浅议结构化设计在道路桥梁设计的应用

孙树春

【摘 要】在道路桥梁设计规划中，不仅仅要充分考虑道路桥梁的使用性能及安全，还要考虑现有国民经济建设发展现状及资金的使用情况，结合实际需要设计合理的道路桥梁结构。传统道路桥梁设计主要采用定值法进行设计结构，从某种角度而言，这种设计结构受不确定因素影响比较多，难以适应社会发展的需要，对此下面主要针对如何优化道路桥梁设计进行详细的分析与总结，在传统设计方法上提出更好的合理化意见，以便进一步优化道路桥梁设计结构，促进其发展。

【关键词】结构化设计；道路桥梁设计；应用

前言：

近年来，国内发生几起大桥塌陷或局部遭到严重损害事故，为了增强道路桥梁的安全系数、提高耐久性，避免桥梁受损，应该加强道路桥梁结构化设计工作，这是当前迫在眉睫需要解决的事情。

一、结构化设计在道路桥梁设计中应用的重要性

道路桥梁建设过程中，以前的设计主要分为三步：第一步，按照相关人员的设计道路桥梁的经验，形成简单的设计雏形，这个设计雏形包括这个道路桥梁使用哪些原材、大概的布局以及结构大概的尺寸等；第二步，对道路桥梁的结構进行具体的分析，深入调查，形成简单的设计方案；第三步，力学分析，这是很关键的一步，因为这个环节能够真正的检验出上一步骤设计出的道路桥梁结构是否具有可行性，如果符合相关要求，就利用该方案，如果不符合要求就根本设计缺陷进行不断地修改，直至完全符合要求，最终形成设计方案。这种设计方案优势十分突出，它能够完全符合道路桥梁建设的要求，但是它只考虑到道路桥梁的安全性与可行性，对其他更多的因素并没有过多的考虑，如果遇到结构复杂的道路桥梁，传统的设计方法很难起作用。所以对传统的设计方法进行结构性的改良很重要。结构化设计的主要特点就是模块化设计，每一个模块都是独立的，并且功能单一，主要涵盖两种设计，一种是详细设计，而另一种是概要设计，它主要利用结构图将设计描述出来，无论是从道路桥梁设计方面说，还是从整个道路桥梁发展来说，意义都十分重大。

二、道路桥梁结构化设计应该坚持的原则

①科学性原则

在道路桥梁结构化设计中，应该合理选择道路桥梁结构，注意横截面与道路桥梁结构配置，做到更为科学和有效，在合理调整道路桥梁结构位置，优化道路桥梁结构内力分布的基础上，使道路桥梁结构的重量降低，实现道路桥梁结构的科学化。

②简约化原则在道路桥梁结构化设计中确保道路桥梁结构的简约化，尽量通过简化的路径做到道路桥梁结构力的直接、简单传递，达到道路桥梁结构能够平衡地分散外部负荷，对于确保道路桥梁结构自重，提高道路桥梁结构强度，节约道路桥梁结构施工材料，提升道路桥梁结构施工效率有着重要的价值。

③连续性原则当前，道路桥梁结构出现了自身重量越来越高、负荷越来越大的趋势，这需要在道路桥梁结构化设计中实现结构的连续性和一体性，以此来确保道路桥梁结构在受力的情况下，扩大有效的受力面积，缩短道路桥梁受力传递的路径，在优化结构、降低材料使用的基础上，提高道路桥梁结构的稳定性、连续性。

④统合性原则

在道路桥梁结构化设计中要统和材料、结构两个重要的部分，在材料部分中应该考虑不同材料在道路桥梁结构中的不同部位与不同性质，要做到在优化结构的同时科学设计材料应用。同时，应该利用不同结构、不同形状受力和功能的特点，统和道路桥梁结构达到稳定、重量、受力等结构特性目标。

⑤整体性原则

道路桥梁结构设计中要利用结构化设计的优势，突出道路桥梁结构的整体性，特别要求做好过载和特殊情况确保道路桥梁结构整体性和安全性的设计，通过提高承重力，整体效果，使道路桥梁结构的总体用料得到节约，在确保道路桥梁施工质量的同时，降低道路桥梁结构的建设成本。

三、道路桥梁设计中应用结构化设计的计算方法及实例分析

①结构化设计的常用计算法

结构化设计中常用方法包括图解法、求函数极限值法、同台设计法和网络搜索四类方法，每种方法计算方式各有不同。图解法主要应用于各类二维结构的设计方案计算，将两个设计变量分别看做是横纵坐标，根据相应的制约因素进一步制出曲线表，由表得出两变量的约束区域，取这一函数区域的等值线，进一步同结构化设计方案的可行范围函数线相切，切点即可作为结构化设计方案的确定值。求函数极限值的方法，则主要是把约束条件从不等式转化为等式，再依次去除其中的各项变量，直到只剩下一个变量为止，根据该变量分别求得函数的最大与最小两个极限值，为结构化设计提供参考。

同台设计法，主要是将等式约束中的等式替代为不等式，以降低设计方案的可行性来求得相应数值。该算法得出的数值一定程度上存在缺陷，甚至算不出来。但一定程度上，该算法能够有效简化原有的复杂式结构化设计计算，需要结合实际情况进行巧妙应用。网络搜索法，则主要是将道路桥梁设计所考虑的各类问题在一定区域内分割为多个网格点，各点均表示不同种类的设计方案，根据网格图的规律逐渐探索，最终筛选出最符合需求的网格点。此方法在实际应用前，需要选择一个固定变量，以此为中心对其余变量进行演算，最终从所有有效解中选择出最符合结构化设计方案的解。

②道路桥梁设计中结构化设计的实例分析

某道路桥梁在对桥头搭板进行结构化设计时，针对道路桥梁桥头搭板宽度、厚度以及长度进行科学合理控制的同时，利用结构化设计计算方法，额外对道路桥梁的埋入深度进行了计算，相应的调整过后，有效优化了桥头搭板的整体结构。随着科学技术的不断变化发展，各种计算机技术被广泛地应用于各个行业之中，结构化设计在道路桥梁设计中也同样利用了计算机技术，针对道路桥梁进行合理化的模拟实验，进而从多种优化设计方案中选择与实际工程相符的道路桥梁设计。在优化设计过程中，不仅仅确保了道路桥梁的质量，还综合分析了不同结构设计对于道路桥梁质量的影响，利用计算机技术可以准确的计算出相应数值与实际桥梁设计之间的差距，不仅如此，还能准确推断出影响质量的不安全因素，通过分析合理化的解决，进而在实际道路桥梁施工中减少了不必要的经济损失，提高了整体效益。

四、道路桥梁结构化设计应用

①道路桥梁防水结构设计的应用

一方面，在道路桥梁防水结构的设计中，应该确保道路桥梁路面的物理性质，通过材料和工艺的控制设计保障材料的黏结性，做到路面不起皮，混凝土不脱落。另一方面，在道路桥梁防水结构的设计中要注意路面的平整性，通过严格设计混凝土施工，将路面和混凝土铺成一个整体，以确保防水的平整。此外，在道路桥梁防水结构的设计中应该确保结构的整体性，要选用延展性好、抗拉力强的材料作为基础，通过合理的工艺实现防水结构的整体性。最后，规范排水管线、集水管道的设计，要通过严格的规范来确保排水设施安装过程，避免出现对道路桥梁结构和混凝土部位出现的渗透、腐蚀，以此来确保道路桥梁结构的强度与安全。

②道路桥梁混凝土项目设计的应用

一方面，道路桥梁结构设计中要重视混凝土中钢筋的保护层厚度，应该根据道路桥梁结构的需要和混凝土施工规范，明确确定道路桥梁混凝土钢筋的保护层厚度，通过保护层来确保钢筋的结构功能和作用，进而实现道路桥梁结构的安全。另一方面，道路桥梁结构设计中应该重视混凝土的耐久性，要在设计中规划好混凝土材料的配比，特别是：水灰比例、水泥使用量、强度级别等，以确保道路桥梁结构的稳定与安全。最后，道路桥梁结构设计要加强增强构造配筋设计，要通过规范配筋的数量、形式和结构增强混凝土结构的抗裂缝能力，确保道路桥梁结构符合实际与使用的需要。

五、结束语

随着道路桥梁在人们日常生活及社会生产中地位的增强，道路桥梁的设计优化也逐渐成为了实际施工中需要重点考虑的问题之一，通过应用结构化设计等方法，能够在提高道路桥梁质量的同时，有效提高施工效率及质量，该方法具有较高的实际应用价值。

参考文献：

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