结构化设计在桥梁设计中的应用研究

结构化设计在桥梁设计中的应用研究

孙颖品

天津宏建工程设计咨询有限公司 天津 300100

摘要：在桥梁设计过程中，桥梁结构化设计非常重要，能有效提高桥梁的稳定性。鉴于此，结合设计工作经验，首先简要阐述了结构化设计的必要性，然后介绍了结构化设计的主要内容，并对桥梁设计中应用结构化设计的可行性进行了分析，最后从离散化结构、模型化结构等方面，深入介绍了结构化设计的计算模型。通过对结构化设计在桥梁设计中的应用研究，希望为相关设计人员提供参考，从而推动结构化设计在我国桥梁设计工作中的运用。

关键词：道路桥梁；结构化设计；应用要点

引言

近年来，我国大力兴建道路、桥梁和铁路等交通基础设施，交通运输业发展迅速。作为我国城市基础设施的重要组成部分，道路桥梁的建设质量会直接影响城市经济发展。而在道路桥梁建设过程中，结构化设计是道路桥梁设计不可或缺的组成部分，只有制定科学的设计方案才能保证施工效率和质量，因此人们高度重视结构化设计在道路桥梁设计中的应用。

1结构化设计的概念及发展

在满足建设单位预期目标、按时完成工程建设的前提下，对工程各部分细节结构进行优化的过程称之为道路桥梁的结构化设计。结构化设计是在市场经济大环境下发展出的一种新型设计理念，它对设计者的要求也相对较高:不仅要有扎实丰厚的路桥理论基础，还要有一定的实际设计经验，能够在具体的工程中根据当地的实际情况和环境情况对具体的工程进行分析设计，在保证工程质量的基础上节约工程成本，缩短工程期限。结构化设计理念最早被西方学者应用在航空科技等先进科学领域中，直到二十世纪七八十年代才逐渐被引入到社会工程建设中，经过几年的快速发展，如今已经被广泛应用于建筑工程、道路桥梁工程中。

2结构化设计的主要内容

结构化的设计方法主要是进行结构化的分解。一般来说，从顶层开始向下进行细化，并对程序结构的设计进行发展。整体思路是将桥梁的设计活动分为几个独立的板块，但板块之间又能够和谐共存，除了概要设计之外，许多环节还需要进行详细设计。结构化设计的表现形式一般为结构图。采取结构化设计，能够提高桥梁建设的可靠度。可靠度是桥梁建设过程中极为重要的一项指标。对于桥梁的可靠度来说，一般有两个重要的影响因素，包括结构构件的荷载效力和抗力。荷载效力受到很多因素的影响。而抗力则很大程度上受材料及其性能的影响。由此可见，对于桥梁的可靠性来说，荷载效力和抗力两方面的模块设计是重中之重，需要进行单独设计。桥梁截面的安全承载指标是首先需要明确的条件，对于桥梁安全来说是最基本的因素。因此，在进行桥梁结构设计时，应首先保证其可靠度。另外，结构的综合荷载效力一般来说不能超过结构的总抗力。因此，在设计过程中应该明确结构的失效标准，其失效模型必须清晰，在此基础之上才能够保证整体桥梁的安全设计。

3结构化设计在道路桥梁设计中的应用意义

结构化设计是利用工程数据通过设计软件进行结构设计的设计方法，在设计的过程中，将工程数据信息具体分析，逐层分解，可以有效保证道路桥梁设计工作的精细化。道路桥梁工程的施工环节较多，需要考虑的不确定因素也较多，结构设计应从多个角度对工程内容加以分析，制订多样化的设计方案，最终选择出最为合理的方案，这样可以保证道路桥梁设计更加符合实际情况，进而提高道路桥梁的设计水平，保证道路桥梁工程施工的顺利进行。在设计过程中将道路桥梁设计进行科学的统筹规划，增强设计方案的科学性、合理性和可行性。在涉及到钢筋和水泥的配比使用问题时，要优化板筋配比、钢筋混凝土配比使用比例，确保钢筋的使用数量和使用质量，以提升其设计本身的安全性能。目前，道路桥梁工程设计工作中使用的定值设计存在着不足，主要是设计方案不能贯彻整个道路桥梁工程。通过定值设计法制订的设计方案，在实际施工中还要对桥梁结构和应力等方面进行分析，再对原本的设计方案加以修改，可以证明利用定值设计法制订的设计方案并不是最适合的。结构化设计可以有效改善传统设计方法的不足，通过更加科学的分析，进而提出最优的设计方案。

4结构化设计在桥梁设计中的应用原则

在桥梁设计中应用结构化设计时，设计者需要遵守以下原则：第一，科学性设计原则。对于桥梁设计者来讲，在具体的设计中，要遵守科学性设计原则，针对桥梁结构设计方案，进行有效的优化设计，特别是桥梁的横截面设计，改进原有的桥梁结构，保证桥梁结构内力得到更好配置，减少桥梁自重。第二，简约化设计原则。对桥梁设计方案进行简约化处理，运用简约的设计理念进行设计，保证桥梁结构受力更为均匀，受力传递更为快速，通过遵守简约化设计原则，能够保证桥梁结构强度得到更好提升，各项材料得到简化处理，桥梁结构自重不断减小，项目成本逐渐下降。第三，连续性设计原则。现阶段，对桥梁结构的承载力要求越来越大，使得桥梁结构的自重不断增大，为了更好的满足结构负载要求，设计者特别重视结构连续性问题，在提升桥梁承载力的同时，不断提升桥梁结构的可靠性，保证桥梁局部承受力得到更好的分配。第四，整体性原则。在进行道路桥梁结构化设计过程中，应该充分利用其设计优势保证道路桥梁工程的整体性，特别是要做好工程过载或者遇到特殊情况时的安全性设计。另外在提升工程承重力的同时，保持工程良好的整体性能够有效降低工程的整体用料，在保证工程建设质量的前提下，降低工程建设的施工成本。第五，可靠性原则，道路桥梁结构往往会增加负荷，在受到强大的外力作用时，为了确保道路桥梁结构能够有效地扩大受力范围，缩短传递路径，设计人员在进行结构化设计时要密切关注道路桥梁的整合情况。设计人员应确保设计内容符合可靠性原则。在道路桥梁的结构化设计中，设计人员必须注意结构与材料的关系。不同材料具有不同的性能，道路桥梁结构设计要科学应用建筑材料。此外，设计人员应根据道路桥梁的不同形状和功能进行整合，以确保道路桥梁的平衡和稳定。第六，安全性的原则。安全性是道路桥梁设计中比较重要的一个原则，尤其是对于工作人员而言，必须增强对道路桥梁结构设计的足够认识，在确保其整体安全稳定性的前提下，进行桥梁施工作业的承重力设计。

5结构化设计在道路桥梁工程设计中的应用

5.1做好计算模型的数据保障

结构化设计工作需要制定计算模型，通过计算模型对道路桥梁的实际受力数值进行计算分析，进而完成道路桥梁设计结构的选型工作。想要保证计算模型的有效制定，就需要提供详细的数据支持，这样才能通过受力分析、弹性分析等分析工作，完成计算模型的制定工作。在制定计算模型的前期，应该先将道路桥梁工程结构进行细化分解，根据道路桥梁工程结构特点和施工特点，分出多个独立的结构，对每个独立的结构进行受力分析，这样可以更好地设计桥梁结构和制订施工方案。对独立的结构信息进行分析后，还应该将这些结构汇总起来，将各个结构设计进行比对，从中找出相同的特征和不同的缺陷，进而掌握其中的规律，对各个结构中存在的冲突进行深入分析。通过建模软件建立起相应的三维模型，这样可以更好地进行分析比对。还要对道路桥梁工程结构的荷载参数进行计算，根据施工材料的强度加以演算，达到保证道路桥梁荷载能力和简化施工材料的目的。另外，在道路桥梁工程中，一些施工材料具备一定的可塑性和弹性，这是为了保证桥梁结构具备一定的延展性。在道路桥梁工程设计中，需要利用结构化设计对桥梁结构的延展性进行测算，在测算时加入随机的荷载参数，测算桥梁结构的荷载上限，合理调整设计参数。

5.2优化混凝土性能

混凝土作为道路桥梁施工中的主要材料，其质量对道路桥梁工程的使用寿命影响较大，在设计中需加强对混凝土性能的优化，加强对混凝土材料配比的校验，使混凝土具备更高的耐久性。具体来看，在结构化设计中，对各个部位所应用混凝土的水灰比、水泥用量以及强度等级都应当做出明确设计，确保各个部位混凝土结构的最低强度、碱含量、最小水泥用量等得到有效控制，在提升施工经济性的同时，使道路桥梁结构耐久性得到增强。为避免后期应用中混凝土出现较大的裂缝，对混凝土结构和其内部的钢筋造成较为严重的腐蚀，在设计中应当充分考虑到优化混凝土性能的问题。还对钢筋混凝土的配筋做适当的优化，适当提升内部配筋数量。同时，规范施工工艺和浇筑养护，确保施工阶段和养护阶段不存在裂缝，以达到对结构的整体防护。

5.3在防水结构设计中的使用

当设计防水结构的时候，需要分析整体水平，不仅要保证结构的合理性和可靠性，而且还应充分考虑桥面铺装的物理特性，确保选择合理的施工过程改善桥面铺装和负荷的平面度。因此，应充分意识到防水结构在桥梁工程中的重要性。根据设计要求，选用延性较好、抗拉强度较高的施工材料，并结合先进的施工工艺，提高防水结构的整体性。不仅如此，防水设施中还包括排水管道和集水管，需要合理的布置，以保证防水设施的施工质量，防止公路桥结构和混凝土构件的腐蚀和渗透，使得公路桥结构的安全性和稳定性是得到保障。

5.4合理选择计算方法

在道路桥梁的结构设计中，设计人员必须正确选择计算方法。一是根据垂直轴和水平轴的实际情况进行合理计算，检测坐标系的边界变量范围，得到目标函数轮廓和最终的目标函数值，因此该计算方法就是道路桥梁的二维结构计算方法。二是函数极值的计算度量，它利用函数不等式捕获的变量的实际情况，再获得相关的函数极值。三是同态设计度量，该度量与功能极值计算度量类似，可以使用函数不等式作为方程，在减少计算目标的同时提升计算效率。

5.5结构化设计在桥梁主梁设计中的应用

道路桥梁的主梁是支撑桥梁整体的重要承重结构，道路桥梁的主梁结构通常使用箱形或T形结构。在施工时，需要根据主梁的结构特点，制订相应的吊运要求，在安装和拼接时都有不同的要求。使用结构化设计可以有效分析道路桥梁的整体结构，选择出更适合的主梁结构，在根据主梁的结构制订相应的施工标准，计划好吊运流程和安装流程。在主梁结构的选择工作中，应该考虑到气候环境、地理环境等影响因素，合理设计主梁尺寸，保证主梁的荷载能力。对主梁宽度及高度的计算时常使用荷载计算法，对主梁荷载能力的计算时，通常使用杠杆计算法，这样可以保证计算的准确，最终通过对道路桥梁主梁的合理设计，提高道路桥梁的承载能力，也能有效减少道路桥梁的不稳定因素。

5.6结构化设计在道路桥梁加固施工中的应用

在道路桥梁加固施工的过程中结构化设计被广泛的使用，施工人员要不断的完善道路桥梁的结构性，通常有两种优化方法，外部预应力加固和桥体表面的补强加固，在道路桥梁施工中要充分认识到道路桥梁工程的结构，随后在选择适合的施工技术，减少混凝土的负荷力，增加道路桥梁的使用年限。

5.7结构化设计在道路桥梁防崩施工中的应用

防崩技术在道路桥梁设计中体现在以下几个方面：第一，在道路桥梁施工中，要精准计算欲抛高度，避免不必要的调整；第二，将合拢段的高差控制在2～3cm；第三，钢筋加工过程中做好箍筋焊接闭合工作，固定骨架，然后与助板钢筋焊接在一起，避免道路桥梁底板的钢筋崩裂，同时还能降低造价成本，并保证钢筋的整体性；第四，在实际施工中，保证道路桥梁的管道间、管道与混凝土间有一定的距离。

6结构化设计在道路桥梁设计中的应用实例

设计人员在道路桥梁工程设计中要进行结构化设计，需依靠施工现场的具体情况来科学使用结构化设计。设计人员还要勘察周边的实际状况，科学计算出预拱度，减少施工过程中设计方案的更改，通过横隔板来减少底板的负荷能力，以此来设计出比较合理的底板。比如，在设计立交桥的时候，设计人员要进行结构化设计，通过科学的方法来对桥头搭板进行设计，通过对各方面的分析，科学的计算出数值，调节搭板的长宽高，使道路桥梁的设计更加科学。

结语

综上所述，结构化设计可以有效解决传统道路桥梁设计中的问题，注意设计过程中的细节，提高道路桥梁建设质量，增强道路桥梁项目的安全性和耐久性。本文主要针对道路桥梁设计中结构化设计应用的必要性进行探讨，指出当前结构化设计在道路桥梁设计中的具体应用形式，希望能够不断提升道路桥梁建设水平，提高桥梁的综合使用性能，促进我国交通行业的进一步发展。

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