探讨道路桥梁的结构优化设计

2020-11-27肖鹏

商品与质量 2020年27期

肖鹏

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1 结构优化设计概述

所谓结构优化设计就是工程建设领域针对工程结构的优化设计而采取的一种基于数据综合分析和设计方案综合评审来保证其结构设计方案最优化的设计方式。该设计方式涉及到大量模型计算、构建和优化分析工作，体现出现代工程建设的更高追求。在工程结构优化设计发展过程中，逐渐形成了多种模型构建与计算方法，如离散化结构设计、模型化结构设计、荷载结构化设计等。这些方法都对工程结构优化起到一定的促进作用。而在道路桥梁的结构优化设计中，这些方法的运用需要结合道路桥梁建设实际进行科学选择，然后再结合其他一些运算方法如图解法、求解函数极值法、同态设计法等对工程结构模型进行构建与完善，如此就可以确保最终结构设计的科学合理性。可以说，结构优化设计已经成为现代道路桥梁建设的重要工作[1]。

2 道路桥梁结构优化设计的基本原则

道路桥梁工程的建设施工本身就是一项十分复杂的工作，且建设施工过程还容易受到各种外界因素的影响，这就对其工程结构的强度、性能等提出更高要求。因此，在其结构设计的过程中就需要采取一定的方法进行结构的优化。然而，结构优化设计在实际操作过程中需要结合道路桥梁建设施工的质量安全要求和具体造价秉承一定的原则，如此方能使最终设计出的结构达到理想效果。

一是稳定性原则。结构稳定性对道路桥梁建设施工至关重要，因此稳定性原则也是结构优化设计中必须遵循的最基本原则。尤其在当前道理桥梁交通运输量日益加大的情况下，道路桥梁需要承载更大荷载，所以结构优化设计中必须要保证其结构能够具有较强的抗压性，同时受力也必须保持均匀，如此方能达到更好的稳定性要求。

二是综合性原则。综合性原则是指道路桥梁结构优化设计中应综合全面考量影响桥梁结构的各方面因素，如施工材料、结构形式特点、截面形式等，然后从中通过计算对比找到最佳的结构设计方案并选择最合适的建设材料，进而使桥梁结构在自重、承载力等方面都能够得到优化。

三是整体性原则。该原则是强调道路桥梁工程的结构优化设计不能局限于某一部分或单纯结构层面，而应该从道路桥梁的整体结构建设施工层面进行考量。例如优化设计过程中需要对桩基设计、桥墩设计、软基处理等重要部位进行研究分析，保证各部分的科学合理性以及最终结构整体的合理性。同时优化设计中还需要考虑到工程造价等问题，以提升道路桥梁结构设计的整体水平。

3 道路桥梁结构设计的优化要点

道路桥梁结构优化设计的综合性、整体性原则都反映出其需要考虑的因素较多，同时实际设计中需要把控的要点也较多。因此，要确保结构优化设计达到理想效果，就需要对其中的优化要点加以研究分析和把控，以切实提升优化设计水平[2]。

3.1 钢筋混凝土结构的优化设计

在现代道路桥梁结构设计中，由于大多数工程结构都是以钢筋混凝土结构为主，所以对钢筋混凝土结构的优化是十分关键的。虽然该结构在性能上具有突出优势，但其同样有可能受到外界自然或结构内部因素影响而产生腐蚀问题，进而影响结构性能。因此，对钢筋混凝土结构的优化需要考虑到道路桥梁建设施工的具体环境情况，并对其采取一定的保护性设计，如结合易腐蚀部位设置保护层，科学确定保护层厚度，如此能够使钢筋混凝土结构得到强化，并提升道路桥梁整体结构的性能强度。

3.2 混凝土性能的优化

从综合性原则角度出发，结构优化设计中还需要考虑到施工材料的质量性能问题。混凝土是现代道路桥梁施工的主要材料，因此混凝土性能将对工程结构和整体质量造成巨大影响，这就需要我们对混凝土材料的性能进行必要的优化。一方面，在结构设计中需要针对混凝土材料配比进行必要的校验，确保其配比能够产生最佳的性能效果。在实际操作中，设计人员需要对道路桥梁各部位使用的混凝土水灰比、水泥用量和强度等级都进行优化设计，保证各部位混凝土结构的的强度、碱含量、水泥用量等都能够得到有效把控，在保证其质量性能的基础上提升材料配比的经济性[3]。

为防止混凝土在施工中出现较大裂缝，设计中还需要考虑到钢筋混凝土的配筋问题，科学确定配筋数量，并优化施工工艺与浇筑养护方法，从而对钢筋混凝土结构进行更有效防护。

3.3 防水性能的优化

道路桥梁工程在后期运营使用中还会受到各种外界环境因素的影响。如路面排水、桥梁防水等都对道路桥梁工程抵抗外界环境影响的能力产生着较大影响。所以在结构优化设计中就需要对道路桥梁的防水性能进行优化。具体而言，设计人员需要对路面防水层进行优化设计，把控混凝土密实程度，并针对其施工中的钢筋网设置进行优化，以提升混凝土抗拉强度，防止混凝土结构在后期使用中出现开裂问题，并有效提升道路桥梁的防水性能。在具体的优化方法上，可以围绕以下几方面展开：一是使应利用改性沥青材料来提升道路桥梁路面的粘结性，从而减少后期运行中的脱落、起皮等现象；二是科学规划道路桥梁排水管道布设，并对并管道与混凝土的接触部位进行防水处理；三是要对路面防水层的延展性进行优化，尽可能使用具有较强抗拉性与耐腐蚀性的材料。