論結構化設計在道路橋梁設計中的應用

史炯

（320583198311270411）

論結構化設計在道路橋梁設計中的應用

史炯

（320583198311270411）

伴隨著社會經濟的高度發展，顯著推動了交通運輸業的發展進程，而道路橋梁設計在交通運輸業中占據著重要的位置。本文先簡單分析在道路橋梁設計中應用結構化設計的重要性，然后對結構化設計進行概述，最后探討結構化設計的具體應用，希望能為道路橋梁設計提供一定的參考。

結構化設計；道路橋梁設計；應用

前言：道路橋梁作為基礎設施，其質量與國民經濟緊密相關，而結構化設計是影響道路橋梁質量的主要影響因素，在結構化設計過程中既要考慮當地交通運輸情況，還應掌握地質條件，只有這樣，才能有效發揮結構化設計的促進作用。因此，本文對于結構化設計的討論具有一定的應用價值。

一、應用結構化設計的重要性

在以往的道路橋梁建設中，首先，借鑒以往設計經驗，構建初步設計方案，在該方案中主要涉及道路橋梁建設所需原材料、整體布局、結構尺寸等內容；其次，綜合分析道路橋梁結構，實地調查，構建簡單的設計方案；最后，進行力學分析，此項作為主要設計步驟，可正確評判以上設計步驟的合理性，如若確認合理，則會應用該方案，如若不合理，則會對其進行適當的修改，指導最終設計方案滿足工程要求，此種設計模式雖然可有效滿足道路橋梁建設標準，但是，考慮不全面，僅僅考慮到安全性、可行性這兩個因素，缺少對其它因素的考慮，一旦遇到結構相對復雜的工程，則不再適用，而結構化設計建立在結構化程序設計的基礎上，將設計劃分成多個獨立且功能單一的模塊結構，具體可分為詳細與概要設計。在結構化設計中借助結構圖直觀描述設計階段，它既是道路橋梁發展的必然，還是最理想的設計方法[1]。

二、結構化設計概述

（一）常用解法

1.圖解法

圖解法主要被應用在二維結構設計分析中，主要將一個設計變量充當橫坐標，另一個充當縱坐標，繪制曲線圖形，滿足約束條件，獲得約束區域，并在內部繪制目標函數等值線，各個等值線相切于可行區域周邊，切點即為目標函數值；

2.計算函數極值

在該步操作中，首先將約束不等式轉換成等式形式，再除去目標函數中的變量，在目標函數僅僅含有一個變量，從中得到函數極值，實現結構化設計；

3.同態設計

將不等式約束約束轉化成等式約束，降低設計空間的可靠性，即為同態設計法，通過此種方法獲得的解與原解相比略顯不足，有時在同態設計中還會出現無解現象。雖然同態設計存在不足，但是在具體的設計過程中，一定要借助同態設計得到解法。另外，同態設計還能簡化復雜結構，便于計算；

4.網絡搜索

網絡搜索屬于直觀切原始方法，它將問題在特定范圍內劃分成多個網格點，各個網格點分別指代不同的設計，參照特定規律按照由淺入深的原則進行搜索，進而獲得最優解。在道路橋梁設計中應用此種方法時，首先，選擇一個變量，并將其固定，然后按照由小到大的原則驗算其余變量，在驗算的過程中應保證各個點落在約束條件的范圍內，最后，則優選擇可行解，獲得最優解。

（二）基本原則

1.確保剛度配置與截面形式合理，若想減輕結構重量，應適當調整位移分布，同時優化內力分布，還應確保材料剛度滿足規范標準；

2.盡可能簡化快遞路線，只有這樣，才能使支撐反力有效均衡外負載，進而減輕結構重量，確保工程施工的正常開展，節省一定的工程材料；

3.滿足連續性要求，如若將橋梁結構的不同部分構成統一整體，既會簡化傳遞線路，還會拓展結構的受力范圍，進而從整體層面減輕結構受力，并縮減材料使用量，節省成本；

4.在設計過程中應全面考慮不同材料組合，有效結合結構的外形尺寸和受力特點，達到不同材料性能的最大化，降低整體質量；

5.綜合研究關鍵性受力構件自身性能，充分發揮。橋梁結構因實際需求的不同會將其應用到不同的環境中，結構化設計可分別設計適用于不同情況的結構，為縮減關鍵性受力桿數量，最大限度地發揮受力桿的作用，實現綜合運用，以此來節省工程材料，降低成本投入[2]。

（三）計算模型

在結構化設計中主要包含模型化、離散化以及簡化的工程材料與負載這三種計算模型，其中模型化結構是指借助力學原理科學分析不同結構的內部規律，在結構化設計環節，可針對結構的突出矛盾實施模型化處理，通過該種結構可增加設計方案的全面性，便于工程施工的順利開展；離散化結構是指將結構無線自由度變成有限的，也可以將其理解將整體結構劃分成不同的組成部分，即為離散化劃分，此種結構便于受力分析，也能為設計施工提供便利；在結構化設計環節，一般會假定工程材料的塑性與彈性是最理想的，并借助有限參數仿效隨機負載，該負載的自由度是無限的。經由結構化設計可簡化工程材料與負載的計算過程，有助于結構設計的正常開展。在實際施工過程中，應結合橋梁結構的自身情況，合理選擇計算模型。

三、結構化設計的應用

（一）在防水設計中的應用

結構化設計在道路橋梁設計中發揮著重要的作用，如若無法及時排除道路橋梁表層積水或者防滲漏不合理，將會縮減道路橋梁的使用年限。一方面，應合理規劃防水層設計，若想達到預期的防水保護效果，應鋪設防水層，為滿足這一要求，應選擇密實性良好的混凝土充當原材料，同時，還應增設配筋網，減小混凝土出現開裂的可能性，通常使用復合纖維混凝土，實現防水。滿足要求的防水層結構設計應做到以下幾點：首先，保證路面粘結性滿足標準，無起皮、脫落現象；其次，將混凝土和路面攤鋪成統一整體，并保障具有較高的抗拉強度和延展性；最后，規范安裝泄水管道，合理設計，以免水分滲出，否則將會混凝土產生嚴重影響[3]。

(二)在混凝土施工中的應用

1.增加混凝土保護層厚度

鋼筋與混凝土共同組成鋼筋混凝土，它作為一種復合型材料，被廣泛地應用在道路橋梁中，通常會在鋼筋混凝土上方攤鋪保護層，具有預防腐蝕的作用，強化持久性，增加安全系數，以此來有效保護鋼筋混凝土。因此，分析國家規范可知，若想提升保護層的保護效果，可增加保護層厚度；

2.滿足耐久性

在結構設計中，持久性與道路橋梁質量緊密相關，并決定工程的使用壽命。近年來，伴隨著道路橋梁建設步伐的加快，在工程建設中普遍存在偷工減料的現象，并在結構設計環節缺少對整體布局的考慮，計算不準確，這些均會對工程質量產生負面影響[4]。因此，在混凝土的設計環節，應保證耐久性符合標準。為實現這一目標，應增強混凝土自身的耐久性，科學計劃材料配比；

3.強化構造配筋

開裂作為混凝土的通病，一旦出現開裂將會損壞結構，出現雨水滲入的現象，伴隨著雨水的逐步滲入，將會擴大開裂縫隙，并損壞內部結構。因此，在應用混凝土時，應有效控制開裂情況，為實現這一目標，可適當增加構造配筋數量；

結語：結構化設計區別于以往道路橋梁設計方法，在實際設計過程中，應綜合考慮設計方案，只有這樣，才能確保結構化設計的安全、可靠，進而確保道路橋梁建設的安全、順利開展。伴隨著社會的不斷進步，結構化設計水平也會隨之提升，并會涌現出大量的結構化設計方案，希望能將道路橋梁設計帶到更高的水平。

[1]馬立新,吳春芳.結構化設計在道路橋梁設計中的應用分析[J].建筑工程技術與設計,2014,(25)：298-298.

[2]陳菲菲.結構化設計在道路橋梁設計中的應用[J].黑龍江科學,2015,(1)：40-41.

TU7

B

1007-6344（2015）08-0096-01