结构化设计在道路桥梁设计中的应用

徐万胜

摘 要：我国经济的发展迅速，推动了交通运输业飞速发展与进步，道路桥梁在交通运输中发挥了重要的作用，道路桥梁设计也受到广泛关注。本文首先简要分析了道路桥梁结构化设计的重要性和必要性，并分析了结构化设计的各种计算模型，也探析了结构化设计的常用解法，重点阐述了道路桥梁设计中的结构化设计应用方法，希望能起到抛砖引玉的作用。

关键词：结构化设计；道路桥梁设计；计算模型；应用原则；使用价值

1 引言

道路桥梁结构的设计要求逐渐提高，传统的设计方法，例如定值设计法，难以满足现行的设计规范要求，传统水平的设计对桥梁结构建设中造成了各种不确定因素，并未遵循适用、经济和安全性等原则，难以达到建设质量和设计美感的均衡。结构化设计能有效弥补传统设计方法中的不足，道路桥梁设计中的应用优势明显。

2 结构化设计的必要性

传统的桥梁设计在选择材料、布置总体、工艺和结构制造上遵循着前期的设计方案，并对结构做后期的分析，利用力学原理，分析检验设计结构的可行性和操作性，存在問题并修改。此类设计方法并不是最优的设计，无法优化和弥补不足，仅仅检验可行性与操作性，安全性以及科学性欠考虑。因此，现代化的结构化设计迎合了时代的要求。 结构化设计的方法是程序设计技术发展的产物，主流思想是自顶向下细化、模块化和结构化，通过将设计划分为几大模块，每个模块具备单一、独立的功能且不受牵制，详细设计和概要设计都能统一。结构化设计的载体是结构图，描述设计图纸能够达到设计效果。

3 结构化设计的不同计算模型

3.1 离散化结构

道路桥梁结构设计中，结构的自由度存在无限性，如何转化为有限性，并将整个结构划分有限的几个部分，整体性划分成离散化是重要关注点。离散化的结构是有限性的体现，该结构在受力方面更有优势，设计施工更有便利。

3.2 模型化结构

力学原理对道路桥梁设计有着指导性的作用，各种结构的力学存在内在的规律性，分析结构化设计的内在规律，并对结构模型的主要矛盾分析，结构模型化处理后的整体设计要求具体化，模型化的结构使整个设计变得更加具体，易于施工。

3.3 简化的材料和荷载

结构化设计中使用的结构材料的可塑性和弹性都控制在最佳的范围内，理想塑性和理想弹性能够激发有限的参数，用于模拟实践结构的无限自由度，应付随机荷载。弹性性质参数是有限的并具有概率特性，当然，也具备是解析式的参数的性质。结构化设计能够简化材料和荷载，并运用计算技术便于施工前的结构设计。计算技术计算结果需要理想化，并与实际的结构状况相吻合，那么在计算模型的选取需要慎重，计算模型要切合实际，真实有效地反映出桥梁结构的实际受力状况。因此，充分考虑结构化设计在桥梁结构设计中发挥的具体作用来选取计算模型，才能结合实际制定出最合理的计算模型。

4 结构化设计常用的解法

4.1 图解法

二维结构的设计分析，需要横坐标的设计变量，也需要纵坐标的设计变量，应用图解法适合各种二维结构的设计。在横纵坐标的两种变量约束条件下，两曲线指标构成了图形，图形反映为有上下界限的约束区域，接着在目标的约束区域内设置函数的等值线，目标函数值就是等值线与可行区域的外边界相切点。

4.2 求解函数极值

所求函数的极值，在约束区域内建立的不等式需要化简，并转变为等式形式，若等式形式有目标函数中的变量，变量函数必须转化成为仅含一个变量的目标函数值，计算出的函数极值，由此得到的最大最小值能够达到结构化设计的目标。

4.3 同态设计法

同态设计法就是缩小设计空间的可行性，并运用等式约束，要将不等式约束来换作，该设计法的解与原解有着优劣之分，等式约束下，同态设计的解难易算出。难解就是改方法的不足，然而应用在实际结构设计中，仍有许多的结构构件设计的可行性，用同态设计法能够化繁为简，结构化设计中复杂的结构计算问题迎刃而解。

4.4 网络搜索的方法

网络搜索法是一种最为直观并传统的方法，首先在某个区域范围内划分各种点，该办法控制着不同的网格点，并保障每个点代表不同的设计，接着采用规律性地搜索，循序渐进的搜索并找到了最有代表性最优解的网格点。网络搜索法的应用前需要确定固定的变量，固定变量其余的变量增加验算环节，在验算时按照从小到大的顺序，计算网格点满足约束条件。所有的满足条件的网格点中，选出最优满足目标函数的点也是最优解。

5 结构化设计在道路桥梁设计中的应用方法

5.1 截面形式选择

道路桥梁设计中，截面形式的选择能够符合道路桥梁的负荷，考虑荷载本身的承重以及道路桥梁的自身承重，在满足性能要求的前提下，充分考虑道路桥梁使用的材料，增加重量情况下，要控制截面形式往重量小、结构优良的方向施工，空壁式的材料设计对减少道路桥梁的压力效果显著。

5.2 支撑力的协调

道路桥梁的设计中，桥梁的支撑力设计要强调其的均匀分布布置，不仅能够支撑桥梁又能充分利用材料。此外，道路桥梁即是一个整体又具有结构连续性，道路桥梁的各个部分均匀受力就是满足结构的连续性的特性，这样才能够实现道路桥梁的整体受力，桥梁结构的受力系统、整体，以减少道路桥梁的建筑成耗用。

5.3 材料及结构的相互整合

道路桥梁的结构和材料的受力性和负载力对整体结构的承重产生的影响非同小可，由此可见，道路桥梁的结构化设计不可忽略材料和结构的和谐度，两者相互整合相互配比，两者的最优配置才能实现结构和材料的最佳称重值。当然，需要承重大的受力种的道路结构选择优质材料。

5.4 全面掌握各个部位特征

道路桥梁的结构化设计时不仅仅是局部构件的设计，划分后的各个部分特点差别性大，充分掌握道路桥梁的每个部分的特点，有利于其部分发挥的最佳作用，因此，设计方案的完善，是对道路桥梁的各个结构有机地整合，优化配置并使各个部分发挥应用价值，有利于提高桥梁的运作性能。桥梁结构施工要求基于复杂环境中发挥的潜力不同，充分研究各主要受力构件的性能，便于在不同使用情况的不同设计，达到受力杆在不同设计情况下充分发挥综合作用的目的。

5.5 保持结构连续性

因为道路桥梁是一个整体，所以在进行结构化设计过程中必须要确保其整体结构连续与稳定，确保道路桥梁每个部位受力均匀，如此一来方可以提高整体道路桥梁结构的承载能力，减少其相关建设成本。

6 结束语

总而言之，结构化设计在道路桥梁设计中的应用提高了道路桥梁工程的整体质量，遵循着建筑工程的安全性、经济性原则，不仅适应了道路桥梁发展的需要，也成为了道路桥梁设计方法的最优选择，具有广阔的市场应用价值，所以在实际设计过程中，工作人员应当要能够正确掌握其计算模型、常用解法以及具体应用方法，切实保证道路桥梁结构化设计质量，确保整体道路桥梁的稳固与安全。

参考文献：

[1] 殷江波.结构化设计在道路桥梁中的应用研究[J].黑龙江交通科技，2016（4）.

[2] 谢晓亮等.结构化设计在道路桥梁中的应用研究[J].智能城市，2017（1）.

[3] 郑鹏.结构化设计在道路桥梁中的应用研究[J].城市建设理论研究，2017（24）.

[4] 范天彬.浅析结构化设计在道路桥梁设计中应用的重要性[J].建筑工程技术与设计， 2015（3）.

[5] 李捷.结构化设计在道路桥梁设计中的实践分析[J].建筑建材装饰， 2017（1）.

[6] 朱红.道路桥梁的结构化设计要点分析[J].中国建材科技， 2015（z2）：40～40.