淺議結構化設計在道路橋梁設計的應用

孫樹春

【摘 要】在道路橋梁設計規劃中，不僅僅要充分考慮道路橋梁的使用性能及安全，還要考慮現有國民經濟建設發展現狀及資金的使用情況，結合實際需要設計合理的道路橋梁結構。傳統道路橋梁設計主要采用定值法進行設計結構，從某種角度而言，這種設計結構受不確定因素影響比較多，難以適應社會發展的需要，對此下面主要針對如何優化道路橋梁設計進行詳細的分析與總結，在傳統設計方法上提出更好的合理化意見，以便進一步優化道路橋梁設計結構，促進其發展。

【關鍵詞】結構化設計；道路橋梁設計；應用

前言：

近年來，國內發生幾起大橋塌陷或局部遭到嚴重損害事故，為了增強道路橋梁的安全系數、提高耐久性，避免橋梁受損，應該加強道路橋梁結構化設計工作，這是當前迫在眉睫需要解決的事情。

一、結構化設計在道路橋梁設計中應用的重要性

道路橋梁建設過程中，以前的設計主要分為三步：第一步，按照相關人員的設計道路橋梁的經驗，形成簡單的設計雛形，這個設計雛形包括這個道路橋梁使用哪些原材、大概的布局以及結構大概的尺寸等；第二步，對道路橋梁的結構進行具體的分析，深入調查，形成簡單的設計方案；第三步，力學分析，這是很關鍵的一步，因為這個環節能夠真正的檢驗出上一步驟設計出的道路橋梁結構是否具有可行性，如果符合相關要求，就利用該方案，如果不符合要求就根本設計缺陷進行不斷地修改，直至完全符合要求，最終形成設計方案。這種設計方案優勢十分突出，它能夠完全符合道路橋梁建設的要求，但是它只考慮到道路橋梁的安全性與可行性，對其他更多的因素并沒有過多的考慮，如果遇到結構復雜的道路橋梁，傳統的設計方法很難起作用。所以對傳統的設計方法進行結構性的改良很重要。結構化設計的主要特點就是模塊化設計，每一個模塊都是獨立的，并且功能單一，主要涵蓋兩種設計，一種是詳細設計，而另一種是概要設計，它主要利用結構圖將設計描述出來，無論是從道路橋梁設計方面說，還是從整個道路橋梁發展來說，意義都十分重大。

二、道路橋梁結構化設計應該堅持的原則

①科學性原則

在道路橋梁結構化設計中，應該合理選擇道路橋梁結構，注意橫截面與道路橋梁結構配置，做到更為科學和有效，在合理調整道路橋梁結構位置，優化道路橋梁結構內力分布的基礎上，使道路橋梁結構的重量降低，實現道路橋梁結構的科學化。

②簡約化原則在道路橋梁結構化設計中確保道路橋梁結構的簡約化，盡量通過簡化的路徑做到道路橋梁結構力的直接、簡單傳遞，達到道路橋梁結構能夠平衡地分散外部負荷，對于確保道路橋梁結構自重，提高道路橋梁結構強度，節約道路橋梁結構施工材料，提升道路橋梁結構施工效率有著重要的價值。

③連續性原則當前，道路橋梁結構出現了自身重量越來越高、負荷越來越大的趨勢，這需要在道路橋梁結構化設計中實現結構的連續性和一體性，以此來確保道路橋梁結構在受力的情況下，擴大有效的受力面積，縮短道路橋梁受力傳遞的路徑，在優化結構、降低材料使用的基礎上，提高道路橋梁結構的穩定性、連續性。

④統合性原則

在道路橋梁結構化設計中要統和材料、結構兩個重要的部分，在材料部分中應該考慮不同材料在道路橋梁結構中的不同部位與不同性質，要做到在優化結構的同時科學設計材料應用。同時，應該利用不同結構、不同形狀受力和功能的特點，統和道路橋梁結構達到穩定、重量、受力等結構特性目標。

⑤整體性原則

道路橋梁結構設計中要利用結構化設計的優勢，突出道路橋梁結構的整體性，特別要求做好過載和特殊情況確保道路橋梁結構整體性和安全性的設計，通過提高承重力，整體效果，使道路橋梁結構的總體用料得到節約，在確保道路橋梁施工質量的同時，降低道路橋梁結構的建設成本。

三、道路橋梁設計中應用結構化設計的計算方法及實例分析

①結構化設計的常用計算法

結構化設計中常用方法包括圖解法、求函數極限值法、同臺設計法和網絡搜索四類方法，每種方法計算方式各有不同。圖解法主要應用于各類二維結構的設計方案計算，將兩個設計變量分別看做是橫縱坐標，根據相應的制約因素進一步制出曲線表，由表得出兩變量的約束區域，取這一函數區域的等值線，進一步同結構化設計方案的可行范圍函數線相切，切點即可作為結構化設計方案的確定值。求函數極限值的方法，則主要是把約束條件從不等式轉化為等式，再依次去除其中的各項變量，直到只剩下一個變量為止，根據該變量分別求得函數的最大與最小兩個極限值，為結構化設計提供參考。

同臺設計法，主要是將等式約束中的等式替代為不等式，以降低設計方案的可行性來求得相應數值。該算法得出的數值一定程度上存在缺陷，甚至算不出來。但一定程度上，該算法能夠有效簡化原有的復雜式結構化設計計算，需要結合實際情況進行巧妙應用。網絡搜索法，則主要是將道路橋梁設計所考慮的各類問題在一定區域內分割為多個網格點，各點均表示不同種類的設計方案，根據網格圖的規律逐漸探索，最終篩選出最符合需求的網格點。此方法在實際應用前，需要選擇一個固定變量，以此為中心對其余變量進行演算，最終從所有有效解中選擇出最符合結構化設計方案的解。

②道路橋梁設計中結構化設計的實例分析

某道路橋梁在對橋頭搭板進行結構化設計時，針對道路橋梁橋頭搭板寬度、厚度以及長度進行科學合理控制的同時，利用結構化設計計算方法，額外對道路橋梁的埋入深度進行了計算，相應的調整過后，有效優化了橋頭搭板的整體結構。隨著科學技術的不斷變化發展，各種計算機技術被廣泛地應用于各個行業之中，結構化設計在道路橋梁設計中也同樣利用了計算機技術，針對道路橋梁進行合理化的模擬實驗，進而從多種優化設計方案中選擇與實際工程相符的道路橋梁設計。在優化設計過程中，不僅僅確保了道路橋梁的質量，還綜合分析了不同結構設計對于道路橋梁質量的影響，利用計算機技術可以準確的計算出相應數值與實際橋梁設計之間的差距，不僅如此，還能準確推斷出影響質量的不安全因素，通過分析合理化的解決，進而在實際道路橋梁施工中減少了不必要的經濟損失，提高了整體效益。

四、道路橋梁結構化設計應用

①道路橋梁防水結構設計的應用

一方面，在道路橋梁防水結構的設計中，應該確保道路橋梁路面的物理性質，通過材料和工藝的控制設計保障材料的黏結性，做到路面不起皮，混凝土不脫落。另一方面，在道路橋梁防水結構的設計中要注意路面的平整性，通過嚴格設計混凝土施工，將路面和混凝土鋪成一個整體，以確保防水的平整。此外，在道路橋梁防水結構的設計中應該確保結構的整體性，要選用延展性好、抗拉力強的材料作為基礎，通過合理的工藝實現防水結構的整體性。最后，規范排水管線、集水管道的設計，要通過嚴格的規范來確保排水設施安裝過程，避免出現對道路橋梁結構和混凝土部位出現的滲透、腐蝕，以此來確保道路橋梁結構的強度與安全。

②道路橋梁混凝土項目設計的應用

一方面，道路橋梁結構設計中要重視混凝土中鋼筋的保護層厚度，應該根據道路橋梁結構的需要和混凝土施工規范，明確確定道路橋梁混凝土鋼筋的保護層厚度，通過保護層來確保鋼筋的結構功能和作用，進而實現道路橋梁結構的安全。另一方面，道路橋梁結構設計中應該重視混凝土的耐久性，要在設計中規劃好混凝土材料的配比，特別是：水灰比例、水泥使用量、強度級別等，以確保道路橋梁結構的穩定與安全。最后，道路橋梁結構設計要加強增強構造配筋設計，要通過規范配筋的數量、形式和結構增強混凝土結構的抗裂縫能力，確保道路橋梁結構符合實際與使用的需要。

五、結束語

隨著道路橋梁在人們日常生活及社會生產中地位的增強，道路橋梁的設計優化也逐漸成為了實際施工中需要重點考慮的問題之一，通過應用結構化設計等方法，能夠在提高道路橋梁質量的同時，有效提高施工效率及質量，該方法具有較高的實際應用價值。

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