孫渤沅

（石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院國際交通學(xué)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yù)期和建設(shè)目標提供支持。

1.2.2 科學(xué)性原則

結(jié)構(gòu)化設(shè)計方案應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(wù)領(lǐng)域的預(yù)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(yīng)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(yīng)將這些要素整合到相應(yīng)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(fù)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(dǎo)致設(shè)計人員需要面對的問題較為復(fù)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(yīng)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(yīng)用

3.1 在宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(fù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)用成效，技術(shù)設(shè)計人員應(yīng)關(guān)注以下幾個方面內(nèi)容：

首先，設(shè)計人員應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yù)期要求。

首先，技術(shù)人員應(yīng)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(dǎo)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)用

受到地基沉降、荷載設(shè)計失誤、混凝土應(yīng)用失誤等因素的影響，可能導(dǎo)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(yīng)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(fēng)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(yīng)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(xué)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(yīng)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(xué)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(yīng)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。