结构化设计在道路桥梁设计的应用探讨

2015-10-31杨波

建材与装饰 2015年22期

关键词：结构化结构设计道路

杨波

（重庆市万州区交通设计院　重庆市　万州区　404000）

结构化设计在道路桥梁设计的应用探讨

杨波

（重庆市万州区交通设计院重庆市万州区404000）

随着我国的经济不断发展，交通建设也在不断完善。道路桥梁设计是交通建设的重要组成部分，对交通环境具有重大意义。本文主要针对道路桥梁设计中的结构优化设计展开探讨，并阐述了其设计重点和相应的改善措施。

结构设计；道路；桥梁设计

目前，我国的道路桥梁设计主要还是采用的传统设计方法，即定值法。为了优化结构设计，就需要在进行道路桥梁设计中，根据我国的经济发展状况和社会现状考虑，并结合各方面的影响因素，对道路桥梁进行综合设计，保证结构设计的优化。由于传统设计结构的方法已经不能满足当今社会的要求，因此，我们需要根据以往的经验，在其基础上进行适当的改善，提出更好的设计方案，从而保证道路桥梁的工程质量。

1　结构化设计的必要性

①道路桥梁的设计流程都需要制定设计方案，包括总体策划、结构设计、材料采购、施工工艺、施工流程等方面[1]。其中，结构设计是影响道路桥梁设计的重要因素，为了满足道路桥梁的设计要求，就必须根据不同的情况进行结构设计。因此结构化设计对整个道路桥梁工程都尤为必要。②从结构化设计的方法上来说，其设计思想主要是通过详细设计和概要设计两方面体现。同时，结构化设计需要借助结构图进行相关详细描述。由此可见，结构化设计不仅是发展道路桥梁的必要因素，也是道路桥梁的最佳设计方法。

2　结构化设计的基本原则

结构化设计在道路桥梁设计中应该坚持的基本原则主要有五个，包括：①在刚度配置和截面形式上必须坚持科学合理的原则，可以有效减少结构的重量，优化位移与内力的分布；②在传递路线上坚持简单原则，可以促进支承反力对外荷载的平衡，从而减少结构重量，节约材料；③为了保证桥梁结构的各个部分形成统一的整体，就要坚持连续性原则，不仅可以增加桥梁结构的受力范围，还可以降低结构受到的整体内力，从而减少成本；④坚持优化原则，在材料的运用上，要将各种材料按照其特性和作用进行分类，通过优化配置材料，可以有效减轻结构的整体重量；⑤在施工过程中，要坚持因地制宜的原则进行各项工作。结构化设计是一项比较系统的工程，需要根据不同的工作环境和不同的结构进行设计工作，从而减少受力杆数量，减少材料的使用率，降低成本。

3　结构化设计的模型构建和常用解法

3.1模型结构

3.1.1离散化结构

离散化结构的具体做法就是将道路桥梁的结构从无限自由度转向有限自由度，使整个结构进行离散化的划分[2]。该模型结构的优势在于受力，可以促进道路桥梁的设计工作顺利进行。

3.1.2模型化结构

在进行道路桥梁结构的设计时，需要运用力学原理对各种结构的内在规律性进行分析。模型化的结构能够使设计整体更加全面，促进施工工作的顺利进行。

3.1.3简化的材料和荷载

由于结构化设计可以使用有限的参数进行无限的模拟，且经常假设结构的材料具有理想塑性和理想弹性的[3]。因此，结构化设计能简化材料和荷载，有利于促进施工的顺利进行。同时，不能忽视对计算机模型的选择，最后是能保证计算机模型能够反映出桥梁结构的真实受力情况。

3.2常用解法

3.2.1图解法

图解法就是以设计变量作为横纵坐标，然后作出符合条件的曲线，通过上下界限的约束区域，得出目标函数值，该解法通常用在二维结构的设计[4]。

3.2.2求解函数极值

求解函数极值的步骤有三个：①转换约束不等式；②消除目标函数中的变量，计算函数的极值；③分别求出函数的最大最小值。

3.2.3同态设计法

同态设计法比较局限，甚至会出现得不到解的情况，缩小了设计空间的可行性[5]。把不等式约束换作等式约束，缩小了设计空间的可行性，这就是同态设计法。但是在实际应用中，仍然存在大量使用同态设计法的现象，主要是因为同态设计法能够有效简化复杂的结构计算步骤。

3.2.4网络搜索法

网络搜索法是所有解法中最直接的方法，根据固有的范围进行搜索，找到最优解的网格点。在道路桥梁设计中运用网络搜索法，要先固定一个变量，然后对其他变量进行验算，并按照从小到大的顺序[6]。最后根据得出的结果，选择满足目标函数的点，即为最优解。

4　结构化设计在道路桥梁设计中的应用

4.1结构化设计在道路桥梁防水设计中的应用

结构化设计在道路桥梁方式设计中要注意两方面要点：①认真部署防水层，选择密实性的混凝土作为原材料，保证道路桥梁的防水效果；②为了防止混凝土开裂，需要混入钢筋网，选择复合纤维混凝土或将水泥与结晶材料渗透在一起，保证防水效果。同时，防水层结构要达到标准要求，还需要符合以下四个原则：①确保路面的粘度，以免出现起皮、脱落现象；②在铺设过程中，保持混凝土与路面的整体性；③保证整体结构具有具有抗拉强度及延展性；④合理进行泄水管道的设计与安装，处理好每一个细节。

4.2结构化设计在道路桥梁混凝土施工中的应用

结构化设计在道路桥梁混凝土施工中的应用主要体现在三个方面：包括：①提高保护层厚度。混凝土和钢筋是道路桥梁建设中常用的材料，而铺在钢筋混凝土层上的保护层主要为了保证钢筋的质量和结构的稳定，从而使得道路桥梁更安全。可起到预防钢筋腐蚀，增强结构持久性，提高安全系数，可以更好地保护钢筋混凝土；②混凝土的耐久性。由于道路桥梁是结构质量是决定桥梁使用寿命的直接因素，因此，在道路桥梁混凝土施工中进行结构化设计时，要符合混凝土的持久性，保证施工质量；③改善混凝土结构的裂缝情况。在进行结构化设计时，需要增加构造配筋，控制混凝土的开裂现象。

5　实例分析

5.1工程概况

该工程的下部桥台为U型桥台，桥墩为墩柱接盖梁，基础为钢筋混凝土，支座采用板式橡胶支座，主要工程数量详见表1。

表1　主要工程数量

5.2应用

道路桥梁的桥头搭板的结构设计，该工程主要就是采用了结构化的设计，在应用的过程中把握了多方面的细节，包括长度、宽度、深度、厚度等，分别进行了科学合理的调整，不仅在材料使用方面进行了认真的选取，还根据该工程的实际情况采用了合适的计算方法，建立模型，真正实现了该工程的桥头搭板结构，通过运用结构化设计，提高了桥梁质量。