結構化設計在道路橋梁設計中的應用分析

羅偉

（沈陽市公路規劃設計院有限公司，沈陽110168）

1 引言

隨著我國經濟和科技的快速發展，結構化設計對于道路橋梁的建設也起到了非常重要的作用。而其結構化設計時，需要遵守相應的設計原則，如經濟性、科學性、整體性等。本文著重分析了道路橋梁結構化設計的原則、計算方法及其應用。

2 結構化設計在道路橋梁中的應用原則

2.1 科學性原則

科學性原則是指，合理選擇橋梁結構及橋梁橫面的配置，從而保證橋梁的有效性和科學性。同時，在保證橋梁的質量的前提下，對道路橋梁的材料及各種形式進行優化，以降低橋梁結構對自身重量的承受力，促使橋梁的結構設計呈現優質化建設，延長了其使用年限，更好地保證人們的出行安全。

2.2 簡約化原則

簡約化原則是指對道路橋梁的實際設計進行路徑優化，通過更簡單的結構實現應力的傳遞，從而分散橋梁結構承擔的重量，提高橋梁的強度。目前，簡約化設計是道路橋梁設計中的重要目標之一，其既能夠有效提高結構強度，也能有效節約施工材料，并且能夠提高施工的效率。

2.3 連續性原則

道路橋梁結構化設計的連續性原則是指通過滿足橋梁的連續性設計，使橋梁的整體性特點實現最大化，從而實現整體結構的優化，并有效縮短橋梁傳遞中的受力途徑。在進行結構化設計時遵守連續性原則，既能夠有效降低建筑成本，節約建筑材料，還能夠更好地完成結構優化的目的，并且有利于橋梁結構強度及其穩定性的提升。

2.4 綜合性原則

綜合性原則是指充分將材料和結構的特點進行整合。第一，橋梁結構的不同，位置的作用不同，所需的材料也就有所不同，在實現結構優化的目標的同時，充分考慮具體位置所需的材料特性，選擇合適的建筑材料，才能夠充分發揮出材料的最佳性能，實現道路橋梁結構的優化。第二，道路橋梁結構化設計時，不同結構的形狀導致其受力特點也存在差異。因此，應當結合橋梁結構設計方案，對其相關數據進行統計，以有針對性地進行施工，從而盡可能地完成降低橋梁自身承重力和結構受力均勻的目標，從而保證建筑的質量和人們的出行安全。

2.5 整體性原則

整體性原則是指，在進行結構化設計時，充分了解其具體特征及相關優勢，使得各個特征和優勢都能達到最大程度發揮。因此，應當在道路橋梁結構處于各種極限條件下，保證其滿足整體性和安全性的要求，實現橋梁承重力的增長[1]。

3 結構化設計中應用較為普遍的計算方法

3.1 圖解法

圖解法是指通過建立坐標系，建立結構化設計變量的坐標系圖形，再結合變量的函數不等式，獲得兩個變量在坐標系中的約束區域，最后作出目標函數的等值線，確定切點，以得到相應的目標函數值[2]。其中，橫縱坐標分別為結構化設計中的兩個變量。

3.2 函數極值求解法

我們在高等數學中曾學過函數極值求解法，函數極值的求解就是指在計算過程中將設計變量的約束不等式轉變為等式，并通過一定的變換形式實現變量的消除，從而使得目標函數轉換為一個函數，最終求得函數的極值。該值能夠給道路橋梁結構化設計的后續施工提供重要的數據參考，在各類道路橋梁結構的設計依然具有重要的應用意義。

3.3 網絡搜索法

網絡搜索法在道路橋梁結構化設計中的應用歷史十分悠久，其在應用方面比上述方法更為直觀，能夠合理劃分設計的范圍問題，使其形成數個網格點，而這些網格點分別對應著一個相應的設計，使得搜索能夠遵從一定的規律，實現逐個搜索，不錯漏任何一種，以在繁雜的道路橋梁設計中發現最優的解決辦法。但是網絡搜索法也存在部分缺點，如計算較為麻煩等。網絡搜索法的實用性比其限制性更加優越，因此在現階段依然廣泛應用于道路橋梁的結構化設計之中。

4 道路橋梁設計中結構化設計的應用

4.1 遵守道路橋梁結構化設計的相應原則

第一，需要對道路橋梁的截面形式進行選擇。設計人員在進行道路橋梁的結構設計時，應當重視分析橋梁結構的承重情況，并得出具體數值，再基于此選擇合適的截面形式。在這個過程中，由于建筑工程施工材料種類眾多，若是選擇了不合理的建筑材料，將會導致橋梁結構自身的負荷較大，對于維持橋梁的穩定性產生不利影響。因此，設計人員要結合實際需求，在保證建筑質量安全的前提下盡可能選擇具有優異結構性能的輕質截面形式，并通過多樣化的設計，降低橋梁結構對自身重量的承受力。第二，保證結構連續性和支撐力協調。設計人員應當在結構化設計時，盡可能實現橋梁結構的連續性和支撐力均勻分布，以防止部分重要位置出現局部壓力較大的情況，從而導致橋梁質量得不到保障。除此之外，道路橋梁結構的設計還需要結合其各個部位的特殊性，有針對性地進行設計方案的制定，從而更好地保障橋梁結構各部位的優異性能，提高橋梁的使用年限。

4.2 道路橋梁設計中結構化設計的應用

4.2.1 道路橋梁防水設計方面的應用

道路橋梁通常都是露天使用的，所以道路橋梁防水設計是最為重要的設計環節之一。同時，道路橋梁的使用年限和質量安全與其防水設計也密切相關。若是道路橋梁在陰雨天無法順利排水，會導致大量的雨水在橋梁路面上聚集，不僅會給行人的出行帶來不便，還會侵入橋梁內部并對其進行腐蝕，從而導致橋梁存在安全隱患。因此，設計人員需要提高對道路橋梁防水設計的重視，通過選擇高質量的施工材料（如復合纖維混凝土），并將其科學用于防水層之中，實現道路橋梁防水性能的進一步提升。還可以在混凝土施工時將鋼筋網添入其中，以增強混凝土的強度，防止其出現開裂造成雨水滲入。另外，道路橋梁的結構化設計過程中，設計人員應當將橋梁路面及混凝土視為一個整體，便于進行合理設計，從而提高道路橋梁的黏結性和延展性，提高其抗拉強度，防止出現脫落等現象，以延長道路橋梁使用年限，保證行人出行安全[3]。

4.2.2 混凝土施工方面結構化設計的應用

混凝土施工的結構化設計，可以根據其性質及施工特點進行優化，以提高鋼筋混凝土的應用效果。眾所周知，鋼筋混凝土屬于復合型材料，可以通過對鋼筋混凝土保護層的優化設計，減少其內部結構受到大風、暴雨、暴雪等的影響。合理控制混凝土配合比并進行科學攪拌，在提高混凝土耐久性、避免病害方面具有重要作用[4]。

5 結語

綜上所述，道路橋梁結構化設計的優化對于提升我國道路交通安全至關重要。在設計人員在對橋梁結構進行優化設計時，需要結合道路橋梁工程建設區域的具體情況，添加適量的構造配筋，以防止混凝土出現裂縫，從而更好地避免內部混凝土遭受腐蝕，影響道路橋梁的質量。