結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

魯蔚

（青海省公路科研勘測設(shè)計(jì)院，西寧810008）

1 引言

橋梁設(shè)計(jì)是比較復(fù)雜和系統(tǒng)的工程，應(yīng)符合多方面的要求，如橋梁的適應(yīng)性和施工的安全性等。隨著社會的不斷發(fā)展和進(jìn)步，傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計(jì)已經(jīng)很難滿足工程發(fā)展的需要，應(yīng)進(jìn)行創(chuàng)新，全面考慮影響橋梁設(shè)計(jì)的因素，對可能存在的安全隱患進(jìn)行預(yù)防，加強(qiáng)對橋梁設(shè)計(jì)的優(yōu)化，提高其整體性能，不斷促進(jìn)橋梁工程向著更好的方向發(fā)展。

2 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)概述

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法是在自頂層向下細(xì)化、模塊化以及結(jié)構(gòu)化地進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要是將橋梁的設(shè)計(jì)劃分為具有獨(dú)立功能，同時(shí)相互之間能夠和諧共處、互相整合的模塊結(jié)構(gòu)，包括概要設(shè)計(jì)以及各個(gè)環(huán)節(jié)的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，一般是通過結(jié)構(gòu)圖對各個(gè)階段的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行展示。在橋梁設(shè)計(jì)中，許多設(shè)計(jì)人員沒有從整體入手充分考慮各方面的因素，導(dǎo)致設(shè)計(jì)過程中存在一些問題，例如，重視橋梁自身的強(qiáng)度，但是忽略了橋梁的耐久性問題；重視耐受強(qiáng)度，忽視了其適用壽命；關(guān)注結(jié)構(gòu)布局的合理性，忽視了橋梁質(zhì)量的檢測和維護(hù)等。在這種情況下，橋梁結(jié)構(gòu)中會存在一些缺陷和安全隱患。

在橋梁設(shè)計(jì)過程中，需要經(jīng)歷3個(gè)步驟：（1）從經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行初步確定，包括結(jié)構(gòu)布局、工藝技術(shù)、材料選擇等問題；（2）要對橋梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，保證結(jié)構(gòu)的合理性；（3）采用力學(xué)理論對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性和可靠性進(jìn)行分析，同時(shí)與實(shí)際情況相結(jié)合，進(jìn)行優(yōu)化[1]。

3 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的重要性

在多數(shù)情況下，傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計(jì)主要依靠的是設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，從而確定最初設(shè)計(jì)方案，之后對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行不斷的調(diào)整，如對橋梁材料的選擇，對橋梁結(jié)構(gòu)尺寸的把握等。這種方式無法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的精確設(shè)計(jì)和分析，因此，不能實(shí)現(xiàn)對設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。而結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)可以對橋梁模型進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，進(jìn)而保證橋梁設(shè)計(jì)方案的合理性和最優(yōu)，并對橋梁設(shè)計(jì)中可能存在的不確定因素進(jìn)行有效的預(yù)防，進(jìn)而進(jìn)行合理的處理，不斷提升橋梁的使用性能和耐久性能。因此，在橋梁設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)非常重要。

4 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用原則

4.1 科學(xué)性

在橋梁的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的選擇，確保橫截面與橋梁結(jié)構(gòu)配置的科學(xué)合理，在不影響結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的前提下，對結(jié)構(gòu)位置進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布進(jìn)行優(yōu)化，從而減少橋梁結(jié)構(gòu)中存在的故障和隱患，保證結(jié)構(gòu)的科學(xué)性。

4.2 簡約化

橋梁的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，通過簡化傳力路徑，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力的傳遞，確保橋梁結(jié)構(gòu)能夠?qū)ν獠控?fù)荷和內(nèi)部應(yīng)力進(jìn)行有效分散，提升結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，同時(shí)減少對結(jié)構(gòu)施工材料的應(yīng)用，降低工程成本。

4.3 整體性

應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分利用其優(yōu)勢，突出結(jié)構(gòu)的整體性，做好特殊情況下橋梁結(jié)構(gòu)整體性與穩(wěn)固性的設(shè)計(jì)，通過整體設(shè)計(jì)，提高結(jié)構(gòu)承載力，在保證施工質(zhì)量的同時(shí)，對道路橋梁的建設(shè)成本進(jìn)行控制。

4.4 綜合性

在橋梁的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)從材料和結(jié)構(gòu)2個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮，一方面，考慮不同材料在橋梁結(jié)構(gòu)不同位置的不同性能，在優(yōu)化結(jié)構(gòu)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)材料的合理應(yīng)用；另一方面，應(yīng)利用不同結(jié)構(gòu)和形狀的受力特點(diǎn)，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)，達(dá)到相應(yīng)的結(jié)構(gòu)特性目標(biāo)。

4.5 連續(xù)性

目前，交通運(yùn)輸流量不斷增加，使橋梁結(jié)構(gòu)受到的車輛荷載不斷增加，負(fù)荷也越來越大，在這種情況下，為了保證結(jié)構(gòu)的合理性以及橋梁整體的穩(wěn)定性，在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)立足實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的一體性和連續(xù)性，擴(kuò)大橋梁承力結(jié)構(gòu)的受力面積，縮短應(yīng)力的傳輸途徑，在結(jié)構(gòu)合理、材料節(jié)約、施工便利等的基礎(chǔ)上，提升橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和連續(xù)性。

5 橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用

5.1 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)原則

進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，需要遵守以下原則：（1）截面形式和材料選擇。在設(shè)計(jì)過程中，技術(shù)人員應(yīng)對橋梁的承載力進(jìn)行具體的分析，然后選擇合適的截面形式。在施工過程中，需要的材料較多，因此，對材料的質(zhì)量有較高的要求，應(yīng)盡量選擇的性能好、質(zhì)量較輕的材料，可以盡量減少橋梁自重。（2）在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視橋梁結(jié)構(gòu)分析，保證橋梁各個(gè)結(jié)構(gòu)受力均勻，避免出現(xiàn)不均勻的情況，從而增強(qiáng)橋梁的承載力。（3）明確各個(gè)部位的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)對橋梁各個(gè)部位的特點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，之后制定合理的方案，不斷提高橋梁的整體性能。（4）實(shí)現(xiàn)材料之間的配合。在橋梁建設(shè)中，結(jié)構(gòu)和材料對橋梁工程有十分重要的作用，因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)重視對結(jié)構(gòu)和材料的設(shè)計(jì)[2]。

5.2 道路橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用

5.2.1 在混凝土結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在橋梁設(shè)計(jì)過程中，混凝土結(jié)構(gòu)非常重要，因此，應(yīng)對其進(jìn)行優(yōu)化處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的合理性，提升混凝土的耐久性，減少病害的出現(xiàn)，保證使用壽命。鋼筋混凝土是一種復(fù)合型材料，在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)對混凝土結(jié)構(gòu)的厚度進(jìn)行把控，對其開裂情況進(jìn)行動態(tài)控制，同時(shí)依據(jù)實(shí)際情況確定配筋率，在保證結(jié)構(gòu)承載力的同時(shí)減輕結(jié)構(gòu)自重，并提高其抗裂能力。

5.2.2 在防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在對橋梁防水結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要從整體層面考慮，在保證結(jié)構(gòu)合理性和可靠性的同時(shí)，關(guān)注橋梁橋面鋪裝的物理性質(zhì)，通過合理的施工工藝提高橋面鋪裝的平整度。另外，要考慮防水結(jié)構(gòu)在橋梁工程中的重要性，從設(shè)計(jì)需求出發(fā)，選擇具備良好延展性和抗拉強(qiáng)度的施工材料作為基礎(chǔ)，結(jié)合先進(jìn)的施工工藝實(shí)現(xiàn)防水結(jié)構(gòu)的整體性。另外，防水設(shè)施還包括排水管和集水管，應(yīng)對其進(jìn)行合理的布置，保證施工質(zhì)量，避免在道路橋梁結(jié)構(gòu)以及混凝土構(gòu)件的位置出現(xiàn)腐蝕和滲透現(xiàn)象，從而保證道路橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

6 結(jié)語

綜上所述，橋梁工程比較復(fù)雜，常出現(xiàn)一些問題，因此，只有對出現(xiàn)的問題進(jìn)行合理有效的解決才能進(jìn)一步提高道路橋梁的質(zhì)量，但是解決問題的關(guān)鍵是要充分利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在道路橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，利用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)不僅能有效提高道路橋梁的質(zhì)量，而且可以使橋梁的經(jīng)濟(jì)性和安全性得到進(jìn)一步的保障。