结构化设计在桥梁设计中的应用分析

2021-01-10付超

河南建材 2021年8期

付超

遵义市建筑规划设计院有限责任公司（563000）

路桥系统对我国社会经济发展具有重要作用。桥梁是路桥系统的重要组成部分，其设计、施工质量直接影响着路桥系统的整体质量。在桥梁设计中，不仅要考虑桥梁的实用性，还要考虑其安全性。由于桥梁工程的设计流程和设计内容较为繁杂，相关部门应积极采用现代化的结构化设计方法，不断提高其设计水平。

1 结构化设计在路桥设计中的应用原则

1.1 简单化

在桥梁的设计过程中，应尽可能地对结构进行优化，在不影响桥梁整体质量的前提下进行相应的设计。用最简单的结构实现结构原理的传递，使整个桥梁结构能够分散外荷载和内应力，以有效保证桥梁的整体结构强度、减少建筑材料的使用量，从而降低工程成本、提高工程效益。

1.2 整体性

在桥梁结构设计过程中，为保证整体结构优势得以发挥，应当注重突出桥梁结构的整体性，确保桥梁结构合理、稳定、安全。这就需要设计人员在开展设计工作时，从桥梁工程整体的结构承载力、结构稳定性入手，优化设计，为确保工程质量奠定基础。

1.3 科学性

在施工前，需要选择合适的数据和参考指标进行桥梁结构施工组织设计，以实现科学施工，避免出现施工质量问题。为此，设计者必须对桥梁结构进行优化设计，使其达到最优化的效果，为桥梁建设奠定基础。

1.4 连续性

在桥梁结构设计中，应充分考虑未来社会发展和路桥结构连续性的要求，以保证路桥系统的完整性和桥梁施工质量的稳定性。

1.5 全面性

在桥梁结构设计过程中，设计人员必须全面考虑工程各方面情况。结构的位置不同，所需建筑材料也不同，这就需要综合考虑材料的性质，从桥梁结构需求出发，对其进行合理选择和设计。除此之外，设计人员还需要保证桥梁结构在形状、承载力方面符合要求，做到设计合理，进而保证桥梁的使用安全性。

2 结构设计在路桥设计中的重要价值

在实践中，采用结构化设计的主要目的是改进和评估整体的数据结构和程序结构设计过程。运用结构化设计方法，可以从不同角度设计桥梁模型，选择最佳设计方案；实现对设计过程中一些客观因素的有效分析，保证客观的处理结果，提高桥梁的整体安全性。传统中的桥梁设计，需要充分结合设计经验，编制初步设计方案，主要包括桥梁的材料、结构、尺寸和总体布局，以充分契合桥梁结构和施工机械的特点，不断完善和提高桥梁的实用价值。在现代路桥设计中采用结构化设计非常重要，因为传统的桥梁设计方法只能检验实际施工方案的可行性，难以满足优化设计的客观要求。

基于模块化设计理念，结构化设计中的每个模块都是一个相对独立的个体，具有独特的功能。桥梁设计需要以外观设计和详细设计为中心的结构化设计，通过结构图对整体设计进行详细总结，这在整个桥梁设计过程中具有重要价值。

3 结构化设计在桥梁设计中的实际应用

3.1 结构化设计在桥梁模型计算分析方面的应用

桥梁设计主要包括建模结构、离散结构和简化计算模型等阶段。具体来说，离散结构是将整个路桥结构分割成几个相对独立的结构，并对这些结构进行受力分析，其在施工和设计方面表现出一定的便利性。在设计过程中必须对桥梁进行力学分析，可以通过桥梁模型进行深度分析并显示特定图像，实现对整体路桥建设的引导和优化。一般而言，在桥梁结构的设计过程中，假设所用材料具有理想的塑性和弹性，并使用适当的参数模拟概率无限自由度载荷[1]；其中，有效参数具有较强的概率特征。结合载荷和材料的计算，可以实现更好的结构设计。在桥梁设计过程中，计算模型的选择必须充分考虑各种情况，始终保持认真的态度完成桥梁的准确计算，最终制定出较为合理的计算模型。

3.2 结构化设计在桥梁防水结构设计中的应用

在桥梁设计中，与防水有关的设计问题直接影响桥梁的使用寿命。如果桥梁防水结构设计不合理，桥梁上的积水就难以及时排出，从而影响桥梁的正常使用。防水设计必须满足以下要求：优化和完善排水管道设计，保证桥梁结构设计的安全性。

3.3 结构化设计在桥梁混凝土施工中的应用

混凝土的耐久性关系到桥梁的使用寿命。一些施工单位为了眼前利益而使用一些不合格的混凝土材料，这对桥梁质量产生了严重的影响。在桥梁建设中，必须充分考虑混凝土的耐久性，防止混凝土开裂，这就要求设计者充分重视整体结构钢筋的设计[2]。

3.4 结构化设计在桥梁主梁设计中的应用

与传统结构相比，装配式简单支撑梁结构在吊装、运输和现场预制独立构件等方面具有更突出的优势。同时，机械化、自动化施工技术的应用，不仅可以有效提高施工效率，还可以节约施工材料、克服天气影响。梁的形式以T形和箱形为主，作为桥梁的主要承重部件，受力混凝土结构中广泛使用的主梁结构通常为箱形。主梁结构尺寸和高度的计算要基于适当的计算准则。在计算桥梁的应力值时，必须考虑一些不确定的风险因素，综合计算各方面的值。

3.5 结构化设计在桥梁中的设计特点

在桥梁设计工作当中，结构化设计的核心内容就在于将某一种巨大的功能进行模块化处理，将其进一步划分为多个小型工程方案，确保这些小型工程方案能够实现最简单的功能，还要降低不同方案之间所具备的耦合性，这就需要同时对多种模块方案展开科学合理的设计，稳步提高设计人员的设计效率以及设计质量。因此，在实际建设阶段中就要选择对应的道路桥梁结构，稳步提升桥梁自身的负载能力，降低各类风险问题的发生概率。文中所提到的简约化原则，则是要求在桥梁的设计方案中，应当对桥梁的受力方式以及力的传递方式进行简化处理，确保桥梁能够将压力负荷进行分散承担，在选择各种施工材料的过程中，同样也要遵循基本的简约化原则，在满足桥梁工程施工基本要求的同时，稳步降低相应的预算成本，进一步提高施工效率；而连续性原则，要求桥梁设计过程中综合考虑到未来使用阶段中可能承载的车辆数量，在这种情况来对桥梁的受力结构进行优化设计，选择对应的建设材料来加大桥梁的受力面积，科学合理的缩短桥梁的基本传递力路径；而综合性原则更是要求施工方案的设计人员，在对具体的设计阶段中应当充分考虑到建筑材料与结构之间的兼容性，明确材料在使用过程中能够有效体现出自身作用，利用综合性原则来高效发挥出施工材料自身所具备的性能，并通过不同建筑材料之间的结合来发挥出更加优异的性能。

3.6 结构化设计注意事项

桥梁结构设计要充分体现简单实用的原则。应进一步优化桥梁的整体结构，有效降低其整体重量，宜选择轻量化的复合整体结构。为保证桥梁整体结构的连续性，应采用结构化设计，以提高桥梁结构的稳定性和使用安全性、节约桥梁施工材料。还要注意桥梁材料与整体结构的融合，对材料进行分类。如果结构承受较大的力，则应考虑更合适的材料和形状，以充分体现其作用。最后，在设计桥梁防水方案的实际过程当中，其所采用的通常都是具备着较高密实性的混凝土材料，而为了避免雨水对道路桥梁产生腐蚀等严重问题，降低裂纹等质量问题的发生概率，就要在选择混凝土材料的过程中，保证桥梁路面的基本黏结性，杜绝道路起皮问题出现，而在实际施工建设阶段，还要提升桥梁路面的抗拉性以及抗压性，避免雨水直接渗透至桥梁的钢筋结构当中，大幅度降低腐蚀问题的发生概率[3]。