部分。不同類型的橋梁具有不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和要求，因此，在設(shè)計(jì)過程中，需根據(jù)橋梁類型的特點(diǎn)選擇合適的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略。以下是幾種常見的橋梁類型及其對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略。

1.1梁式橋梁

梁式橋梁是道路橋梁設(shè)計(jì)中常見的一種類型，其結(jié)構(gòu)主要由跨越橋梁孔洞的梁體、支撐腳和橋墩等組成。在進(jìn)行梁式橋梁的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮荷載、跨度、材料選擇、施工工藝等多種因素，以確保橋梁的安全性、承載能力和耐久性。以下是與梁式橋梁相關(guān)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略。

1.1.1" 梁體類型的選擇

在進(jìn)行梁式橋梁的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)時(shí)，需根據(jù)跨度和荷載等因素，選擇合適的梁體類型。常見的梁體類型包括箱形梁、T形梁、板梁和懸臂梁等。在設(shè)計(jì)一座跨越寬丘陵河谷的梁式橋梁時(shí)，可能會(huì)采用箱形梁或懸臂梁等結(jié)構(gòu)，以保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和跨度要求。

1.1.2" 梁體的截面設(shè)計(jì)

梁體的截面設(shè)計(jì)是梁式橋梁結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵要素之一，應(yīng)選擇合適的梁體截面形式，并進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)。常見的梁體截面形式包括矩形、T形、箱形、梯形等多種類型，每種類型都有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。在設(shè)計(jì)大跨度橋梁時(shí)，可能會(huì)采用箱形梁或T形梁作為主要梁體截面，以保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和承載能力。

1.1.3" 梁體材料與施工工藝的選擇

在進(jìn)行梁式橋梁的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮材料的選用和施工工藝的要求。一般情況下，梁式橋梁的材料包括混凝土和鋼材等。在跨越海灣的大跨度梁式橋梁中，梁體可能采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁體結(jié)構(gòu)，以確保結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性。同時(shí)，施工工藝的要求也應(yīng)考慮到梁體類型和材料等因素。在混凝土梁體澆筑過程中，應(yīng)采用特殊的模板和支撐結(jié)構(gòu)，以保證混凝土液態(tài)的穩(wěn)定性和流動(dòng)性［1］。

1.2" 拱橋

拱橋是道路橋梁設(shè)計(jì)中常見的一種類型，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由拱腳、拱肋和橋面系等組成。在進(jìn)行拱橋的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮荷載、跨度、材料選擇、施工工藝等多種因素，以確保拱橋的安全性、承載能力和耐久性。以下是與拱橋相關(guān)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略。

1.2.1" 拱型選擇和優(yōu)化設(shè)計(jì)

在進(jìn)行拱橋的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選擇合適的拱型，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以滿足跨度和荷載要求。常見的拱型包括圓形拱、梁式拱、鋼拱等。拱型的選擇要考慮橋梁的跨度、地質(zhì)條件以及視覺效果等因素。一座跨越河流的大跨度拱橋設(shè)計(jì)中，可能會(huì)選擇圓形拱型，以保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和承載能力。

1.2.2" 拱腳和拱肋的設(shè)計(jì)

拱腳和拱肋是拱橋的重要組成部分，其設(shè)計(jì)需要滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載要求。在進(jìn)行拱腳和拱肋設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮多種因素，如荷載傳遞和均布、剛度分析、抗震設(shè)計(jì)等。在設(shè)計(jì)一座跨越山谷的拱橋時(shí)，可能采用多個(gè)拱肋和加寬的拱腳，以提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

1.3" 懸索橋

懸索橋是道路橋梁設(shè)計(jì)中常見的一種類型，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由懸索和橋面系組成，懸索由主纜和斜纜組成。在進(jìn)行懸索橋的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮荷載、跨度、材料選擇、施工工藝等多種因素，以確保懸索橋的安全性、承載能力和耐久性。以下是與懸索橋相關(guān)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略。

1.3.1" 主纜的設(shè)計(jì)

主纜是懸索橋的關(guān)鍵組成部分，其設(shè)計(jì)需要考慮荷載分擔(dān)、受力平衡和材料強(qiáng)度等因素。在進(jìn)行主纜設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)控制其曲率和張力，以保證懸索橋的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)一座大跨度懸索橋時(shí)，可能采用預(yù)應(yīng)力混凝土拱形板式主纜結(jié)構(gòu)，以提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載能力。

1.3.2" 斜纜的設(shè)計(jì)

斜纜是懸索橋的另一個(gè)重要組成部分，其設(shè)計(jì)需要考慮荷載分擔(dān)和受力平衡等因素。在進(jìn)行斜纜設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)合理控制纜斜角度和張力，以保證懸索橋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。在設(shè)計(jì)一座跨越海灣的懸索橋時(shí)，可能采用多個(gè)斜纜結(jié)構(gòu)，以提高荷載分擔(dān)和橋梁的穩(wěn)定性［2］。

1.3.3" 橋面系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

橋面系結(jié)構(gòu)是懸索橋的表面部分，其設(shè)計(jì)不僅要兼顧視覺效果和美學(xué)要求，還需保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載能力。在進(jìn)行橋面系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮橋梁的荷載和變形等因素。在設(shè)計(jì)一座跨越高速公路的懸索橋時(shí)，可能采用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的空心桁架系統(tǒng)，以提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

1.3.4" 懸索橋建筑設(shè)施的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行懸索橋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，還需考慮橋梁的建筑設(shè)施設(shè)備和安全防護(hù)等因素。在設(shè)計(jì)一座跨越鱷魚河的懸索橋時(shí)，應(yīng)考慮水文環(huán)境和保護(hù)瀕危物種等因素，同時(shí)還需考慮人行道、防護(hù)欄桿和燈光設(shè)施等建筑設(shè)施的安裝和布局。

2" 跨度和荷載的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略

跨度和荷載是影響道路橋梁設(shè)計(jì)的兩個(gè)關(guān)鍵因素，其解決方案需要采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略。根據(jù)不同的橋梁類型和設(shè)計(jì)要求，跨度和荷載的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略也是多種多樣。

2.1" 跨度的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略

跨度的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略是針對(duì)不同的橋梁類型和設(shè)計(jì)要求，通過合理選擇橋梁的跨度范圍、布置和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)最佳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。以下是與跨度的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略相關(guān)的內(nèi)容，并舉出實(shí)例。

2.1.1" 跨度范圍的選擇

在進(jìn)行橋梁的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮具體的路況、地質(zhì)條件和工程經(jīng)濟(jì)性等因素，選擇合適的跨度范圍。選擇時(shí)，既要滿足結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度需求，又要考慮施工的可行性和經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計(jì)一座跨越河流的公路橋時(shí)，考慮工程經(jīng)濟(jì)性和施工的可行性等因素，確定跨度的范圍一般在30～60m之間［3］。

2.1.2" 跨度布置的優(yōu)化

跨度布置是指在橋梁的跨度范圍內(nèi)，合理安排不同跨度形式的位置和數(shù)量。通過跨度布置的優(yōu)化，可以達(dá)到最佳的結(jié)構(gòu)形式和承載能力。在設(shè)計(jì)一座跨越城市道路的桁架橋時(shí)，可能會(huì)采用較大跨度的主跨，同時(shí)通過加設(shè)較小跨度的輔助跨，以滿足不同位置的荷載需求和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求。

2.2" 荷載的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略

在道路橋梁設(shè)計(jì)中，荷載是指橋梁承受的各種外部力和負(fù)荷。荷載的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略是針對(duì)不同類型的荷載，通過合理選擇荷載標(biāo)準(zhǔn)、荷載組合和結(jié)構(gòu)增強(qiáng)措施等，來確保橋梁的安全性和承載能力。

2.2.1 "荷載標(biāo)準(zhǔn)的選擇

在進(jìn)行橋梁的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)時(shí)，需根據(jù)實(shí)際情況和設(shè)計(jì)要求，選擇適用的荷載標(biāo)準(zhǔn)。不同地區(qū)和不同橋梁類型可能適用的荷載標(biāo)準(zhǔn)不同，如公路橋梁常用的《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2004）。選擇合適的荷載標(biāo)準(zhǔn)能夠確保橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求。

2.2.2" 荷載組合的設(shè)計(jì)

橋梁常常需要同時(shí)承受多種荷載，如活載、恒載、風(fēng)荷載、溫度荷載等。荷載組合是指將各種荷載按照一定的規(guī)則進(jìn)行組合，以得到對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)最不利的荷載情況。荷載組合的設(shè)計(jì)能夠?qū)蛄旱陌踩院统休d能力進(jìn)行全面考慮。在設(shè)計(jì)一座跨越高速公路的橋梁時(shí)，可能需要對(duì)活載、風(fēng)荷載和溫度荷載進(jìn)行組合，以得到最嚴(yán)重的荷載情況。

2.2.3" 結(jié)構(gòu)增強(qiáng)措施的設(shè)計(jì)

對(duì)于某些特殊情況下的荷載要求，需采取一些結(jié)構(gòu)增強(qiáng)措施來提高橋梁的承載能力和安全性。結(jié)構(gòu)增強(qiáng)措施包括增加梁柱的截面尺寸、設(shè)置加勁梁、采用預(yù)應(yīng)力或者增加鋼材使用量等。在設(shè)計(jì)一座跨越地震帶的橋梁時(shí)，可能需要采取抗震設(shè)計(jì)措施，如增設(shè)剪力墻、加大構(gòu)件截面尺寸等，以增強(qiáng)橋梁的抗震性能。

2.2.4" 荷載調(diào)查和監(jiān)測(cè)

荷載調(diào)查和監(jiān)測(cè)是指在橋梁建設(shè)過程中，通過對(duì)實(shí)際荷載的采集和監(jiān)測(cè)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。對(duì)于大跨度橋梁或特殊荷載情況下的橋梁，荷載調(diào)查和監(jiān)測(cè)可以幫助工程師更準(zhǔn)確地了解實(shí)際荷載的特點(diǎn)和變化規(guī)律，從而指導(dǎo)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略的制定［4］。

3" 材料和施工的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略

材料和施工是道路橋梁設(shè)計(jì)中的重要組成部分，在確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和承載能力的同時(shí)，也需要考慮材料的選用和施工過程中的技術(shù)要求。因此，在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的橋梁類型和具體設(shè)計(jì)要求，選擇合適的材料和施工結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略。以下是幾種常見的材料和施工結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略。

3.1" 材料的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略

在橋梁結(jié)構(gòu)的材料設(shè)計(jì)中，合理選擇材料類型和規(guī)格對(duì)于確保橋梁的穩(wěn)定性具有重要作用。常見的材料包括混凝土、鋼材、木材和玻璃等。諸如荷載、水文、地質(zhì)等因素都會(huì)對(duì)材料的選擇產(chǎn)生影響?，F(xiàn)代結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略包括多種型材、混凝土配制方案的思考，如鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土等。在實(shí)際橋梁設(shè)計(jì)中，材料的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略將基于其性能和成本等因素進(jìn)行考慮。在一座大跨度的拱橋設(shè)計(jì)中，通常會(huì)選擇高強(qiáng)度混凝土和鋼材作為主要結(jié)構(gòu)材料，它們通過各自優(yōu)秀的強(qiáng)度性能和耐久性來保證橋梁的穩(wěn)定性和承載能力。

3.2" 施工的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略

橋梁結(jié)構(gòu)的施工設(shè)計(jì)主要涉及施工工藝、施工方法、施工時(shí)間和現(xiàn)場(chǎng)管理等方面。在施工期間，應(yīng)采用合適的施工技術(shù)和工具，以確保施工進(jìn)度和質(zhì)量。在一座大型跨海大橋的施工設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師通常會(huì)使用自攀爬式施工和懸索索張拉施工等多種技術(shù)和策略，以確保施工安全和質(zhì)量。同時(shí)，還要考慮施工隊(duì)伍和管理等方面的要求，以保證整個(gè)施工過程的安全性和順利進(jìn)行。

3.2.1" 拼裝施工

拼裝施工是將橋梁的主要結(jié)構(gòu)部件在地面上預(yù)制完成，然后通過升降機(jī)或拆裝操作將其拼裝到橋梁位置的施工方法，其適用于大跨度橋梁或在地形復(fù)雜區(qū)域施工。

3.2.2" 自攀爬式施工

自攀爬式施工是通過特殊設(shè)備在橋梁主體結(jié)構(gòu)表面上下移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)鋼筋和混凝土的噴涂和抹平等施工工序的方法，適用于大型斜拉橋或高塔拱橋的施工。

3.2.3" 懸索索張拉施工

懸索索張拉施工是通過張拉懸索索或調(diào)整索鞍位置，來調(diào)整懸索索的張力或位置，以保證橋梁的穩(wěn)定性和承載能力的施工方法，其適用于大跨度懸索橋和斜拉橋等結(jié)構(gòu)的施工。

3.3" 材料和施工的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)策略

材料與施工之間的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)是確保橋梁結(jié)構(gòu)安全和質(zhì)量的關(guān)鍵。它要求在選擇材料和確定施工過程中，應(yīng)充分考慮材料的特性和施工的可行性，以實(shí)現(xiàn)最佳的結(jié)構(gòu)性能和施工效率。在一座位于寒冷地區(qū)的橋梁設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師一般會(huì)選擇防凍混凝土作為主要材料，并合理安排施工順序和時(shí)間，以確?；炷猎诘蜏貤l件下的澆筑和固化過程。此外，還應(yīng)采取保溫措施并精選施工設(shè)備，以應(yīng)對(duì)寒冷環(huán)境對(duì)材料和施工工藝的影響。

3.3.1" 材料性能與施工工藝匹配

在選擇材料時(shí)，需充分考慮其性能是否適應(yīng)施工工藝的要求。比如，混凝土強(qiáng)度和流動(dòng)性的選擇應(yīng)與澆筑方式和模板結(jié)構(gòu)相匹配，以確保施工順利進(jìn)行和最終結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求。

3.3.2" 施工順序與材料選擇的匹配

在橋梁的施工設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮材料的交替使用和施工環(huán)節(jié)的順序安排?；炷翝仓巴ǔＰ柽M(jìn)行鋼筋安裝，而混凝土自身的固化和強(qiáng)度發(fā)展需要一定的時(shí)間，因此應(yīng)合理安排施工順序以避免材料之間的沖突［5］。

3.3.3施工條件與材料選擇的匹配

不同的施工條件對(duì)材料和施工工藝有不同要求。在設(shè)計(jì)過程中，需考慮現(xiàn)場(chǎng)的氣候、土壤條件以及施工設(shè)備等因素對(duì)材料性能和施工成果的影響。在高溫天氣下，應(yīng)選擇適應(yīng)高溫環(huán)境的特殊混凝土配方和材料，以確保施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

4" 結(jié)語

綜上所述，道路橋梁設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略是確保橋梁穩(wěn)定性和承載能力的關(guān)鍵。通過選擇合適的策略并應(yīng)用于實(shí)際工程中，可以優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)，提高工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。然而，每項(xiàng)工程都有其獨(dú)特的要求和挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)師需綜合考慮多種因素，并根據(jù)實(shí)際情況靈活應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略，進(jìn)而確保設(shè)計(jì)的橋梁具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、承載能力和持久性。

參考文獻(xiàn)：

［1］周波.道路橋梁設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略研究［J］.低碳世界，2023，13（6）：151-153.

［2］葛健.市政橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略［J］.數(shù)碼精品世界，2023（12）：328-330.

［3］張春媚.道路橋梁設(shè)計(jì)中色彩元素的運(yùn)用［J］.中國航班，2022（10）：194-197.

［4］焦曉瑩.道路橋梁設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與改善策略的探討［J］.城市建筑與發(fā)展，2022，3（3）：88-89.

［5］趙玉寶.道路橋梁設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)［J］.建材與裝飾，2023，19（30）：133-135.