孫渤沅

（石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學院國際交通學院，河北 石家莊 050000）

0 引言

結(jié)構(gòu)化設(shè)計，主要是指一種面向需求以及功能的設(shè)計方法以及設(shè)計策略，設(shè)計人員可以采用由上而下、逐級分析的方式構(gòu)建設(shè)計方案。設(shè)計人員應認識到結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計中的重要性，并采取手段與措施對結(jié)構(gòu)化設(shè)計理念的應用方向進行針對性的分析，使道路橋梁設(shè)計質(zhì)量以及設(shè)計效率得到質(zhì)的飛躍。

1 結(jié)構(gòu)化設(shè)計的優(yōu)勢與應用原則

1.1 結(jié)構(gòu)化設(shè)計的優(yōu)勢

基于結(jié)構(gòu)化設(shè)計理念以及設(shè)計思路，設(shè)計人員能夠針對差異化的道路橋梁設(shè)計方案進行全方位、多角度的比對，突出各個設(shè)計方案的特征，實現(xiàn)設(shè)計方案的優(yōu)化選定，有效提升設(shè)計工作的成效。此外，通過結(jié)構(gòu)化設(shè)計理念的應用，還能基于道路橋梁的建設(shè)要求針對各項參數(shù)進行進一步的核算，一方面能夠為橋梁建設(shè)提供準確可靠的參考信息，另一方面還能為后續(xù)的維護、保養(yǎng)與加固工作提供支持。

1.2 結(jié)構(gòu)化設(shè)計的原則

1.2.1 均衡性原則

均衡性原則是結(jié)構(gòu)化設(shè)計應用的首要原則。在道路橋梁的設(shè)計與建設(shè)過程中，受到其承載負荷、建設(shè)環(huán)境以及建設(shè)用途等因素的影響，橋梁道路內(nèi)部各個構(gòu)件的受力情況往往處于動態(tài)變化的狀態(tài)下。因此，設(shè)計人員應當遵循均衡性的設(shè)計原則，確保道路橋梁構(gòu)件在不同運行狀態(tài)下的載荷更加均衡穩(wěn)定，有效提升道路橋梁的建設(shè)安全性，為達成設(shè)計預期和建設(shè)目標提供支持。

1.2.2 科學性原則

結(jié)構(gòu)化設(shè)計方案應立足道橋建設(shè)實際參數(shù)的基礎(chǔ)之上。設(shè)計人員在開展方案構(gòu)建工作之前，應針對目標地域開展全方位的地質(zhì)信息勘測活動，針對其周邊的氣候環(huán)境、地質(zhì)狀態(tài)、地下水條件、道橋建設(shè)適宜性以及穩(wěn)定性進行全面評估，使方案設(shè)計工作能夠參考的信息更加豐富、多元，進一步提升結(jié)構(gòu)化設(shè)計方案的可行性與有效性，推動道橋設(shè)計水平不斷進步。

1.2.3 綜合性原則

在道橋設(shè)計與建設(shè)工程中，設(shè)計人員不僅需要對道橋建設(shè)的安全性、穩(wěn)定性進行考量，還應關(guān)注道橋設(shè)計的經(jīng)濟適用性、美觀性以及耐久性，使設(shè)計人員能夠從更加多元的角度對道橋設(shè)計方案進行優(yōu)化，使道橋設(shè)計與建設(shè)工作成為社會發(fā)展的動力，為實現(xiàn)我國交通運輸服務領(lǐng)域的預定目標提供物質(zhì)支持。

2 道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計的方法

2.1 坐標圖解分析法

在對道路橋梁展開設(shè)計工作的過程中，應認識到，每一項設(shè)計方案都由不同的設(shè)計要素構(gòu)成，設(shè)計人員應將這些要素整合到相應的坐標圖中，為設(shè)計方案的比選工作提供數(shù)據(jù)參考。例如，針對兩個差異化的橋梁設(shè)計方案，其中一個設(shè)計方案偏向于橋梁的整體美觀性，另一個設(shè)計方案偏向于橋梁的經(jīng)濟適用性，在對這兩者進行比對的過程中，設(shè)計人員即可采用坐標圖解分析法進行綜合評估，找到更優(yōu)質(zhì)的設(shè)計方案，為道路橋梁設(shè)計工作提供方向引領(lǐng)和控制。

2.2 同態(tài)計算設(shè)計法

在傳統(tǒng)的道橋建設(shè)方案設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要考慮的設(shè)計要素較為復雜和多元，這不僅為設(shè)計人員帶來了顯著的工作壓力，同時也降低了方案設(shè)計效率。為了進一步提升道路橋梁建設(shè)方案設(shè)計效率，設(shè)計人員可基于結(jié)構(gòu)化設(shè)計理念以及設(shè)計思路，針對原有的設(shè)計指標進行簡化，將相關(guān)參數(shù)指標縮減到一個特定范圍內(nèi)，降低設(shè)計人員的工作壓力，為提高方案設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量做出顯著的貢獻。

2.3 規(guī)律總結(jié)優(yōu)化法

在道橋建設(shè)方案的規(guī)劃設(shè)計過程中，受到設(shè)計要求、設(shè)計思路、設(shè)計策略等客觀因素的影響和制約，導致設(shè)計人員需要面對的問題較為復雜，方案設(shè)計難度較為顯著。因此，設(shè)計人員可依托坐標分析方式，將不同類型、不同特征的設(shè)計問題納入坐標體系中，方便其找到道橋設(shè)計工作需要遵循的客觀規(guī)律，并針對相關(guān)問題予以優(yōu)化和改進，使最終呈現(xiàn)出的道橋設(shè)計方案更加合理可行，為推動道橋設(shè)計工作不斷發(fā)展提供動力。

2.4 函數(shù)計算設(shè)計法

道橋方案規(guī)劃設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要面對各種各樣的變量，如何提升變量計算的效率與準確性，保證道橋設(shè)計方案的適用性已成為設(shè)計工作中需要攻克的難題。設(shè)計人員以及技術(shù)人員應在長時間的規(guī)劃設(shè)計工作中，總結(jié)出一套適合道橋方案分析的函數(shù)算法，并在方案規(guī)劃時，將設(shè)計工作涉及的相關(guān)變量輸入函數(shù)算法當中，得到形態(tài)一致、內(nèi)容規(guī)范統(tǒng)一的設(shè)計參數(shù)極值，使道橋建設(shè)方案設(shè)計工作更加完善，使設(shè)計與建設(shè)工作的經(jīng)濟效益以及社會效益實現(xiàn)同步提升。

3 結(jié)構(gòu)化理念在道路橋梁設(shè)計當中的應用

3.1 在宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用

宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計是結(jié)構(gòu)化理念在道路橋梁設(shè)計工作當中的關(guān)鍵應用路徑。在長期的設(shè)計實踐工作中，能夠發(fā)現(xiàn)，道路橋梁的宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計方案往往是由一個個差異化的受力和載荷構(gòu)件共同組成的，為了更加準確地把握道路橋梁設(shè)計過程中其每一項關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)的受力特點以及受力形態(tài)，設(shè)計人員需要針對這些受力與載荷構(gòu)件進行細化分析，得出設(shè)計結(jié)論，為后續(xù)的設(shè)計工作提供參考。因此，設(shè)計人員可以采用結(jié)構(gòu)化理念針對道橋結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力情況以及受力狀態(tài)進行分析，使方案設(shè)計更具針對性。具體來說，相關(guān)設(shè)計人員可采取以下幾個方面措施進行設(shè)計參數(shù)的獲取以及設(shè)計框架的構(gòu)建：

首先，設(shè)計人員應采取同態(tài)計算設(shè)計法將道橋結(jié)構(gòu)進行簡化，提升方案設(shè)計的直觀性。由上文得知，道橋結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的內(nèi)容較為復雜，可能給方案規(guī)劃與設(shè)計工作帶來一定的難度和挑戰(zhàn)。因此，設(shè)計人員可基于結(jié)構(gòu)化設(shè)計理念當中的同態(tài)計算設(shè)計模式對宏觀結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)進行簡化，使設(shè)計人員能夠更加直觀地分析出道橋設(shè)計方案的受力情況以及載荷要求，使道路橋梁的規(guī)劃設(shè)計目標得到充分的滿足，為確保方案設(shè)計的質(zhì)量和水平奠定堅實的基礎(chǔ)。

其次，設(shè)計人員應采用規(guī)律總結(jié)優(yōu)化法對方案當中涉及的各項道橋受力構(gòu)件狀態(tài)進行總結(jié)與歸納。在一定的外加載荷作用下，道路橋梁中的受力結(jié)構(gòu)會呈現(xiàn)出一種較為規(guī)律化的受力狀態(tài)，技術(shù)人員應從簡化的方案當中找到受力結(jié)構(gòu)件的規(guī)律，并將其更加靈活地應用到道路橋梁設(shè)計方案的構(gòu)建工作中，有效提升道橋設(shè)計方案的安全性與穩(wěn)定性。

最后，設(shè)計人員還應當針對道路橋梁當中的動態(tài)荷載情況以及建材進行規(guī)律歸納與簡化。提升道橋結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和設(shè)計工作效率，設(shè)計人員可將道路橋梁的動態(tài)載荷情況以及建材性能進行理想化設(shè)定，一方面能夠有效降低多元化變量對方案規(guī)劃和設(shè)計的影響，降低方案設(shè)計難度，另一方面還能強化道橋建設(shè)方案的可行性，使道路橋梁結(jié)構(gòu)特點與外加荷載乃至道橋建設(shè)材料更加契合，為實現(xiàn)方案設(shè)計工作的不斷推進提供支持和幫助。

3.2 在主梁設(shè)計中的應用

作為直接在橋梁中接觸外加載荷的部件和結(jié)構(gòu)，主梁設(shè)計工作在橋梁設(shè)計方案的構(gòu)建當中具有關(guān)鍵性作用?，F(xiàn)階段常見的主梁形態(tài)包括箱梁與T 型主梁兩種類型，技術(shù)人員可按需進行選擇。在傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計模式中，技術(shù)人員的主梁選定策略較為單一，設(shè)計效率較為低下，難以充分有效地滿足現(xiàn)代社會橋梁設(shè)計與建設(shè)工作的相關(guān)要求，因此設(shè)計人員可基于結(jié)構(gòu)化設(shè)計的理念和角度對主梁設(shè)計思路進行分析和探討，使主梁設(shè)計能夠與橋梁建造用途以及建造要求更加契合，使橋梁建設(shè)水平得到顯著的提升。為了確保結(jié)構(gòu)化設(shè)計理念在橋梁主梁設(shè)計工作當中的應用成效，技術(shù)設(shè)計人員應關(guān)注以下幾個方面內(nèi)容：

首先，設(shè)計人員應采用同態(tài)計算設(shè)計或函數(shù)計算設(shè)計方式明確主梁的基本類別以及主要形態(tài)。通過對橋梁設(shè)計要求乃至橋梁建設(shè)現(xiàn)場相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)的整合、簡化與理想化分析，能夠使橋梁形態(tài)更加直觀地展現(xiàn)在設(shè)計人員面前，并由設(shè)計人員基于箱梁或T型梁的主要特征以及主要優(yōu)勢進行選定，一方面使主梁設(shè)計工作的效率得到進一步提升，另一方面還能全面強化橋梁設(shè)計方案的可行性與穩(wěn)定性，為后續(xù)施工提供明確的參考。

其次，設(shè)計人員還應基于均衡性設(shè)計的原則針對主梁高度、尺寸等關(guān)鍵性設(shè)計參數(shù)進行明確。受到橋梁設(shè)計與建設(shè)特點的影響，設(shè)計人員應充分認識到主梁是外加載荷與橋梁墩臺之間的力矩傳輸渠道，同時也是橋梁承載外加載荷的關(guān)鍵性構(gòu)件，因此確保主梁各部位所承載的載荷與力矩相一致，是提升橋梁整體穩(wěn)定性與安全性的關(guān)鍵所在。技術(shù)人員應采用同態(tài)計算設(shè)計法，針對不同載荷形態(tài)下的主梁形態(tài)展開相應的受力分析，全面提升主梁受力的均衡性，為確保橋梁整體承載穩(wěn)定性與安全性提供支持。

最后，在針對主梁進行設(shè)計的過程中，設(shè)計人員還應認識到主梁也是影響橋梁外觀形態(tài)美觀度的重要因素之一。

為了盡可能提升橋梁設(shè)計質(zhì)量，確保橋梁設(shè)計達到預定目標，設(shè)計人員可在確保橋梁整體穩(wěn)定性與耐久性的前提下，將主梁結(jié)構(gòu)以及相關(guān)尺寸參數(shù)進行優(yōu)化，使其與蓋梁、橋墩、橋臺等重要構(gòu)件之間更加契合與匹配，使整體設(shè)計效果得到顯著提升。

3.3 在混凝土施工設(shè)計中的應用

在現(xiàn)代社會道路橋梁的設(shè)計工作當中，混凝土已成為至關(guān)重要的建材類型之一，其以耐久性強、整體性好、可塑性好、施工流程簡潔以及施工成本低廉等優(yōu)勢得到了廣泛的應用。因此，優(yōu)化混凝土施工設(shè)計同樣也是設(shè)計人員需要解決的重要課題。具體來說，設(shè)計人員應關(guān)注以下兩個方面內(nèi)容：

第一，混凝土結(jié)構(gòu)的形態(tài)參數(shù)。作為影響結(jié)構(gòu)整體強度與穩(wěn)定性的重要因素之一，混凝土結(jié)構(gòu)的形態(tài)和參數(shù)在道橋設(shè)計方案當中具有關(guān)鍵性意義。設(shè)計人員應當結(jié)合現(xiàn)場勘測信息、國家相關(guān)設(shè)計標準、橋梁建設(shè)要求等重點內(nèi)容對混凝土形態(tài)的參數(shù)進行優(yōu)化，進一步減少混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中可能出現(xiàn)的各類安全問題或質(zhì)量問題。

第二，應針對混凝土材料進行合理化選定。由于道路橋梁設(shè)計要求較為多元，其運行過程中所面臨的環(huán)境也不同，因此設(shè)計人員應當從混凝土水灰配比角度出發(fā)，開展優(yōu)化和調(diào)整工作，使?jié)仓蟮慕Y(jié)構(gòu)形態(tài)更加穩(wěn)定，為提高道路橋梁建設(shè)水平起到推動作用。

3.4 在防水設(shè)計中的應用

由上文得知，現(xiàn)階段的道路橋梁設(shè)計與建設(shè)大多采用混凝土作為主要材料，而受到混凝土建材物化特性的影響和制約，一旦發(fā)生水害，可能對道橋混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與耐久性產(chǎn)生嚴重的影響，因此在開展道路橋梁方案設(shè)計工作的過程當中，技術(shù)人員應采取針對性措施和手段開展防水設(shè)計工作，確保道橋結(jié)構(gòu)的質(zhì)量能夠達到預期要求。

首先，技術(shù)人員應針對防水結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，綜合考量當?shù)啬昃邓?、日均降水量、雨季持續(xù)時間以及空氣濕潤程度等指標，針對橋頭搭板、橋墩、欄桿底座等容易產(chǎn)生積水的部位進行調(diào)節(jié)，結(jié)合導水渠、排水槽等設(shè)計使淤積在道橋表面的積水排出，為提升道路橋梁穩(wěn)定性與耐久性做出貢獻。

其次，技術(shù)人員應結(jié)合坐標圖解分析法，對道路橋梁防水設(shè)計當中常用的幾種防水涂料進行選擇。常見的防水涂料包括JS 防水涂料、聚氨酯防水涂料以及水泥基滲透結(jié)晶防水涂料等幾種類型，技術(shù)人員應綜合涂料防水性能、涂料耐久性以及涂料使用成本等多項指標構(gòu)建相應的坐標系，使設(shè)計人員以及技術(shù)人員能夠直觀地針對不同防水涂料的特點開展比對工作，使道路橋梁防水工作的開展效果得到全面提升。

3.5 在穩(wěn)定性設(shè)計中的應用

受到地基沉降、荷載設(shè)計失誤、混凝土應用失誤等因素的影響，可能導致道橋施工過程中出現(xiàn)混凝土崩裂現(xiàn)象，這不僅會使道橋結(jié)構(gòu)發(fā)生碳化、腐蝕或滲漏現(xiàn)象，還可能對其穩(wěn)定性造成一定的影響。為了盡可能減少道橋建造過程中出現(xiàn)的混凝土崩裂現(xiàn)象，設(shè)計人員應基于函數(shù)計算設(shè)計方式對道橋結(jié)構(gòu)高度、橋梁合龍段高差以及橋梁底板鋼筋布設(shè)情況進行詳細計算，并將原有的穩(wěn)定性設(shè)計進行全面強化，盡可能排除掉道橋設(shè)計過程當中可能出現(xiàn)的各類風險與隱患，使橋梁設(shè)計的穩(wěn)定性不斷提升。

3.6 在后續(xù)維護設(shè)計中的應用

在長期的運行和使用過程中，道路橋梁可能產(chǎn)生一定的耐久性問題，其結(jié)構(gòu)強度逐漸無法滿足道路交通運輸相關(guān)要求，阻礙了交通運輸工作的不斷發(fā)展。因此，相關(guān)單位需要定期開展道路橋梁的維護與加固工作，針對道路橋梁運行過程當中可能出現(xiàn)的各類耐久性問題和結(jié)構(gòu)強度問題進行優(yōu)化和解決。在這一過程當中，嚴謹科學的加固與維護設(shè)計方案是十分必要的。維護設(shè)計人員應當遵循結(jié)構(gòu)化設(shè)計理念開展方案規(guī)劃設(shè)計工作，結(jié)合同態(tài)計算設(shè)計法以及函數(shù)計算設(shè)計法，將道橋加固與維護要求進行全面量化，針對道橋結(jié)構(gòu)運行過程當中所產(chǎn)生的各項薄弱點進行全面梳理和分析，使加固維護方案更具針對性與可行性，延長道橋使用壽命。

4 結(jié)語

總而言之，作為一種效率更加卓越、切入更加科學的設(shè)計方式以及設(shè)計思路，結(jié)構(gòu)化設(shè)計理念在道橋設(shè)計方案的構(gòu)建中扮演著關(guān)鍵性角色。相關(guān)設(shè)計人員應明確結(jié)構(gòu)性設(shè)計的特點和價值，結(jié)合道橋設(shè)計需求和特點選取更加適宜的設(shè)計方向，為提升道橋設(shè)計水平提供幫助。