道路桥梁设计探析

一、应用结构化设计的重要性

在以往的道路桥梁建设中，首先，借鉴以往设计经验，构建初步设计方案，在该方案中主要涉及道路桥梁建设所需原材料、整体布局、结构尺寸等内容；其次，综合分析道路桥梁结构，实地调查，构建简单的设计方案；最后，进行力学分析，此项作为主要设计步骤，可正确评判以上设计步骤的合理性，如若确认合理，则会应用该方案，如若不合理，则会对其进行适当的修改，指导最终设计方案满足工程要求，此种设计模式虽然可有效满足道路桥梁建设标准，但是，考虑不全面，仅仅考虑到安全性、可行性这两个因素，缺少对其它因素的考虑，一旦遇到结构相对复杂的工程，则不再适用，而结构化设计建立在结构化程序设计的基础上，将设计划分成多个独立且功能单一的模块结构，具体可分为详细与概要设计。在结构化设计中借助结构图直观描述设计阶段，它既是道路桥梁发展的必然，还是最理想的设计方法[1]。

二、结构化设计概述

（一）常用解法

1.图解法

图解法主要被应用在二维结构设计分析中，主要将一个设计变量充当横坐标，另一个充当纵坐标，绘制曲线图形，满足约束条件，获得约束区域，并在内部绘制目标函数等值线，各个等值线相切于可行区域周边，切点即为目标函数值；

2.计算函数极值

在该步操作中，首先将约束不等式转换成等式形式，再除去目标函数中的变量，在目标函数仅仅含有一个变量，从中得到函数极值，实现结构化设计；

3.同态设计

将不等式约束约束转化成等式约束，降低设计空间的可靠性，即为同态设计法，通过此种方法获得的解与原解相比略显不足，有时在同态设计中还会出现无解现象。虽然同态设计存在不足，但是在具体的设计过程中，一定要借助同态设计得到解法。另外，同态设计还能简化复杂结构，便于计算；

4.网络搜索

网络搜索属于直观切原始方法，它将问题在特定范围内划分成多个网格点，各个网格点分别指代不同的设计，参照特定规律按照由浅入深的原则进行搜索，进而获得最优解。在道路桥梁设计中应用此种方法时，首先，选择一个变量，并将其固定，然后按照由小到大的原则验算其余变量，在验算的过程中应保证各个点落在约束条件的范围内，最后，则优选择可行解，获得最优解。

（二）基本原则

1.确保刚度配置与截面形式合理，若想减轻结构重量，应适当调整位移分布，同时优化内力分布，还应确保材料刚度满足规范标准；

2.尽可能简化快递路线，只有这样，才能使支撑反力有效均衡外负载，进而减轻结构重量，确保工程施工的正常开展，节省一定的工程材料；

3.满足连续性要求，如若将桥梁结构的不同部分构成统一整体，既会简化传递线路，还会拓展结构的受力范围，进而从整体层面减轻结构受力，并缩减材料使用量，节省成本；

4.在设计过程中应全面考虑不同材料组合，有效结合结构的外形尺寸和受力特点，达到不同材料性能的最大化，降低整体质量；

5.综合研究关键性受力构件自身性能，充分发挥。桥梁结构因实际需求的不同会将其应用到不同的环境中，结构化设计可分别设计适用于不同情况的结构，为缩减关键性受力杆数量，最大限度地发挥受力杆的作用，实现综合运用，以此来节省工程材料，降低成本投入[2]。

（三）计算模型

在结构化设计中主要包含模型化、离散化以及简化的工程材料与负载这三种计算模型，其中模型化结构是指借助力学原理科学分析不同结构的内部规律，在结构化设计环节，可针对结构的突出矛盾实施模型化处理，通过该种结构可增加设计方案的全面性，便于工程施工的顺利开展；离散化结构是指将结构无线自由度变成有限的，也可以将其理解将整体结构划分成不同的组成部分，即为离散化划分，此种结构便于受力分析，也能为设计施工提供便利；在结构化设计环节，一般会假定工程材料的塑性与弹性是最理想的，并借助有限参数仿效随机负载，该负载的自由度是无限的。经由结构化设计可简化工程材料与负载的计算过程，有助于结构设计的正常开展。在实际施工过程中，应结合桥梁结构的自身情况，合理选择计算模型。

三、结构化设计的应用

（一）在防水设计中的应用

结构化设计在道路桥梁设计中发挥着重要的作用，如若无法及时排除道路桥梁表层积水或者防渗漏不合理，将会缩减道路桥梁的使用年限。一方面，应合理规划防水层设计，若想达到预期的防水保护效果，应铺设防水层，为满足这一要求，应选择密实性良好的混凝土充当原材料，同时，还应增设配筋网，减小混凝土出现开裂的可能性，通常使用复合纤维混凝土，实现防水。满足要求的防水层结构设计应做到以下几点：首先，保证路面粘结性满足标准，无起皮、脱落现象；其次，将混凝土和路面摊铺成统一整体，并保障具有较高的抗拉强度和延展性；最后，规范安装泄水管道，合理设计，以免水分渗出，否则将会混凝土产生严重影响[3]。

(二)在混凝土施工中的应用

1.增加混凝土保护层厚度

钢筋与混凝同组成钢筋混凝土，它作为一种复合型材料，被广泛地应用在道路桥梁中，通常会在钢筋混凝土上方摊铺保护层，具有预防腐蚀的作用，强化持久性，增加安全系数，以此来有效保护钢筋混凝土。因此，分析国家规范可知，若想提升保护层的保护效果，可增加保护层厚度；

2.满足耐久性

在结构设计中，持久性与道路桥梁质量紧密相关，并决定工程的使用寿命。近年来，伴随着道路桥梁建设步伐的加快，在工程建设中普遍存在偷工减料的现象，并在结构设计环节缺少对整体布局的考虑，计算不准确，这些均会对工程质量产生负面影响[4]。因此，在混凝土的设计环节，应保证耐久性符合标准。为实现这一目标，应增强混凝土自身的耐久性，科学计划材料配比；

3.强化构造配筋

开裂作为混凝土的通病，一旦出现开裂将会损坏结构，出现雨水渗入的现象，伴随着雨水的逐步渗入，将会扩大开裂缝隙，并损坏内部结构。因此，在应用混凝土时，应有效控制开裂情况，为实现这一目标，可适当增加构造配筋数量；结语：结构化设计区别于以往道路桥梁设计方法，在实际设计过程中，应综合考虑设计方案，只有这样，才能确保结构化设计的安全、可靠，进而确保道路桥梁建设的安全、顺利开展。伴随着社会的不断进步，结构化设计水平也会随之提升，并会涌现出大量的结构化设计方案，希望能将道路桥梁设计带到更高的水平。

作者：史炯