道路橋梁設計中結(jié)構(gòu)化設計的應用探析

【摘要】 對著城市的不斷發(fā)展，道路橋梁建設發(fā)揮著越來越重要的作用，結(jié)構(gòu)化設計對道路橋梁設計有重要的意義，它能有效的保證道路橋梁的安全性、實用性，結(jié)構(gòu)化設計對道路橋梁設計有不可替代的作用。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)化設計；道路橋梁設計

道路橋梁建設對城市的發(fā)展有不可替代的意義，只有保證城市道路的順暢，才能有效的加快城市的建設。在道路橋梁設計時，首先要確保道路橋梁的安全性、實用性，其次要確保道路橋梁設計的經(jīng)濟性。傳統(tǒng)的定值設計法不能對道路橋梁結(jié)構(gòu)中，不確定因素進行有效的處理，難以確保道路橋梁的安全性、實用性及經(jīng)濟性，結(jié)構(gòu)化設計能有效的解決這些問題，在道路橋梁設計中有極其廣闊的應用前景。

1. 結(jié)構(gòu)化設計

結(jié)構(gòu)化設計是指對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序結(jié)構(gòu)、設計過程進行逐步細化、審評、編寫的一個過程。結(jié)構(gòu)化設計能對道路橋梁模型進行不同的計算，從中選出最合適、最安全、最實用的道路橋梁設計方案，通過結(jié)構(gòu)化設計，能有效的分析出道路橋梁建設中，對道路橋梁產(chǎn)生影響的不確定因素，科學的對這些不確定因素進行處理，達到保護道路橋梁的目的。

2. 道路橋梁結(jié)構(gòu)化設計的意義

2.1 道路橋梁設計現(xiàn)狀

近年來，我國頻頻發(fā)生道路橋梁事故，不僅對我國的經(jīng)濟發(fā)展帶來很大的損失，同時造成許多人員傷亡，嚴重的阻礙了我國的和諧發(fā)展。經(jīng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)發(fā)生道路橋梁事故的主要原因是道路橋梁的設計不合理，導致道路橋梁在建設過程中出現(xiàn)漏洞，引發(fā)了事故。道路橋梁設計的主要問題在安全設計和耐久設計這兩方面上。

2.1.1 道路橋梁設計的安全問題

目前，道路橋梁施工單位在進行設計時，沒有充分考慮質(zhì)量問題，設計不規(guī)范，為了追求更高的利益，施工單位在道路橋梁建設中使用廉價偽劣的施工材料，偷工減料，嚴重的影響了道路橋梁的質(zhì)量，有的道路橋梁設計不太符合施工路段的實際環(huán)境，在施工過程中，施工人員不能嚴格的按照設計圖紙進行施工，導致道路橋梁的質(zhì)量得不到保證，產(chǎn)生了很大的安全隱患。

2.1.2 道路橋梁的耐久問題

道路橋梁的壽命直接受道路橋梁的設計影響，目前，道路橋梁設計中沒有充分的進行道路橋梁耐久設計，施工結(jié)束后，也沒有合理的道路橋梁維護手段，導致道路橋梁的壽命受到很大影響，時間一長，道路橋梁就容易發(fā)生事故。

2.2 結(jié)構(gòu)化設計的意義

傳統(tǒng)的道路橋梁設計方法是根據(jù)設計者的經(jīng)驗，初步制定設計方案，然后分析結(jié)構(gòu)，通過力學計算，檢測設計方案是否可行，最后根據(jù)實際情況進行適當?shù)恼{(diào)整。這種設計方案只是檢測設計方案的可行性，無法對道路橋梁的安全性和壽命做出做合理的設計，很難滿足道路橋梁設計的具體要求。結(jié)構(gòu)化設計能有效的解決傳統(tǒng)設計中安全問題和壽命問題，為道路橋梁施工提供最科學、經(jīng)濟的設計方案，結(jié)構(gòu)化設計可以保證道路橋梁，在實現(xiàn)安全、實用的前提下，減少施工成本，節(jié)約施工消耗。

3. 結(jié)構(gòu)化設計的解法和計算模型和計算模型

3.1 結(jié)構(gòu)化設計的解法

結(jié)構(gòu)化設計的解法有圖解法、網(wǎng)絡搜索法、求解函數(shù)極值法、同態(tài)設計法。

3.1.1 圖解法

圖解法是將設計的一個變量當做縱坐標，另一個設計變量當做橫坐標，在約束條件下，做出符合實際的曲線圖形，從圖中找出上下界的約束區(qū)域，約束區(qū)域中目標函數(shù)等值線同可行區(qū)邊界相切點得到的數(shù)值，就是目標函數(shù)值。

3.1.2 網(wǎng)絡搜索法

網(wǎng)絡搜索法是在一定范圍內(nèi)，將問題分成多個代表不同設計的網(wǎng)格點，根據(jù)一定的規(guī)律，進行搜索，從中找出最優(yōu)解的網(wǎng)絡點。網(wǎng)絡搜索法設計道路橋梁是要固定一個變量，然后由小到大對其他的變量進行驗算，確保每個網(wǎng)絡點符合約束條件，然后找出可行的解中，選出最合適的目標函數(shù)點，也就是所求的最優(yōu)解。

3.1.3 求解函數(shù)極值法

在求解函數(shù)極值時，要先把約束不等式轉(zhuǎn)換成等式，取消目標函數(shù)的變量，目標函數(shù)的變量確定為一個，然后算出函數(shù)的最小值和最大值。求解函數(shù)極值法能有效的達到結(jié)構(gòu)化設計的目的。

3.1.4 同態(tài)設計法

同態(tài)設計法是指將不等式約束轉(zhuǎn)換成等式約束，減小設計空間的可行性。同態(tài)設計能將復雜的結(jié)構(gòu)計算問題簡化，方便計算，同態(tài)設計法得到的解比原解要劣，甚至得不到解，雖然同態(tài)設計法有許多缺點，但在實際道路橋梁設計中有許多結(jié)構(gòu)仍需要用同態(tài)設計法來完成。

3.2 結(jié)構(gòu)化設計的計算模型

結(jié)構(gòu)化設計常見的計算模型有離散化結(jié)構(gòu)、模型化結(jié)構(gòu)、簡化荷載與材料。計算模型決定著計算結(jié)構(gòu)同實際結(jié)構(gòu)的吻合情況，因此在進行計算模型選擇時，要十分慎重，根據(jù)實際情況，選擇結(jié)構(gòu)化設計的計算模型，確保選取的計算模型能真實的反應道路橋梁的受力情況。

4. 道路橋梁設計中結(jié)構(gòu)化設計應用原則

在道路橋梁設計中使用結(jié)構(gòu)化設計時要注意，盡量減輕結(jié)構(gòu)的重量，材料的剛度配置和截面形式要合理；盡量保證力的傳遞路線簡單，有利于施工的順利進行，還可以有效的節(jié)約施工材料，設計要保證道路橋梁的各部分是一個整體，這樣就能方便力的傳遞，增大結(jié)構(gòu)受力面積；要結(jié)合實際情況，設計可行的施工方案，選擇價格合理、質(zhì)量優(yōu)越的施工材料和施工設備。道路橋梁的施工環(huán)境比較多，結(jié)構(gòu)化設計能對道路橋梁的各個結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)化設計，降低結(jié)構(gòu)受力情況，提高道路橋梁的安全性，設計合理的道路橋梁維護措施，保證道路橋梁有較長的壽命。

5. 總結(jié)

道路橋梁建設對城市的發(fā)展有不可替代的作用，結(jié)構(gòu)化設計能有效的解決道路橋梁設計中安全問題和壽命問題，為道路橋梁施工提供最科學、經(jīng)濟的設計方案，結(jié)構(gòu)化設計可以減少道路橋梁施工成本，節(jié)約施工消耗，對道路橋梁設計有重要的意義。

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