馮玉祥黑龍江省公路勘察設計院

結構化設計在道路橋梁設計中的應用

馮玉祥
黑龍江省公路勘察設計院

結構化設計在近些年被道路橋梁建設廣泛應用。結構化設計即，使單一的設計形式向多種形式發(fā)展，設計為統(tǒng)一模塊，或者經過構圖方式使設計方案具有結構化。與傳統(tǒng)的設計不同，結構化設計的應用，能夠滿足日益復雜并多樣化發(fā)展的需求；在復雜的道路橋梁建設中，能夠將滿足其經濟化、技術水平高端化、科學化的發(fā)展需求，代替?zhèn)鹘y(tǒng)模式中的不良因素。在結構化設計過程中，需注意道路橋梁的自身狀態(tài)，其地形特征、環(huán)境特征等影響因素，將各類影響因素均列入設計中，在設計中突出體現(xiàn)各類不利因素的解決情況。通過結構化設計在道路橋梁中的應用，既能夠實現(xiàn)設計的創(chuàng)新，又能夠使道路橋梁建設進入新的發(fā)展空間。

結構化；道路橋梁；設計形式；創(chuàng)新

前言：

道路橋梁建設中結構化設計的應用給設計帶到創(chuàng)新發(fā)展的空間。文章將結構化設計與傳統(tǒng)設計進行對比，分析了結構化設計對于道理橋梁建設的重要性；首先通過對結構化設計進行了解，分析其設計特點，并列舉考了幾點結構化設計對于道橋建設的重要作用。然后將結構化設計的各個設計模型進行分析，不同的結構具有不同的設計模型，同時被應用到不同的道橋中。同時探討了結構化設計的設計解法，從四個方面進行分析，不同的解法有著不同的作用；最后，根據結構化設計在道橋中的應用進行分析，探討了其應用過程中需要遵守的原則，要充分考慮結構化的各個作用進行合理的應用。

1 結構化設計的必要性

結構化設計不僅能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)設計，還在其基礎上進行創(chuàng)新。傳統(tǒng)設計中，其材料的選定、工藝技術及設計大小等均通過經驗判斷進行估算，然后分析整體結構。最后通過檢驗的方式進行設計檢驗來確定設計的可行性與合理性。傳統(tǒng)設計中對于各項結構設計數(shù)據不夠明確，設計方法過于老化。與之不同的結構化設計中，首先能夠將設計進行兼顧，從各個部位向整體進行掌握。設計中的各個模塊設計、結構設計等均通過先進的程序技術進行設計，從單一的結構轉向多模塊的形式。其設計技能滿足日趨復雜的道橋建設，同時也能夠帶來精細化創(chuàng)新設計。有利于道路橋梁的可持續(xù)發(fā)展。

2 結構化設計的不同計算模型

2.1 離散化結構在道路橋梁結構設計時需要把結構的無限自由度轉化為有限的自由度，也就是把整個結構分為有限個部分，這種劃分就把整個結構進行了離散化的劃分。這種結構化設計形成的離散化的結構有利于受力分析，更容易進行設計施工。

2.2 模型化結構道路橋梁設計中要運用力學原理對各種結構的內在規(guī)律性進行分析，結構化設計能夠做到抓住主要矛盾對結構進行模型化處理，模型化的結構使整個設計變得更加具體，易于施工的正常進行。

2.3 簡化的材料和荷載結構化設計通常會假設結構的材料是具有理想塑性和理想彈性的，而且用有限的參數(shù)來模擬具有無限自由度的隨機荷載。這些有限的參數(shù)可以是具有概率特性的參數(shù)，也可以是解析式的參數(shù)。結構化設計使材料和荷載在計算時變得更加簡化，也利于更好的進行施工前的結構設計。要想使計算結果能夠吻合實際的結構狀況，在很大程度上取決于對計算模型的選取，因要慎重的選擇計算模型，要保證選取的計算模型能夠真正地反映出橋梁結構的實際受力狀況。

3 結構化設計常用的解法

3.1 圖解法圖解法適合各種二維結構的設計分析，圖解法的基本思想就是把一個設計變量作為橫坐標，另一個設計變量作為縱坐標，做出符合兩種約束條件的曲線圖形，進而得到上下界限的約束區(qū)域，在約束區(qū)域內做出目標函數(shù)的等值線，這一系列的等值線與可行區(qū)域的外邊界相切，所得的切點就是目標函數(shù)值。

3.2 求解函數(shù)極值計算函數(shù)的極值，首先要把約束不等式變?yōu)榈仁叫问?，然后再去消除目標函?shù)中的變量，使目標函數(shù)變?yōu)閮H含一個變量的函數(shù)，從而可以求出函數(shù)的最大最小值，達到結構化設計的目的。

3.3 同態(tài)設計法把不等式約束換作等式約束，縮小了設計空間的可行性，這就是同態(tài)設計法。這種方法得到的解是劣于原解的，有時同態(tài)設計會得不到解。雖然這種方法有不足之處，但在實際結構設計中仍然有許多的結構構件需要用同態(tài)設計法來解決。結構化設計中的同態(tài)設計法能使復雜的結構計算問題變得更易于計算。

4 結構化設計在道路橋梁設計中的應用原則

（1）截面形式選擇的合理性；結構化設計在道路橋梁中的應用，由于道橋高速的要求，其材料使用量多，因此加重了對于道橋自身的重力。因此，在選擇截面形式時，應該選擇重量小，結構符合整體性的截面，例如圓柱截面。同時將材料設計成空碧式，減少對于道橋自身的壓力。

（2）避免“走彎路”，造成成本的浪費。在設計過程中要注意支撐力的協(xié)調性。不僅有利于力的分布均勻，同時節(jié)省了材料，有利于成本的節(jié)約。

（3）保證道路橋梁結構的連續(xù)性；為了使成本降低，增大整體結構的受力范圍，結構的設計中需將各個結構相互聯(lián)系、相互作用，使各個結構均勻受力，同時減少力的作用帶來的壓力；降低使用材料。

（4）注重材料及結構的相互整合。通過對結構的分析，各個結構的形狀各不相同，因此其受力的作用強度也不同。結構設計應該將各類材料進行分類，對于受力較大的結構使用相對應的形狀和優(yōu)質的材料；將形狀與材料向整合，發(fā)揮最優(yōu)作用，增強對力的支撐作用。

（5）全面掌握各個部位特征；在道路橋梁的結構化設計中，通過對工程中各個部位各個特點的掌握，能夠正確分析其相對應的設計方案，將完善的設計方案對應適合其特征的道橋建設，不僅有利于對于工程的掌握，還能夠在結構化設計中準確做出選擇。減少工作量，使道橋建設高效性運作。

總結：

道路橋梁中結構化設計的應用，代替了傳統(tǒng)的設計方式；為道路橋梁架設提哦共準確的數(shù)據。同構對于結構的全面分析，將各個部位進行協(xié)調、組合，擇出最優(yōu)方案應用與道橋建設中。通過截面的選擇、結構的形式的選擇、以及對受力情況的等各個方面的了解。分析出圓柱截面有利于節(jié)省材料、結構形式需要具備整體性、受力范圍大對道橋壓力小等情況。結構化的應用，為道路橋梁建設帶來了創(chuàng)新性的設計理念，打破了傳統(tǒng)的設計格局；為道路橋梁建設帶來了高效的經濟，成本的節(jié)約以及質量的保證。為我國道橋建設事業(yè)的發(fā)展提供了保障。

[1]楊玲.橋梁設計常見的問題及解決措施[J].中國新技術新產品.2012(06)