王東方

摘 要：近年來，伴隨我國城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，我國對于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入也在不斷增加，其中，道路橋梁工程的建設(shè)數(shù)量和規(guī)模都有了較大幅度提升。但道路橋梁建設(shè)過程中不少設(shè)計方面的問題不斷凸顯，結(jié)構(gòu)化設(shè)計作為解決這些問題的重要方式，在道路橋梁設(shè)計過程中的作用十分顯著。結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法的主要特點(diǎn)就是自頂層設(shè)計向下細(xì)化，這種設(shè)計方式對模塊化和接過話程序設(shè)計的基礎(chǔ)要求較高，具體的設(shè)計思維模式就是把整體設(shè)計思路細(xì)分為單一功能且相互獨(dú)立的模塊結(jié)構(gòu)，這對于道路橋梁設(shè)計具有深遠(yuǎn)意義，能夠極大地滿足道路橋梁設(shè)計與建設(shè)的需要，有助于制定出最佳的道路橋梁施工方案?；诖耍恼聦Y(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計工作中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)化設(shè)計；道路橋梁設(shè)計；安全性能

1 結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法的基本概念

結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法具有自頂向下、逐層分解的基本特點(diǎn)，將設(shè)計對象分解成護(hù)相對獨(dú)立的模塊結(jié)構(gòu)，并對每個模塊進(jìn)行進(jìn)一步的分解與求精，再將每個模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行整合，最終得到整個設(shè)計對象的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。結(jié)構(gòu)化設(shè)計過程是提供給設(shè)計人員一組與被設(shè)計對象相關(guān)的設(shè)計原理與技術(shù)，用來幫助設(shè)計人員在模塊層次上區(qū)分設(shè)計的質(zhì)量，是將有關(guān)設(shè)計對象的，已經(jīng)被認(rèn)證的大量歷史數(shù)據(jù)輸入到設(shè)計系統(tǒng)中，再從設(shè)計系統(tǒng)中得到設(shè)計對象的相應(yīng)數(shù)據(jù)，這種方式是較為常見的結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法。在道路橋梁工程建設(shè)中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計把整個建設(shè)工程分化成不同的階段、不同的個體等，再根據(jù)當(dāng)前道路橋梁的設(shè)計方向與技術(shù)要求，分析給出非常詳盡的數(shù)據(jù)圖表等，并在整個道路橋梁工程設(shè)計過程中，不斷對相應(yīng)缺陷做出修改，讓道路橋梁工程設(shè)計不斷完善。

2 道橋結(jié)構(gòu)化設(shè)計中常見的解法

2.1 圖解法的分析

圖解法的計算原理在于將任意2個設(shè)計變量作為橫縱坐標(biāo)，并結(jié)合變量的影響情況，得出坐標(biāo)系中的圖形，結(jié)合變量函數(shù)不等式，獲得在坐標(biāo)系內(nèi)2種變量的約束區(qū)域，畫出目標(biāo)函數(shù)的等值線，將其切點(diǎn)確定下來，最終得到目標(biāo)函數(shù)值。在道路橋梁的二維結(jié)構(gòu)設(shè)計中，圖解法運(yùn)用得較為普遍。

2.2 求解函數(shù)極值的分析

這一解法主要是對函數(shù)極值進(jìn)行計算，將約束不等式變成等式，并將目標(biāo)函數(shù)內(nèi)的變量消除，這樣目標(biāo)函數(shù)就能變成只有一個變量的函數(shù)，繼而得出函數(shù)最大最小值，促進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計目的的實(shí)現(xiàn)。

2.3 同態(tài)設(shè)計法的分析

與求解函數(shù)極值一樣，同態(tài)設(shè)計法也需要將函數(shù)不等式變?yōu)榈仁剑靡赃_(dá)到將設(shè)計空間縮小的目的，提高計算效率。該種方法所獲得的值是無法與原值相比較的，但因?yàn)樵摲椒ê喕私Y(jié)構(gòu)化設(shè)計的解法，所以應(yīng)用頻率也較高。

2.4 網(wǎng)絡(luò)搜索法的分析

這一解法具有直觀性和原始性，主要是將問題圈定在某個范圍內(nèi)之后，將其分成諸多網(wǎng)格點(diǎn)，每個點(diǎn)均代表著相應(yīng)的設(shè)計，再根據(jù)一定規(guī)律來搜索，這樣就能得出最優(yōu)解所在的網(wǎng)格點(diǎn)。利用其在道橋設(shè)計中的應(yīng)用，前提是將一個變量固定，而其他變量則采取從小到大的順序進(jìn)行檢驗(yàn)，并在驗(yàn)算過程中確保所有點(diǎn)的約束條件滿足，進(jìn)而得出可行的解，得出最能符合目標(biāo)函數(shù)的點(diǎn)，也就是最優(yōu)解所在的點(diǎn)。

3 橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計及應(yīng)用原則

3.1 橋梁結(jié)構(gòu)化的設(shè)計原則

橋梁結(jié)構(gòu)化的設(shè)計原則包括以下內(nèi)容：（1）科學(xué)性原則。該原則要求對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的選擇，將橋梁橫截面與結(jié)構(gòu)配置作為設(shè)計的重點(diǎn)，保證橋梁設(shè)計的科學(xué)性。（2）簡約化原則。該原則是為了降低橋梁自身的規(guī)模和自重，縮短傳力路徑，實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的提升，保證橋梁內(nèi)外部受力的平衡。（3）綜合性原則。進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計時，要綜合考慮不同材料在不同結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用特點(diǎn)，同時，要根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)、功能、形狀受力等特點(diǎn)，對橋梁進(jìn)行統(tǒng)和，保證橋梁結(jié)構(gòu)在重量、受力方面達(dá)到穩(wěn)定性目標(biāo)。（4）連續(xù)性原則。最近幾年，我們國家的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，此時無形之中使得交通量增加，使得道橋項(xiàng)目的總數(shù)變多，運(yùn)行壓力加大。在這種前提之下，要想保證項(xiàng)目的總體性良好，保證它的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，就應(yīng)該在開展結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的時候，結(jié)合項(xiàng)目具體情況，確保結(jié)構(gòu)能夠具有較高的持續(xù)性。當(dāng)?shù)缆窐蛄航Y(jié)構(gòu)在受力的情況下，使得受力面積被擴(kuò)大，傳輸途徑被適當(dāng)減小。同時要擁有合理的結(jié)構(gòu)、有效節(jié)約材料、施工過程足夠便利等優(yōu)勢。在這一基礎(chǔ)上，使設(shè)計好的道路橋梁結(jié)構(gòu)具備連續(xù)性和穩(wěn)定性。

3.2 橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計的應(yīng)用原則

從截面形式選擇上看，需要根據(jù)橋梁的荷載情況選擇性能相符的截面形式，使荷載合理地分布在結(jié)構(gòu)中，可選用結(jié)構(gòu)優(yōu)良、空壁式、質(zhì)量小的截面，以此降低橋梁的壓力。從材料結(jié)構(gòu)的整合角度，要充分發(fā)揮不同材料在橋梁的不同結(jié)構(gòu)中的優(yōu)勢，使結(jié)構(gòu)和材料達(dá)到最優(yōu)配置。

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

4.1 橋梁防水設(shè)計方面的應(yīng)用

橋梁防水設(shè)計是整體工程中的關(guān)鍵內(nèi)容，與橋梁的質(zhì)量和使用壽命息息相關(guān)。設(shè)計人員在進(jìn)行橋梁防水設(shè)計時，可以對結(jié)構(gòu)化設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化利用，選擇高質(zhì)量的施工材料，科學(xué)地設(shè)計防水層。

4.2 混凝土施工結(jié)構(gòu)化設(shè)計的應(yīng)用

混凝土施工結(jié)構(gòu)化設(shè)計能有效地提高混凝土的施工質(zhì)量。設(shè)計人員要充分考慮混凝土的施工性質(zhì)和特點(diǎn)，利用結(jié)構(gòu)化設(shè)計，控制好混凝土的配合比。以此為前提，設(shè)計人員還要把握好混凝土保護(hù)層的厚度，控制其開裂動態(tài)情況，強(qiáng)化構(gòu)造配筋。同時，還要注意以下幾個方面：預(yù)拱度要精準(zhǔn)計算，避免后期施工的過多調(diào)整；施工過程中要做好安全儲備，避免出現(xiàn)誤差；跨徑位置可增加橫隔板以增強(qiáng)橋梁的橫向穩(wěn)定性和剛度，承受并分布較大的支撐反力。

4.3 防崩關(guān)鍵技術(shù)施工設(shè)計應(yīng)用

防崩技術(shù)在結(jié)構(gòu)化設(shè)計中的應(yīng)用和體現(xiàn)，可從以下幾方面進(jìn)行說明：（1）橋梁施工中，要精確計算預(yù)拋高度，以此避免不必要的高度調(diào)整；（2）將合攏段的高差控制在2～3cm；（3）為了避免橋梁底板的鋼筋崩裂，可以先在鋼筋加工場焊接閉合箍筋，形成固定骨架，并和肋板鋼筋焊接到一起，這樣能有效地保證鋼筋的整體性，并降低造價成本；（4）盡量避免施工中的誤差并精確施工放樣工作；（5）實(shí)際施工中，要保證橋梁中管道之間以及管道底部的混凝土具有較高的密實(shí)度。

4.4 結(jié)構(gòu)化設(shè)計在橋梁設(shè)計中的應(yīng)用實(shí)例

結(jié)構(gòu)化設(shè)計的優(yōu)化，即要根據(jù)工程具體情況進(jìn)行變通性應(yīng)用。設(shè)計人員要根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，準(zhǔn)確計算預(yù)拱度，防止外崩力的影響，并利用橫隔板減少底板承重。以“立交橋”的結(jié)構(gòu)化設(shè)計為例，設(shè)計人員對結(jié)構(gòu)化設(shè)計的巧妙運(yùn)用，首先要對橋頭搭板進(jìn)行合理設(shè)計，然后確定橋梁的長度。在設(shè)計過程中，設(shè)計者可借助信息化先進(jìn)手段，簡化橋梁設(shè)計流程，及時發(fā)現(xiàn)隱患問題。在橋梁實(shí)用性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，體現(xiàn)出現(xiàn)代化設(shè)計風(fēng)格，增強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)特色。

5 結(jié)語

綜上所述，道路橋梁設(shè)計工作中出現(xiàn)的問題容易影響到工程的質(zhì)量、安全和運(yùn)營，結(jié)構(gòu)化設(shè)計作為有效解決這些問題的重要方式，在道路橋梁設(shè)計工作中的作用十分顯著。隨著交通科技的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)化設(shè)計將充分運(yùn)用到設(shè)計工作中，不斷提高道路橋梁的安全性能，有效延長道路橋梁的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭鵬.結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2017（24）：103.

[2] 陳杰，崔炫來，蘇群申，等.淺析結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計中的應(yīng)用[J].黑龍江交通科技，2015（7）：102.

[3] 張智慧.“全程設(shè)計、多維融合”的高職道橋?qū)I(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建研究[J].濰坊工程職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2015（6）：91～93.