楊波

（重慶市萬州區(qū)交通設(shè)計院　重慶市　萬州區(qū)　404000）

結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計的應(yīng)用探討

楊波

（重慶市萬州區(qū)交通設(shè)計院重慶市萬州區(qū)404000）

隨著我國的經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，交通建設(shè)也在不斷完善。道路橋梁設(shè)計是交通建設(shè)的重要組成部分，對交通環(huán)境具有重大意義。本文主要針對道路橋梁設(shè)計中的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計展開探討，并闡述了其設(shè)計重點(diǎn)和相應(yīng)的改善措施。

結(jié)構(gòu)設(shè)計；道路；橋梁設(shè)計

目前，我國的道路橋梁設(shè)計主要還是采用的傳統(tǒng)設(shè)計方法，即定值法。為了優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，就需要在進(jìn)行道路橋梁設(shè)計中，根據(jù)我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和社會現(xiàn)狀考慮，并結(jié)合各方面的影響因素，對道路橋梁進(jìn)行綜合設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化。由于傳統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)的方法已經(jīng)不能滿足當(dāng)今社會的要求，因此，我們需要根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)母纳疲岢龈玫脑O(shè)計方案，從而保證道路橋梁的工程質(zhì)量。

1　結(jié)構(gòu)化設(shè)計的必要性

①道路橋梁的設(shè)計流程都需要制定設(shè)計方案，包括總體策劃、結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料采購、施工工藝、施工流程等方面[1]。其中，結(jié)構(gòu)設(shè)計是影響道路橋梁設(shè)計的重要因素，為了滿足道路橋梁的設(shè)計要求，就必須根據(jù)不同的情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。因此結(jié)構(gòu)化設(shè)計對整個道路橋梁工程都尤為必要。②從結(jié)構(gòu)化設(shè)計的方法上來說，其設(shè)計思想主要是通過詳細(xì)設(shè)計和概要設(shè)計兩方面體現(xiàn)。同時，結(jié)構(gòu)化設(shè)計需要借助結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行相關(guān)詳細(xì)描述。由此可見，結(jié)構(gòu)化設(shè)計不僅是發(fā)展道路橋梁的必要因素，也是道路橋梁的最佳設(shè)計方法。

2　結(jié)構(gòu)化設(shè)計的基本原則

結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計中應(yīng)該堅(jiān)持的基本原則主要有五個，包括：①在剛度配置和截面形式上必須堅(jiān)持科學(xué)合理的原則，可以有效減少結(jié)構(gòu)的重量，優(yōu)化位移與內(nèi)力的分布；②在傳遞路線上堅(jiān)持簡單原則，可以促進(jìn)支承反力對外荷載的平衡，從而減少結(jié)構(gòu)重量，節(jié)約材料；③為了保證橋梁結(jié)構(gòu)的各個部分形成統(tǒng)一的整體，就要堅(jiān)持連續(xù)性原則，不僅可以增加橋梁結(jié)構(gòu)的受力范圍，還可以降低結(jié)構(gòu)受到的整體內(nèi)力，從而減少成本；④堅(jiān)持優(yōu)化原則，在材料的運(yùn)用上，要將各種材料按照其特性和作用進(jìn)行分類，通過優(yōu)化配置材料，可以有效減輕結(jié)構(gòu)的整體重量；⑤在施工過程中，要堅(jiān)持因地制宜的原則進(jìn)行各項(xiàng)工作。結(jié)構(gòu)化設(shè)計是一項(xiàng)比較系統(tǒng)的工程，需要根據(jù)不同的工作環(huán)境和不同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計工作，從而減少受力桿數(shù)量，減少材料的使用率，降低成本。

3　結(jié)構(gòu)化設(shè)計的模型構(gòu)建和常用解法

3.1模型結(jié)構(gòu)

3.1.1離散化結(jié)構(gòu)

離散化結(jié)構(gòu)的具體做法就是將道路橋梁的結(jié)構(gòu)從無限自由度轉(zhuǎn)向有限自由度，使整個結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化的劃分[2]。該模型結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于受力，可以促進(jìn)道路橋梁的設(shè)計工作順利進(jìn)行。

3.1.2模型化結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行道路橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，需要運(yùn)用力學(xué)原理對各種結(jié)構(gòu)的內(nèi)在規(guī)律性進(jìn)行分析。模型化的結(jié)構(gòu)能夠使設(shè)計整體更加全面，促進(jìn)施工工作的順利進(jìn)行。

3.1.3簡化的材料和荷載

由于結(jié)構(gòu)化設(shè)計可以使用有限的參數(shù)進(jìn)行無限的模擬，且經(jīng)常假設(shè)結(jié)構(gòu)的材料具有理想塑性和理想彈性的[3]。因此，結(jié)構(gòu)化設(shè)計能簡化材料和荷載，有利于促進(jìn)施工的順利進(jìn)行。同時，不能忽視對計算機(jī)模型的選擇，最后是能保證計算機(jī)模型能夠反映出橋梁結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力情況。

3.2常用解法

3.2.1圖解法

圖解法就是以設(shè)計變量作為橫縱坐標(biāo)，然后作出符合條件的曲線，通過上下界限的約束區(qū)域，得出目標(biāo)函數(shù)值，該解法通常用在二維結(jié)構(gòu)的設(shè)計[4]。

3.2.2求解函數(shù)極值

求解函數(shù)極值的步驟有三個：①轉(zhuǎn)換約束不等式；②消除目標(biāo)函數(shù)中的變量，計算函數(shù)的極值；③分別求出函數(shù)的最大最小值。

3.2.3同態(tài)設(shè)計法

同態(tài)設(shè)計法比較局限，甚至?xí)霈F(xiàn)得不到解的情況，縮小了設(shè)計空間的可行性[5]。把不等式約束換作等式約束，縮小了設(shè)計空間的可行性，這就是同態(tài)設(shè)計法。但是在實(shí)際應(yīng)用中，仍然存在大量使用同態(tài)設(shè)計法的現(xiàn)象，主要是因?yàn)橥瑧B(tài)設(shè)計法能夠有效簡化復(fù)雜的結(jié)構(gòu)計算步驟。

3.2.4網(wǎng)絡(luò)搜索法

網(wǎng)絡(luò)搜索法是所有解法中最直接的方法，根據(jù)固有的范圍進(jìn)行搜索，找到最優(yōu)解的網(wǎng)格點(diǎn)。在道路橋梁設(shè)計中運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)搜索法，要先固定一個變量，然后對其他變量進(jìn)行驗(yàn)算，并按照從小到大的順序[6]。最后根據(jù)得出的結(jié)果，選擇滿足目標(biāo)函數(shù)的點(diǎn)，即為最優(yōu)解。

4　結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計中的應(yīng)用

4.1結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁防水設(shè)計中的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁方式設(shè)計中要注意兩方面要點(diǎn)：①認(rèn)真部署防水層，選擇密實(shí)性的混凝土作為原材料，保證道路橋梁的防水效果；②為了防止混凝土開裂，需要混入鋼筋網(wǎng)，選擇復(fù)合纖維混凝土或?qū)⑺嗯c結(jié)晶材料滲透在一起，保證防水效果。同時，防水層結(jié)構(gòu)要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，還需要符合以下四個原則：①確保路面的粘度，以免出現(xiàn)起皮、脫落現(xiàn)象；②在鋪設(shè)過程中，保持混凝土與路面的整體性；③保證整體結(jié)構(gòu)具有具有抗拉強(qiáng)度及延展性；④合理進(jìn)行泄水管道的設(shè)計與安裝，處理好每一個細(xì)節(jié)。

4.2結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁混凝土施工中的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁混凝土施工中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在三個方面：包括：①提高保護(hù)層厚度?；炷梁弯摻钍堑缆窐蛄航ㄔO(shè)中常用的材料，而鋪在鋼筋混凝土層上的保護(hù)層主要為了保證鋼筋的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，從而使得道路橋梁更安全?？善鸬筋A(yù)防鋼筋腐蝕，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)持久性，提高安全系數(shù)，可以更好地保護(hù)鋼筋混凝土；②混凝土的耐久性。由于道路橋梁是結(jié)構(gòu)質(zhì)量是決定橋梁使用壽命的直接因素，因此，在道路橋梁混凝土施工中進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計時，要符合混凝土的持久性，保證施工質(zhì)量；③改善混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫情況。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計時，需要增加構(gòu)造配筋，控制混凝土的開裂現(xiàn)象。

5　實(shí)例分析

5.1工程概況

該工程的下部橋臺為U型橋臺，橋墩為墩柱接蓋梁，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土，支座采用板式橡膠支座，主要工程數(shù)量詳見表1。

表1　主要工程數(shù)量

5.2應(yīng)用

道路橋梁的橋頭搭板的結(jié)構(gòu)設(shè)計，該工程主要就是采用了結(jié)構(gòu)化的設(shè)計，在應(yīng)用的過程中把握了多方面的細(xì)節(jié)，包括長度、寬度、深度、厚度等，分別進(jìn)行了科學(xué)合理的調(diào)整，不僅在材料使用方面進(jìn)行了認(rèn)真的選取，還根據(jù)該工程的實(shí)際情況采用了合適的計算方法，建立模型，真正實(shí)現(xiàn)了該工程的橋頭搭板結(jié)構(gòu)，通過運(yùn)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計，提高了橋梁質(zhì)量。

6　結(jié)束語

綜上所述，道路橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計對我國的經(jīng)濟(jì)和社會都有重大影響，是保證人們生活水平的關(guān)鍵因素，結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計的應(yīng)用可以有效提高工程效率，保證道路橋梁的質(zhì)量，從而完善我國的交通設(shè)施，提供人們便利的交通條件，促進(jìn)我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

[1]吳明鵬.探析道路橋梁設(shè)計中結(jié)構(gòu)化設(shè)計的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014（30）：1209.

[2]馬立新，吳春芳.結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計中的應(yīng)用分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2014（25）：298.

[3]孫李棟.淺議結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計的應(yīng)用[J].城市道橋與防洪，2014（6）：130～131，155.

[4]賈彥凱.淺談道路橋梁設(shè)計中結(jié)構(gòu)化設(shè)計的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2014（13）：317.

[5]楊麗梅.道路橋梁設(shè)計中結(jié)構(gòu)化設(shè)計的應(yīng)用探析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（4）：152.

[6]占文斌.淺議結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2015（8）：2249.

U442.5

A

1673-0038（2015）22-0262-02

2015-5-15

楊波（1981-），男，工程師，大學(xué)本科，主要從事土木工程設(shè)計方面的工作。