道路橋梁設(shè)計中結(jié)構(gòu)化設(shè)計的應(yīng)用探析

摘 要：經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷變化發(fā)展，從而使得交通建設(shè)也發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變，道路橋梁設(shè)計作為交通運(yùn)輸中重要的組成部分之一，對其有著極其重要的影響和作用。文章主要結(jié)合道路橋梁設(shè)計中如何進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計進(jìn)行了簡要的分析與總結(jié)，并針對存在的問題提出了合理化的解決方法，以便更好的促進(jìn)我國交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，僅供同仁參考。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)化設(shè)計；道路橋梁設(shè)計；具體應(yīng)用

在道路橋梁設(shè)計規(guī)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(xiàn)有國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀及資金的使用情況，結(jié)合實(shí)際需要設(shè)計合理的道路橋梁結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)道路橋梁設(shè)計主要采用定值法進(jìn)行設(shè)計結(jié)構(gòu)，從某種角度而言，這種設(shè)計結(jié)構(gòu)受不確定因素影響比較多，難以適應(yīng)社會發(fā)展的需要，對此下面主要針對如何優(yōu)化道路橋梁設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)的分析與總結(jié)，在傳統(tǒng)設(shè)計方法上提出更好的合理化意見，以便進(jìn)一步優(yōu)化道路橋梁設(shè)計結(jié)構(gòu)，促進(jìn)其發(fā)展。

1 道路橋梁設(shè)計中應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計的可行度

結(jié)構(gòu)化設(shè)計的應(yīng)用是為了更好地提高道路橋梁設(shè)計的可行性，它主要是綜合多種設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化選擇。在道路橋梁設(shè)計過程中，采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計的原因主要是體現(xiàn)在以下兩個方面的內(nèi)容：一是它能充分考慮道路橋梁的質(zhì)量，一定時期內(nèi)結(jié)構(gòu)化設(shè)計都符合國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求；二是在道路橋梁使用過程中，它能有效的應(yīng)對各種安全質(zhì)量問題并在第一時間內(nèi)確保道路橋梁設(shè)計的正常使用。在道路橋梁設(shè)計中，如何確保設(shè)計的可行性比較高，主要可以從結(jié)構(gòu)構(gòu)件荷載效應(yīng)以及承受力這兩方面加以改善，設(shè)計時必須滿足這兩方面的內(nèi)容進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計，這也是結(jié)構(gòu)化設(shè)計的重點(diǎn)內(nèi)容，通過這兩方面性能的提升不僅僅可以提高道路橋梁設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，還能提高其使用性能。此外，在采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計的同時，必須對道路橋梁設(shè)計方案進(jìn)行科學(xué)合理的分析，結(jié)合實(shí)際道路橋梁施工環(huán)境合理推斷出道路橋梁承載力的安全系數(shù)，通過模擬技術(shù)來測定安全系數(shù)指標(biāo)，從而更加全面可靠的使用結(jié)構(gòu)化設(shè)計，提高道路橋梁安全性能。

2 道路橋梁設(shè)計中應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計的基本原則及模型的構(gòu)建

2.1 結(jié)構(gòu)化設(shè)計的基本原則

在實(shí)際道路橋梁設(shè)計中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計應(yīng)遵循最大程度減少結(jié)構(gòu)承載力的重量，且不同施工材料剛度的配比都要符合道路橋梁截面要求，在保障道路橋梁設(shè)計時一定程度上還要保障道路橋梁施工的順利進(jìn)行，在保證道路橋梁質(zhì)量的前提下，盡量節(jié)省材料的使用，從道路橋梁整體結(jié)構(gòu)布局出發(fā)，將各工程材料及設(shè)備的使用充分發(fā)揮在結(jié)構(gòu)化設(shè)計中，不僅僅擴(kuò)大了道路橋梁使用的受力面，更加優(yōu)化了施工設(shè)計方案，減少材料浪費(fèi)，大大節(jié)約了成本，提高了工作效率。一定意義上而言，這種結(jié)構(gòu)化設(shè)計也滿足長期運(yùn)營維護(hù)的需要，最大程度的延長了道路橋梁的使用壽命，提升了整體安全性能結(jié)構(gòu)。但這種方法的使用必須深入到道路橋梁設(shè)計的各個部分及細(xì)節(jié)，這樣才能發(fā)揮其應(yīng)有的效用。

2.2 結(jié)構(gòu)化設(shè)計模型的構(gòu)建

2.2.1 離散化結(jié)構(gòu)的構(gòu)建

離散化結(jié)構(gòu)模型的建立主要是指在道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計時將原有結(jié)構(gòu)整體設(shè)計劃分成多個限制組成部分，通過這種方式的劃分可以構(gòu)建出新的結(jié)構(gòu)化設(shè)計模型，在進(jìn)行受力分析時就可以針對每個限制部分進(jìn)行合理測試分析，這種方法大大提高了施工效率且比較簡單，因此被廣泛地應(yīng)用于道路橋梁設(shè)計中。

2.2.2 材料及荷載的簡化

在道路橋梁設(shè)計中進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計時，往往會對結(jié)構(gòu)材料的可塑性及彈性進(jìn)行理想化假設(shè)，并相應(yīng)使用有限參數(shù)對無線自由度情況下的結(jié)構(gòu)荷載能力進(jìn)行隨機(jī)式模擬。一般選擇的有限參數(shù)具有一定的概率性，當(dāng)然以解析式得出的參數(shù)也是可行的。結(jié)構(gòu)化設(shè)計一般會盡量簡化材料與荷載等因素，從而方便施工前期進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化。如果想使得結(jié)構(gòu)化設(shè)計的方案同道路橋梁實(shí)際情況相適應(yīng)，那么在構(gòu)架模型及計算時應(yīng)當(dāng)仔細(xì)慎重，道路橋梁的受力情況在模型上有真實(shí)反映。在結(jié)構(gòu)化設(shè)計中應(yīng)用較多的常用算法包括圖解法、求函數(shù)極限值法、同態(tài)設(shè)計法以及網(wǎng)絡(luò)搜索等辦法。

3 道路橋梁設(shè)計中應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計的計算方法及實(shí)例分析

3.1 結(jié)構(gòu)化設(shè)計的常用計算法

結(jié)構(gòu)化設(shè)計中常用方法包括圖解法、求函數(shù)極限值法、同臺設(shè)計法和網(wǎng)絡(luò)搜索四類方法，每種方法計算方式各有不同。圖解法主要應(yīng)用于各類二維結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案計算，將兩個設(shè)計變量分別看做是橫縱坐標(biāo)，根據(jù)相應(yīng)的制約因素進(jìn)一步制出曲線表，由表得出兩變量的約束區(qū)域，取這一函數(shù)區(qū)域的等值線，進(jìn)一步同結(jié)構(gòu)化設(shè)計方案的可行范圍函數(shù)線相切，切點(diǎn)即可作為結(jié)構(gòu)化設(shè)計方案的確定值。求函數(shù)極限值的方法，則主要是把約束條件從不等式轉(zhuǎn)化為等式，再依次去除其中的各項(xiàng)變量，直到只剩下一個變量為止，根據(jù)該變量分別求得函數(shù)的最大與最小兩個極限值，為結(jié)構(gòu)化設(shè)計提供參考。

同臺設(shè)計法，主要是將等式約束中的等式替代為不等式，以降低設(shè)計方案的可行性來求得相應(yīng)數(shù)值。該算法得出的數(shù)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(fù)雜式結(jié)構(gòu)化設(shè)計計算，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行巧妙應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)搜索法，則主要是將道路橋梁設(shè)計所考慮的各類問題在一定區(qū)域內(nèi)分割為多個網(wǎng)格點(diǎn)，各點(diǎn)均表示不同種類的設(shè)計方案，根據(jù)網(wǎng)格圖的規(guī)律逐漸探索，最終篩選出最符合需求的網(wǎng)格點(diǎn)。此方法在實(shí)際應(yīng)用前，需要選擇一個固定變量，以此為中心對其余變量進(jìn)行演算，最終從所有有效解中選擇出最符合結(jié)構(gòu)化設(shè)計方案的解。

3.2 道路橋梁設(shè)計中結(jié)構(gòu)化設(shè)計的實(shí)例分析

某道路橋梁在對橋頭搭板進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計時，針對道路橋梁橋頭搭板寬度、厚度以及長度進(jìn)行科學(xué)合理控制的同時，利用結(jié)構(gòu)化設(shè)計計算方法，額外對道路橋梁的埋入深度進(jìn)行了計算，相應(yīng)的調(diào)整過后，有效優(yōu)化了橋頭搭板的整體結(jié)構(gòu)。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷變化發(fā)展，各種計算機(jī)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于各個行業(yè)之中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計中也同樣利用了計算機(jī)技術(shù)，針對道路橋梁進(jìn)行合理化的模擬實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而從多種優(yōu)化設(shè)計方案中選擇與實(shí)際工程相符的道路橋梁設(shè)計。在優(yōu)化設(shè)計過程中，不僅僅確保了道路橋梁的質(zhì)量，還綜合分析了不同結(jié)構(gòu)設(shè)計對于道路橋梁質(zhì)量的影響，利用計算機(jī)技術(shù)可以準(zhǔn)確的計算出相應(yīng)數(shù)值與實(shí)際橋梁設(shè)計之間的差距，不僅如此，還能準(zhǔn)確推斷出影響質(zhì)量的不安全因素，通過分析合理化的解決，進(jìn)而在實(shí)際道路橋梁施工中減少了不必要的經(jīng)濟(jì)損失，提高了整體效益。

4 結(jié)束語

隨著道路橋梁在人們?nèi)粘Ｉ罴吧鐣a(chǎn)中地位的增強(qiáng)，道路橋梁的設(shè)計優(yōu)化也逐漸成為了實(shí)際施工中需要重點(diǎn)考慮的問題之一，通過應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計等方法，能夠在提高道路橋梁質(zhì)量的同時，有效提高施工效率及質(zhì)量，該方法具有較高的實(shí)際應(yīng)用價值。

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