道路橋梁設計中結構性設計的探討

廖華棟

中國華西工程設計建設有限公司廣州分公司 廣東 廣州 510600

在國內道路橋梁設計中，結構性設計理念的優勢將會得到很好的體現。將結構性設計思想運用到道路橋梁設計中，能夠對道路橋梁的可靠性、安全性進行有效的提升，從而更好地發揮道路橋梁建設在我國現代化建設中的重要作用。

1 道路橋梁設計中結構化設計的必要性

1.1 滿足道路和橋梁設計要求

路橋的結構化設計能夠對道路、橋梁的細節進行優化，從而提升項目的建設質量，并保證項目能夠如期完成，達到項目的預期建設目的。結構化設計作為一種全新的設計思想，對設計者的需求越來越大，這就需要在公路、橋梁等領域有一定的了解和實踐經驗。采用結構化的方法，既能滿足公路橋梁的設計需求，又能提高公路橋梁的建設品質。

1.2 符合道路和橋梁發展趨勢

系統的結構性設計采用了模塊化編程方法，各模塊之間相互獨立。在道路橋梁設計中，對結構化設計有較高的要求，所以，設計人員需要在自身設計經驗的基礎上，制訂出一份設計方案，其中應該包含建筑材料選擇、項目整體結構設計、項目生產過程和項目規模控制等方面的內容。然后，對所設計的道路橋梁進行分析，并對其進行受力分析，以證實所設計的結構是完全可行的。然而，在我國道路橋梁建設中，往往缺乏對道路橋梁建設的科學研究，因此，在工程項目中，結構性設計需要我們更多的關注。

1.3 提升道路和橋梁施工的可行性

在道路橋梁結構化設計中，施工可行性是一個重要的考量因素，而在對各種設計草案進行分析并對其進行歸納之后，再對其展開全面的設計，因此，設計人員在對道路和橋梁進行設計時，要以具體的具體情況為依據，采用不同的結構。一是確保路橋工程建設的質量，二是對工程建設過程中出現的各類安全與質量問題進行辨別與解決。同時，設計者也應注意各部件的受力情況，以保證各部件的受力情況達到設計標準，從而達到對公路、橋梁的最優設計，并提升其綜合性能的目的。在進行公路橋梁結構的設計時，設計人員應該與工程實際相聯系，對設計的安全性和合理性進行分析，從而使公路橋梁的各種特性得到更好的提升[1]。

2 道路橋梁設計中結構化設計的應用原則

2.1 合理性原則

路橋結構化設計應遵循科學性原則，對結構進行合理的選擇。在對道路橋梁進行優化設計的過程中，設計人員需要考慮如何提高道路橋梁的整體質量、提高其使用性能、簡化道路橋梁的建設過程。在道路橋面上，設計人員可采用簡便的方法，直接進行荷載轉移，使道路橋面上的荷載達到較好的均衡[2]。簡化的路橋設計能夠節約建材，提高建設速度，因此，設計者要嚴格遵循既定的計算次序，從而提高建設的準確性。

2.2 可靠性原則

路橋在承受較大荷載時，為保證路橋在承受較大荷載時，既能使其更大的荷載分布，又能使其更小的荷載傳遞距離，因此，在進行構筑物設計時，必須對路橋的整體性能給予足夠的重視。設計者必須保證設計的內容滿足可靠的要求。在進行道路橋梁結構化設計時，應充分考慮到結構和材料之間的相互影響。各種材料的性質各不相同，道路和橋梁的設計必須對其進行科學的使用。除此之外，設計者還應該考慮到路橋的形態和功能，對其進行綜合考慮，從而保證路橋的平衡性和穩定性。

2.3 整體性原則

在道路橋梁進行結構化的過程中，設計者必須根據整體的要求進行結構的優化，以保障道路橋梁在超載等特定條件下的安全。為降低混凝土產生裂紋的幾率，建筑師可在其開裂時加入鋼筋，避免雨水滲入路面及橋面的內層。在決定道路和大橋水密層的尺度時，設計人員一般會將水泥設計和道路設計看成是一個整體，目的是為了提高道路和大橋的可靠性和延伸性，降低降雨對路面和橋面的損害[3]。

3 道路橋梁設計中結構性設計的探討

3.1 防水性設計

在路橋工程中，結構性運用的第一個適用情況就是重視路橋工程的防水設計。在防水性的設計中，重點突出了對公路和大橋的粘附性，同時還需要對道路和橋梁的延伸和排水管道進行合理的設計。

3.1.1 提升道路橋梁的黏結性，避免起皮現象

在進行結構設計時，應注意提高路橋的粘接強度，防止出現剝落。通過結構設計，在與外部環境的聯系上，與橋梁所處的不同部位，構造出區別。因此，應根據其結構特點，采用相應的防水設計，以達到防止路橋剝落的目的。路橋的膠接可以有效防止路橋坍塌，延長路橋的使用壽命，保障人們的行車安全。

3.1.2 保證混凝土鋪設與路面鋪裝一致

水泥基體與路面的不協調，將造成路面不平整，影響行車安全。而結構性設計則強調了混凝土鋪設與路面鋪裝之間的一致性，這將極大地提高路橋施工的科學性，更加有利于保護人們的生命財產安全，促進我國路橋建設工程的現代化發展。混凝土鋪設與路面鋪裝保持一致，這樣不僅節省了道路橋梁鋪裝成本，還提高了道路橋梁鋪裝的經濟性和有效性。

3.1.3 提高道路橋梁的延展性

道路橋梁的柔性與其泄洪、承重等性能密切相關。在進行結構設計時，應對結構進行科學的劃分，以提高公路橋的延伸能力。在道路大橋的結構性設計中，要確保結構的統一性與科學性，通過增加道路大橋的延伸性，防止道路大橋周圍的凹凸不平，從而更好的提高道路大橋施工的安全性。路橋延伸度擴展是保障路橋工程安全性的一項關鍵手段，確保路橋延伸度，保障其承載力，促進我國路橋工程技術水平的提高與創新發展。

3.1.4 重視排水管道設計，避免雨水侵蝕道路橋梁

在公路橋面上進行排水管網的布置，能最大限度地防止雨水對橋面的沖刷，因此，道路橋面上的排水管網是一個非常重要的環節。道路橋墩的老化因素，既有重力承載，也有自然作用。降雨對道路橋梁有很大的腐蝕影響，假如沒有對道路大橋進行排水，長時間的坑水積水會導致道路大橋迅速衰老，還會導致坍塌，進而導致交通事故發生。

3.2 混凝土設計

在對混凝土進行設計時，應注意下列幾個方面的問題：首先，要保證混凝土結構的耐久性能；在混凝土的設計中，應將其設計中的耐久性放在首位。因此，在道路和橋梁的設計中，對道路和橋梁的建設起到了至關重要的作用。要使公路和橋梁工程的耐久性設計達到預期目的，就必須對水灰比和水泥用量進行嚴格的控制，才能保證道路和橋梁的耐久性。第二，道路、大橋等項目的建筑必須要加固。在道路和橋梁建設中，由于采用了水泥基材料，在使用水泥基材料的過程中，不可避免地會產生一些裂紋，而裂紋又是一個需要處理的問題。當道路橋梁工程出現混凝土裂縫時，將會造成外部的污水和雜質滲透到其結構中，從而加速混凝土結構裂縫的斷裂，并造成混凝土結構內部的腐蝕。在對其進行設計時，應對其進行適當的加固，以提高其抗裂能力，盡量減少其產生裂縫的可能。第三，要科學合理地配置防腐蝕材料。近幾年來，由于施工市場的不斷擴大，各種類型的防腐蝕材料被廣泛應用。這就要求設計者在選用防腐材料時，要有長期的發展眼光，對道路、橋梁等重要部位，比如鋼筋混凝土，在負彎矩區使用防腐材料，這樣才能明顯地提升其耐久性。

3.3 優化結構設計模型

設計者在對結構設計模式進行優選時，應科學地選取設定方式。一是對公路橋梁進行離散化，使其成為一個有限的自由空間，從而提高公路橋梁的總體性能。所以，設計者必須對道路、橋的受力情況進行全面分析，才能保證公路、橋的穩定。二是模型的構造，在構造上，設計者要對道路橋面上的靜載進行力學分析，并對其構造進行造型；三是在材料與荷載方面，設計者應充分運用多種不同的材料來模仿道與橋梁的構造，從而大大簡化了結構的設計過程，大大提升了設計的效率。四是針對工程建設的實際情況進行分析，以節省工程建設費用，減少工程建設時間，保證工程質量。

3.4 合理選擇計算方法

在道路橋梁的結構設計過程中，對其進行合理的計算，就顯得尤為重要。一是依據縱、橫軸的實際狀況，對其進行合理的計算，并對其坐標系統中的可變因素進行檢驗，從而獲得目標函數的輪廓線，并得出其最終的目標函數值，從而形成一種公路橋梁的二維計算法。二是泛函極限的測度，即通過泛函不等式來捕捉真實的變元狀態，進而得到相應的泛函極限。三是同態設計測度，這一測度與函數極限的測度相似，可以用函數不等式來表示，從而提高了運算效率，降低了運算對象。

3.5 整體劃分，逐漸組合

在路橋上進行結構設計時，應該采取總體分區、逐步組合的方法。在道路橋梁的總體劃分中，將其分成一個個獨立的模塊，之后再對這些獨立的模塊進行組合。

3.5.1 整體劃分成為單獨模塊

道路、橋梁施工按設計方案演變，并將其細化成各個獨立的模塊。由于整個路橋施工流程都是由各種獨立的模件構成，因此，路橋單體模件的施工顯得尤為重要。在路橋建筑施工中，要注重整體性的劃分，在初期的設計階段就對整個模組進行了獨立的劃分，為以后的模組的組合打下了堅實的基礎。單體模組在整個工程中起到了至關重要的作用，只有把每一個單體模組都做到最準確，最科學，最合理，才能為以后的工程打下堅實的基礎。但是，僅僅是對單個模塊進行精細加工，并不能保證最后的公路和橋梁施工結果的完美性，這就要求我們在單個模塊的逐步組裝上下功夫。

3.5.2 單獨模塊逐漸組合成部分

單體模塊的拼裝并非直接構成道路橋梁的整體，而是逐步將單體模塊拼裝成局部，這是一個從小到大的逐步拼裝的過程。在進行結構劃分時，應注意各結構間的連接和結合。單體模件的組分構成是橋路施工的關鍵環節，對各單體模件進行合理的組分構成，能夠提高橋路工程最后施工的組分構成的科學性與可行性。由單個單元逐步拼裝到局部單元，然后逐步拼裝到整個路橋。這樣的結構型設計，可以以小見大，從小到大，一環套一環，用最扎實的基礎來確保道路橋梁的品質和科學性。

3.6 綜合性設計

3.6.1 綜合性設計原則

在道路橋梁的設計中，不管是在常規的設計中，還是在結構的設計中，都不可忽略綜合設計的運用。建筑結構的一項基本原理是進行整體的設計。只有在確保整體設計的基礎上，才能進行結構的層次化、獨立的模塊化組合。路橋施工總是以整體的形式出現，因此，結構的設計要以結構為主，以綜合設計為原則。全面的設計不但需要將結構設計運用到路橋設計中，而且還需要將路橋施工過程中的品質表現出來。在對道路橋梁進行最后的設計時，它的外觀要與現代的審美需求相匹配，它的服務年限要與科學水平相匹配，要做到投入和產出相匹配。

3.6.2 所需材料的選擇與應用

對于道路的各種類型，將會有各種車輛載荷的配比，并依據車輛載荷選擇相應的材質。在公路和橋梁建設中，選用的原材料除了要有一定的品質外，還要考慮到原材料和使用部位之間的配合程度。高速公路與二級公路所采用的材質不同，因此在建設道路的過程中，既要注意其實用、美感，又要注意其品質和壽命。路面施工中，路面施工中所需要的路面、橋面等各種路面的施工，其選用及施工過程中所涉及到的路面、橋梁結構的壽命及施工品質等問題都有很大的關系。對材質進行合理、高效的選用，可以最大程度地提高公路大橋的壽命，確保公路大橋具有自愈能力，從而保護我們國家的人民的交通安全，在滿足人民的交通需要的前提下，提高我們的經濟水平，促進我們的道路大橋的現代化發展。

4 市政路橋結構設計及加固方案

4.1 截面加固方法

在此基礎上，提出了利用剖面加強的方法，實現了較好的加工效果。當橋梁發生故障時，由于受力截面較小，鋼筋混凝土無法承載較大的受力，需要逐漸加大受力面積，加大橋面厚度，以改善受力效果。對橋面進行加固處理，以保證橋面的穩定性。在橋面下緣加寬加厚，在橋面上設置保護裝置，使新加的鋼條與舊的鋼條加強結合，并填塞破損的鋼條。這樣就可以提升整個橋梁的承載力，并最終達到對橋梁進行加固的目的。

4.2 粘貼加固法

膠粘劑的最大優勢在于它具有很好的適用性，可以應用在嚴酷的施工環境中。由于加固區的橋體沒有穩定、堅固的特點，所以必須逐漸加大橋體的厚度，同時利用結構膠及環氧樹脂提高與鋼筋的結合強度，提高其穩定、承載力。采用張貼強化法，它不但能夠實現預期的強化效果，還能夠節省建筑材料，它具有占地面積很少，對大橋的總體結構也沒有任何影響。但是它在進行具體操作時，對技術有較高的需求，因此，工作人員必須慎重地選擇張貼強化方法。

4.3 縱梁加固方法

在城市道路建設中，橋梁的功能主要是為城市間建立起一條合理的紐帶，方便了人們的出行，同時也方便了各區域間的相互交流。設計優秀的大橋，也能改善市容，向市民展示美好的城市風貌。在市政路橋的施工中，使用了非常廣泛的縱梁加固法，它的作用是對橋梁的內部結構和橋墩展開強化，在使用的過程中，還需要添加一些加固設施，建立新的設施并將已有的橋梁結構連接起來，在組團之間產生一個強大的作用力，在提升承載力的同時，還能減輕橋梁上車輛的載荷，確保橋梁運行的穩定性，在施工中，需要對橋梁進行加寬，以確保受力的均勻性。

4.4 擴展基礎加固方案的應用

建設人員要對大橋進行加固的調查和設計，并按照具體的情況來制訂出一套合理的加固計劃，這樣才能持續地提升項目的施工效率，確保大橋運營的穩定，同時也能對人們的生命財產進行有效的保障。通常來說，橋梁在經過一段時間的運行之后，就會存在承載能力不夠強等問題。在這樣的情形之下，就要求技術人員展開了一系列的工作，對其進行全面的管理，全面的改造，對其基礎、承載參數展開全面的檢測，并對其進行了一次又一次的強化。除此之外，如果是對地基埋深不符合標準的大橋，應該對其進行強化，同時還應該對其進行充分的研究，并利用一套科學的設計方法，對其展開最大程度的改進，從而為其今后的運營工作，奠定一個良好的基礎。