橋梁設計中結構化設計應用研究

張宇

（新余公路勘察設計院，江西新余 338000）

0 引言

到2020年底，國內已經實現了橋梁工程項目80 萬余座。在確保有效的數量前提下，還應該結合橋梁的設計情況，提升整體質量。根據相關機構的統計數據顯示，在2007—2011年期間，我國國內共發生了17 次大型的橋梁坍塌事故，對人民的生命財產安全帶來了嚴重的威脅。從橋梁事故誘發的原因來看，主要是建筑過程中質量不達標導致的。因此，結構化設計成為橋梁整體設計方案的一個新的發展方向。針對結構化設計的具體特點，分析了結構化設計對橋梁的作用，從而推動結構化設計在橋梁設計工作中的應用，有效提高橋梁的穩定性。

1 優化結構設計的重要性

1.1 確保橋梁設計結構質量的全面提升

從傳統的橋梁設計來看，我國的橋梁結構設計具有較強的技術優勢，但依舊存在一些局限性，很難適應當代橋梁的發展。橋梁設計要結合結構化設計的具體內容，不僅能夠保證橋梁的安全質量效果，而且也可以提升整體的穩定性，確保結構成本的優化升級，以提升橋梁的耐久性與承載力。從專業視角出發，設計人員要嚴格按照要求，做好自身綜合素養的提升，全面推動橋梁領域的各項處理工作，尋找有效的施工經驗和方法，更好地適應當代橋梁發展的整體需要[1]。

1.2 橋梁工程設計的未來發展趨勢

橋梁結構設計是行業所關注的對象，設計人員要結合傳統的設計理念，設計出具有創新的設計方案，不但能夠更好地適應當代交通行業的建設需求，還可以滿足人們多樣的社會生活。因此要做好建設材料的選擇工作，了解具體的橋梁結構布局，更好地適應全新的工藝需求。結構化設計是一種全新的理念，是當前橋梁建設技術變革的一種突出表現。在實際發展的歷史中，需要充分發揮BIM 技術、云計算機計算技術等各項現代化技術的優勢，更好地推動橋梁的整體發展和建設。

在建設橋梁工程過程中，工作人員應該嚴格按照功能性的需求，優化設計方案，平衡內部的邏輯關系，全面提升設計人員和建設人員的綜合素養。在選擇建筑材料時，還要以項目的整體結構作為基礎，確保力學理論的全方位落實，實現當前設計方案的優化升級，滿足多樣化的設計需求，為今后的橋梁結構設計提供有效的方案[2]。

1.3 橋梁施工可行性的提升

設計人員要結合具體的橋梁形態構造，選擇合適的材料和設備進行施工處理，確保結構的穩定性和有效性。在進行力學分析時，要對當前的數據進行精確把握，盡最大的可能進行優化升級。從目前橋梁結構來看，面對日益復雜的橋梁結構形式，設計的難度也在逐漸上升。然而橋梁施工在結構化設計的支持下，不僅要對自身的設計可行性進行評估，還要在安全性達標的前提基礎上提升橋梁的最佳效果。只有做好設計和施工之間的銜接，才能夠滿足施工的整體需求。相關人員還要結合有效的施工環境做出處理，通過靈活的設計方案保證施工質量的有效性，進而增加橋梁的安全系數，做好風險性識別，嚴格按照標準化的生產流程，提升橋梁的承載力，更好地保證橋梁的使用性能發揮。

2 結構化設計模型的構建

2.1 簡化材料的荷載設計

在進行結構化設計的操作過程中，應該充分分析相對應的材料，通過理想的彈性和塑性模型的構建，做好科學的設置和分析，只有做好參數的分析工作，才能確保結構材料的自由性，進而引起內部結構的變化和升級。與此同時，可以通過相關軟件進行建檔處理，分析立體化結構設計的整體思路，充分考慮荷載力和材料的各項因素，并對當前的設計方案進行全面調整和優化。在材料荷載設計的全面支持下，能夠充分了解材料的性能，進一步對材料的各項指標進行審核升級，保證材料的整體荷載能力[3]。除此之外，在計算機模型的合理選擇過程中，還要結合橋梁的實際結構，形成統一的規劃，充分了解橋梁的實際受力情況，更好地展現出橋梁結構的真實受力變化值，保證計算結果符合設計規范。為了能夠讓結構化設計方案適應橋梁的實際建設需求，設計人員要充分計算構件的具體模型，了解模型內部的具體狀況，形成三位一體的立體模型布局，通過與實際場景的對比分析，保證計算模型的科學性和有效性。

2.2 模型化設計

在進行結構化設計時，所設計的模型化結構一般會通過力學原理對橋梁結構進行拆分，并對拆分的部分做出適當的調整。因此，為了使得橋梁結構設計更加科學具體，應當嚴格按照指定的順序逐步推進，把握橋梁結構的主體矛盾，充分運用原理知識，明確內部結構的規律，確保施工的便捷性。

2.3 離散式模型

所謂的離散式模型就是將原來的結構進行多個部分的拆分，進而獲取全新的結構化設計模型形式。這種模型目前已經被廣泛地應用到當前的工作中。在進行結構化設計時，為了確保不同結構之間的受力效果，要充分了解模型的基本形態，嚴格把握結構的自由度，通過理想化的設計理念，提升整體結構設計目標。只有將結構無限地進行自由度的調節，才能憑借理想化的結構設計來提高設計的效果和水平。

3 橋梁設計中結構化設計的應用情況

3.1 防水設計

首先，選擇合適的施工材料并參考地形地貌和自然條件特征，做好設計的全方位處理，避免雨水和積水給路面結構帶來全面的破壞。所以要做好排水管道的設計和安裝工作，根據項目規模的大小以及地形地貌特征，合理設計管道的類型。同時施工人員要嚴格按照圖紙規劃做出調整，全面推動排水管道的位置建設，并使其能在較短的時間內進行排放。除此之外，排水管道的位置和密度也要結合各項考量標準對管道質量進行把控，選擇質量較高的排水管道，避免出現水滲出管道的現象。

其次，在進行防水設計時，為了保證管道的延展性和抗拉伸性，一定要形成穩定的防水材料和路面結構，為后期的防水結構提供更多的抗拉強度和黏性目標，必要時將混凝土和路面攤鋪形成一個完整的整體。

再次，為了保證路面的完整狀態，合理安排路面和混凝土結構，需要做好整體的抗拉強度提升工作，確保路面的黏結性，使其符合相應的標準，避免出現脫落和起皮的現象。

最后，技術人員在進行防水層的設計時，要選擇合適的材料進行處理，尤其是要關注密實性較好的混凝土材料，通過復合纖維混凝土的規整，不斷提升橋梁的防水性能。除此之外，要在設計的過程中增加鋼筋網，將鋼筋網和混凝土充分融合，降低混凝土出現的各種變化，避免出現嚴重的裂縫，更好地提升混凝土的強度，維持混凝土的整體態勢，進而達到良好的防水目標[4]。

3.2 混凝土施工設計

首先，更好地保證混凝土的效果，維持有效的功能和狀態，一定要做好混凝土的各項開裂處理，了解具體的形式，優化構造配筋，降低混凝土開裂的概率。從某種程度上來說，這樣可以延長橋梁的使用周期，避免整體的結構受到破壞。

其次，為了保證混凝土的配合比符合要求，要嚴格約束當前的施工行為，做好混凝土設計標準控制工作，維持混凝土施工的耐久性。混凝土材料的質量會給整體的材料質量帶來影響，因此在設計過程中要選擇優良的原材料，并對設計的整體結構和布局做出調整。傳統的橋梁設計往往更加關注的是整體的可行性與安全性，而忽略了耐久性的提升，從而導致造成橋梁的使用壽命縮短，進而引起較大的安全隱患，甚至引發安全事故。所以在橋梁結構設計過程中，要充分考慮整體的穩定性與耐久性，通過原材料的控制，把握其中的耐久性能，避免出現偷工減料的現象。

做好混凝土保護層的全方位設計，保證混凝土的整體系數，強化混凝土的抗腐蝕性。在橋梁設計的環節中，還要結合混凝土的基本特征，做好優化升級，增強混凝土的保護厚度。

在實際使用過程中，因為受到外部的因素干擾和影響，可能會給橋梁的使用壽命帶來影響，進而影響到最終的強度和安全系數。所以為了確保混凝土的使用效果，技術人員應該充分把握混凝土的厚度，保護混凝土的內在形式，增加混凝土鋪設的力度，優化混凝土內部的防腐效果和目標。除此之外，要動態控制開裂的狀態，一般會增加額外的鋼筋混凝土來提升整體的抗裂效果。

3.3 主梁結構的施工設計和規范

橋梁工程的建設關乎城市的整體發展，甚至也會影響到人民群眾的生命財產安全。在進行設計時，不僅要確保橋梁結構的基本能力，而且也要盡最大的可能控制整體的傳遞性，全面把握其中的安全性和可靠性。在建筑材料的選擇中，由于存在不一樣的性能和適用范圍，在具體的實施環節中要嚴格按照要求，選擇低成本、高質量的建筑材料。從整體的視野出發，我們要充分發揮裝配式簡支結構的優勢，在獨立吊裝和運輸的前提下，實現科學的安裝和拼湊。為了降低成本，消除外部自然條件變化的影響，一定要了解主梁橋梁結構的承重部分，提升內部的均勻性。只有通過合理的計算，對杠桿法進行優化，才能找到偏心受壓的形式，進而更好地實現標準化的生產和施工[5]。

比如，我國某地為了緩解周圍的交通壓力，設計雙向4 車道的高架橋，該橋最高車速可達80km/h，能夠承受7 級以上的地震。高架橋的設置可以有效地緩解當前的交通壓力，滿足各項組織化需求，降低不必要的成本開支和造價管控。在進行施工操作時，應當從綜合考慮的角度出發，了解結構優化的形式，把握橋梁結構的穩定性和有效性。而在對橋梁樁基進行勘察時，基本判定為當地屬于軟土地基。由于地下管道會存在許多方面的問題，因此會選擇預制鋼筋混凝土打入樁的形式進行處理。為了強化當前的施工效果，要結合管線的具體走向合理選擇有效的技術形式，從而減少周圍土層帶來的影響和制約。在橋墩設計的過程中，為了減少外部的車輛影響，應該將寬度和厚度分別設置為14.1m 和2.6m。同時，在進行基礎設計時，也要做好懸臂長度的控制，進而降低整體的造價，提升實際的穩定[6]。

3.4 應用于抗震結構設計

當減隔震技術運用到橋梁結構中，從外表面無法看出其與普通橋梁之間是否存在一定的差異，這種結構設計方案要保證橋梁的底部和地基能夠實現充分的融合。首先，在二者之間需要增加隔震層的橋梁，在底部位置上加入隔震層裝置。只有該裝置與地面實現完美的貼合，才能夠起到減震的效果。其次，在進行結構設計的過程中，應當充分考慮橋梁的美觀度，發揮其真正的內在形式，尤其是要保證水平剛度中心與隔震層之間的重心處于一致的狀態。最后，要做好水平方向位移的限定，保證橋梁結構的靈活性，有效抵抗外部力量帶來的損壞，使其符合整體的交通運行需求。

在全面提升整體的剛度之后，還要保證豎向的負載能力，即便受到水平壓力的影響，也能夠實現最低水平的調整。尤其是地震發生較為強烈的狀態下，為了保證抗震效果，一定要維持橋梁整體結構的穩定，避免出現大面積的坍塌現象。橋梁不僅可以在地震的過程中維持其原有的復位性能，還可以在較短的時間內自動恢復到地震前的整體水平。從國內現行的橋梁工程情況來看，因為缺乏有效的自我修復能力，因此大多數橋梁在受到外部影響之后，都需要有人工進行干預，才能夠進行性能的恢復。

4 結語

在當前社會經濟快速發展的背景下，對橋梁結構進行設計時，需要從現代社會的發展需求出發，全面提升橋梁的穩定性和整體性。堅持結構化設計理念與技術相協調，圍繞標準化的建設需求，全面推動橋梁質量的提升工作，更好地發揮橋梁的整體性能。只有做好質量控制、關鍵點的全面處理，才能夠推動國內交通行業的快速發展，為人們營造一個良好安全的交通環境。