閆忠陽(yáng)

摘 要：結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是道路橋梁設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，可以保證道路橋梁工程施工質(zhì)量。本文分析了道路橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必要性和可行性，研究了結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁施工中的應(yīng)用原則，最后說(shuō)明了道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用要點(diǎn)，以期更好地促進(jìn)我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì);道路設(shè)計(jì);橋梁設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U442.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）20-0115-03

Application Analysis of Structural Design in Road and Bridge Design

YAN Zhongyang

（Luohe City Guangyuan Highway Survey and Design Institute，Luohe Henan 462000）

Abstract： Structured design is an important part of road and bridge design， which can guarantee the construction quality of road and bridge engineering. This paper analyzed the necessity and feasibility of structural design in road and bridge design， studied the application principle of structural design in highway bridge construction， and finally explained the application points of structural design of highway bridge， in order to better promote the development of China's transportation industry.

Keywords： structural design;road bridge;design application

近年來(lái)，我國(guó)大力興建道路、橋梁和鐵路等交通基礎(chǔ)設(shè)施，交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展迅速。作為我國(guó)城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，道路橋梁的建設(shè)質(zhì)量會(huì)直接影響城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1-3]。而在道路橋梁建設(shè)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是道路橋梁設(shè)計(jì)不可或缺的組成部分，只有制定科學(xué)的設(shè)計(jì)方案才能保證施工效率和質(zhì)量，因此人們高度重視結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1 道路橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的必要性

1.1 滿足道路和橋梁設(shè)計(jì)要求

道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)可以優(yōu)化道路和橋梁的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，提高工程施工質(zhì)量，同時(shí)確保工程按時(shí)施工，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的施工目標(biāo)。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是一種新的設(shè)計(jì)理念，對(duì)設(shè)計(jì)者提出了較高的要求，設(shè)計(jì)人員不僅要有扎實(shí)的道路橋梁理論基礎(chǔ)，還要有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)[4-6]。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)可以滿足道路橋梁設(shè)計(jì)要求，提升工程施工質(zhì)量。

1.2 符合道路和橋梁發(fā)展趨勢(shì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是模塊化的程序設(shè)計(jì)技術(shù)，不同模塊是彼此獨(dú)立的。在道路橋梁設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的要求很高，因此設(shè)計(jì)人員要根據(jù)自己的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，制定初步的設(shè)計(jì)計(jì)劃，其應(yīng)當(dāng)包括建筑材料選擇、項(xiàng)目整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、項(xiàng)目生產(chǎn)過(guò)程以及項(xiàng)目規(guī)模控制等內(nèi)容[7-9]。之后，人們應(yīng)分析道路或橋梁的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，采用力學(xué)分析驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的整體可行性。需要注意的是，這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法只能分析設(shè)計(jì)方案的可行性，不能優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，也不能更好地滿足道路和橋梁施工的發(fā)展需要。因此，人們?cè)絹?lái)越重視設(shè)計(jì)方案中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1.3 提升道路和橋梁施工的可行性

施工可行性是道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)主要考慮的內(nèi)容，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是分析和總結(jié)各種設(shè)計(jì)草案后進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)的結(jié)果，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)道路和橋梁時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況采用不同的結(jié)構(gòu)。一是保證道路橋梁的施工質(zhì)量，二是識(shí)別和處理項(xiàng)目中的各種安全和質(zhì)量問(wèn)題[10-12]。此外，為了提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性，設(shè)計(jì)人員還要關(guān)注組件的承載能力，確保承載力滿足設(shè)計(jì)要求，以優(yōu)化道路橋梁設(shè)計(jì)，改善其整體性能。在設(shè)計(jì)道路橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況，分析設(shè)計(jì)的安全性和合理性，有效提高道路橋梁的各項(xiàng)性能。

2 道路橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用原則

2.1 合理性原則

道路橋梁的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)必須保證科學(xué)性，要合理選擇結(jié)構(gòu)。在優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)合理減少道路橋梁的總質(zhì)量，改善結(jié)構(gòu)性能，簡(jiǎn)化道路橋梁結(jié)構(gòu)施工流程[13-15]。同時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)使用簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方式直接傳遞荷載，以更好地平衡道路橋梁的載荷。簡(jiǎn)單的道路橋梁設(shè)計(jì)可以節(jié)省建筑材料，提高施工效率，設(shè)計(jì)人員必須按照規(guī)定的計(jì)算順序來(lái)進(jìn)行施工計(jì)算，提升施工精確度。

2.2 可靠性原則

道路橋梁結(jié)構(gòu)往往會(huì)增加負(fù)荷，在受到強(qiáng)大的外力作用時(shí)，為了確保道路橋梁結(jié)構(gòu)能夠有效地?cái)U(kuò)大受力范圍，縮短傳遞路徑，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)時(shí)要密切關(guān)注道路橋梁的整合情況[16-18]。設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保設(shè)計(jì)內(nèi)容符合可靠性原則。在道路橋梁的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員必須注意結(jié)構(gòu)與材料的關(guān)系。不同材料具有不同的性能，道路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要科學(xué)應(yīng)用建筑材料。此外，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)道路橋梁的不同形狀和功能進(jìn)行整合，以確保道路橋梁的平衡和穩(wěn)定。

2.3 整體性原則

在道路橋梁的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保設(shè)計(jì)符合整體性原則，保證結(jié)構(gòu)在過(guò)載等特殊情況下的安全性。設(shè)計(jì)人員不僅要提高技術(shù)的可行性，還要保證項(xiàng)目的完整性，確保項(xiàng)目設(shè)計(jì)質(zhì)量，有效地減少材料消耗，降低項(xiàng)目建設(shè)成本[19-21]。為了減少混凝土裂縫出現(xiàn)的可能性，設(shè)計(jì)人員可以在混凝土中添加鋼網(wǎng)，以免混凝土破裂時(shí)雨水穿透道路橋梁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在確定道路橋梁水密層的尺寸時(shí)，設(shè)計(jì)人員通常將混凝土設(shè)計(jì)和道路設(shè)計(jì)視為一個(gè)整體，以改善道路橋梁的可靠性和延展性，減少雨水對(duì)路面和橋面造成的損壞。

3 道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型

在優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型時(shí)，設(shè)計(jì)人員要科學(xué)選擇設(shè)置方法，如圖1所示。一是設(shè)計(jì)離散化結(jié)構(gòu)，改善道路橋梁的整體性能，將結(jié)構(gòu)的自由度轉(zhuǎn)化為有限的自由度。因此，設(shè)計(jì)人員要充分研究道路和橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。二是模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)從力學(xué)角度檢查道路橋梁的靜載荷，進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模。三是材料和載荷的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員要充分利用各種材料模擬道路橋梁結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程，顯著提高設(shè)計(jì)效率。四是根據(jù)施工環(huán)境條件分析具體項(xiàng)目，節(jié)約項(xiàng)目建造成本，縮短項(xiàng)目周期，確保項(xiàng)目質(zhì)量。

3.2 合理選擇計(jì)算方法

在道路橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員必須正確選擇計(jì)算方法。一是根據(jù)垂直軸和水平軸的實(shí)際情況進(jìn)行合理計(jì)算，檢測(cè)坐標(biāo)系的邊界變量范圍，得到目標(biāo)函數(shù)輪廓和最終的目標(biāo)函數(shù)值，因此該計(jì)算方法就是道路橋梁的二維結(jié)構(gòu)計(jì)算方法。二是函數(shù)極值的計(jì)算度量，它利用函數(shù)不等式捕獲變量的實(shí)際情況，再獲得相關(guān)的函數(shù)極值。三是同態(tài)設(shè)計(jì)度量，該度量與功能極值計(jì)算度量類似，可以使用函數(shù)不等式作為方程，在減少計(jì)算目標(biāo)的同時(shí)提升計(jì)算效率。

3.3 提升防水結(jié)構(gòu)性能

防水結(jié)構(gòu)施工是道路橋梁建設(shè)的重要組成部分。道路、橋梁的使用壽命和質(zhì)量都受其防水性能的影響，因此設(shè)計(jì)人員必須確保道路和橋梁具有良好的防水結(jié)構(gòu)。道路橋梁防水工程主要包括防水和排水工程，人們要采取措施，防止?jié)碀n，做好排水工作。如果道路橋梁排水系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致大量雨水積聚在橋梁和道路上且長(zhǎng)時(shí)間不能排出，雨水會(huì)滲入道路和橋梁內(nèi)部，嚴(yán)重侵蝕道路橋梁結(jié)構(gòu)。因此，設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮防水和排水，提升防水性能。設(shè)計(jì)人員可以選擇防水性能好的建筑材料制作防水層，提高道路和橋梁的整體防水性能。

3.4 合理選擇混凝土

鋼筋混凝土是一種復(fù)合材料，在道路橋梁結(jié)構(gòu)中非常常見(jiàn)。為了提高建筑工程質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員要合理選擇鋼筋混凝土，增加混凝土厚度，以有效保護(hù)鋼筋。混凝土可以防止鋼筋長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)發(fā)生腐蝕，提高項(xiàng)目的安全性，同時(shí)延長(zhǎng)項(xiàng)目的使用壽命。此外，混凝土的耐久性也會(huì)影響道路橋梁的質(zhì)量和使用壽命，因此設(shè)計(jì)人員要提高混凝土的耐久性。但是，部分企業(yè)為了獲得更多利潤(rùn)而選擇低強(qiáng)度混凝土，嚴(yán)重影響混凝土的耐久性和項(xiàng)目質(zhì)量，因此設(shè)計(jì)人員要確?；炷另?xiàng)目應(yīng)用的合理性，有效提升項(xiàng)目施工質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)運(yùn)輸業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，道路橋梁建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。為了確保道路橋梁基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的安全，設(shè)計(jì)人員必須轉(zhuǎn)變觀念，采用新的設(shè)計(jì)方法。筆者相信，在設(shè)計(jì)人員和施工人員的共同努力下，未來(lái)，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁設(shè)計(jì)中會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。

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