道路桥梁设计中结构化设计的应用研究

黄仁杰

（广西艺国规划设计有限公司 广西南宁 530000）

道路桥梁工程设计过程中，除了要对道路桥梁各项性能与结构安全给予高度重视，还需要充分考虑目前的经济发展状况和投入，以实际需要为依据设计出科学合理的结构形式。以往的设计工作采用的是定值法，该方法在很多方面都会受到限制和影响，无法满足道路桥梁建设与发展要求。而结构化设计方法的应用能很好的解决这一问题，提高道路桥梁设计技术水平。

1 结构化设计方法在道路桥梁设计工作中的应用可行性

对结构化设计而言，其在道路桥梁设计工作中的应用，目的在于保证设计方案可行性，对多种不同的设计方案进行整合，从中选择最佳方案，结构化设计的思维如图1所示。实际的道路桥梁设计工作中，实行结构化设计，主要是为了解决以下两个问题：①充分考虑道路桥梁整体质量，在一定的时期之内，道路桥梁的结构化设计都必须满足相关技术标准；②道路桥梁正常服役过程中，需正确且有效的应对不同安全问题及质量问题，同时保证道路桥梁能够正常使用。具体设计过程中，怎样保证设计方案的合理性与可行性，需要从构件荷载与承载力等方面实施有效改善，在设计过程中需要满足以这些内容的要求为前提开展结构化设计，同时这也是设计工作主要内容之一，这两项性能得到提高除了能保证设计标准，还可以改善道路桥梁性能。另外，在进行结构化设计的基础上，需对方案进行深入分析，根据道路桥梁的施工条件和环境，对其安全系数进行推断，并在模拟技术的支持下对安全系数进行准确测定，进而充分发挥结构化设计作用，实现提高安全性的根本目标。

图1 结构化设计思维

2 结构化设计在道路桥梁设计工作中的应用原则和模型建立

2.1 应用原则

设计工作中，对结构化设计而言，需要遵循尽可能降低结构自重，同时确保材料刚度相互配比应能达到截面要求等基本原则，而且从设计的角度讲，除了要保证设计合理可行，还应确保施工能够顺利完成，保证道路桥梁整体质量的基础上，减少材料的实际使用，坚持从整体结构布局的角度出发，把所有材料和设备实际使用都发挥至道路桥梁的结构化设计，既能对设计方案进行优化，还能减少材料实际消耗，降低成本，加快效率。除此之外，通过对结构化设计方法的合理应用，能达到长期安全运营的要求，延长道路桥梁寿命。然而，该方法实际应用还应深入至所有细节和组成部分，以此发挥方法的作用和效果。

2.2 模型建立

2.2.1 离散化结构

该模型的构建是指在进行结构化设计工作时，将完整的设计过程划分为若干组成部分，经过这样的处理，能得到全新模型，在实际的受力分析过程中，可针对某个特殊的部分实施科学的测试及分析，该方法的利用能在提高效率的同时简化设计，所以在当前的道路桥梁设计工作中得到十分广泛的应用。

2.2.2 材料和荷载有效简化

结构化设计过程中，通常会对道路桥梁材料弹性与可塑性予以假设，同时需要根据有限参数对处在无线自由度条件下的荷载实施模拟。通常所选有限参数存在概率性特点，通过解析获得的参数同样具有可行性。从结构化设计角度讲，它能对材料和荷载进行简化，以此在开工前实施设计优化。若想保证设计方案与道路桥梁具体状况保持适应与匹配，需在建立模型的过程中保持慎重，通过模型对道路桥梁实际受力进行真实反映。

概要设计任务在于以下几个方面：对软件系统结构进行设计，划分相应的功能模块，明确模块之间的相互关系，数据结构设计和数据库设计，编写相应的概要设计档案，对概要设计档案进行评审，确定方案是否可行，在设计中需要用到结构图，它能反映出模块间保持的联系，即系统总体结构。在概要设计完成后需进行详细设计，其目的在于为结构图所有模块确定相应的算法，对于模块当中的数据结构，需要用特定工具进行表达与描述。

3 基于结构化设计方法的道路桥梁设计计算和实例分析

3.1 可用于结构化设计工作的常用计算方法

可在结构化设计过程中常用的计算方法主要有以下四种：①网络搜索法；②图解法；③极限值法；④同台设计法，不同的方法有不同的计算方式。其中，图解法在不同类型二维结构针对性设计与计算中较为常用，能将设计变量视为横向坐标或纵向坐标，再按照制约因素绘制相应的曲线表，根据这一曲线表获取变量之间的约束区域，确定该函数区域对应的等值线，再与结构化设计对应的可行范围保持相切，其中，切点就是可进行结构化设计，或选定最佳设计方案的标准值。对于极限值法，是将约束条件对应的不等式转化成等式，然后去除存在的变量，到仅剩单一的变量为止，再以该变量为依据求取函数极限值，即最大值和最小值，这样能为实际的结构化设计工作提供可靠参考。对于同台设计法，指的是将约束当中的等式转换成不等式，通过对方案可行性的适当降低来获取相应的数值，这一计算方法获得的结果始终存在一定缺陷，严重时还会无法计算出结果。然而，在一定程度上，这一计算方法能对复杂的计算过程进行简化，要根据设计的实际情况合理应用，以此发挥应有的作用和效果。对于网络搜索法，是指将设计过程中需要分析考虑的所有问题在某个区域中进行分割，形成若干网格点，不同网格点表达出不同的方案，以网格图规律为依据逐步探索，最后得到能够满足要求的最佳网格点。在对该方法进行应用前，应确定一个变量，再将其作为中心验算其它的变量，最终从全部有效解当中确定能满足方案要求的解。

3.2 实例分析

以某道路桥梁工程为例，对其结构化设计方法具体应用进行分析介绍。该道路桥梁工程桥头搭板设计工作中，在对桥头处所设搭板实际长度、宽度与厚度实施有效控制的基础上，通过对结构化设计方法对应各项计算方法的合理应用。根据分析和计算所得到的结果，并对道路桥梁结构埋入深度实施准确计算，在进行准确、有效的调整之后，实现对搭板设计的有效优化。

伴随目前科技的不断变化和快速发展，很多类型的计算机与网络技术都快速用于不同行业当中，道路桥梁工程设计，尤其是结构化设计，也引入了这些先进技术，根据桥梁实际情况，开展科学化的动态模拟与专项实验，以此从众多的方案当中选出和工程情况联系最为紧密的结构设计方案。在进行优化设计工作时，除了要保证道路桥梁工程综合质量，还要对各类结构设计造成的影响进行综合分析，在这一情况下，通过对新技术的合理应用，能通过准确的计算得出道路桥梁设计和计算结果存在的差别。除此之外，还可以推断所有对工程质量有直接影响的所有不利因素，再经过深入且具体的分析，找到合理可行的解决方法，以此在后续道路桥梁施工以及使用运营过程中避免产生经济损失，保证工程整体效益。

4 结束语

伴随道路桥梁设施在社会生产与生活过程中占据地位的不断提高，道路桥梁工程设计及优化正不断成为具体施工过程中必须重视的问题。为满足设计与优化要求，必须引入结构化设计的思想与具体方法，这可以在保证道路桥梁施工质量的基础上，加快施工效率，使道路桥梁施工任务顺利完成。无论是理论分析还是实践都表明，这一设计方法有重要作用和现实意义。

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