結構化設計在橋梁設計中的應用

魯蔚

（青海省公路科研勘測設計院，西寧810008）

1 引言

橋梁設計是比較復雜和系統的工程，應符合多方面的要求，如橋梁的適應性和施工的安全性等。隨著社會的不斷發展和進步，傳統的橋梁設計已經很難滿足工程發展的需要，應進行創新，全面考慮影響橋梁設計的因素，對可能存在的安全隱患進行預防，加強對橋梁設計的優化，提高其整體性能，不斷促進橋梁工程向著更好的方向發展。

2 結構化設計概述

結構化設計方法是在自頂層向下細化、模塊化以及結構化地進行程序設計的基礎上發展起來的，主要是將橋梁的設計劃分為具有獨立功能，同時相互之間能夠和諧共處、互相整合的模塊結構，包括概要設計以及各個環節的細節設計，一般是通過結構圖對各個階段的具體設計進行展示。在橋梁設計中，許多設計人員沒有從整體入手充分考慮各方面的因素，導致設計過程中存在一些問題，例如，重視橋梁自身的強度，但是忽略了橋梁的耐久性問題；重視耐受強度，忽視了其適用壽命；關注結構布局的合理性，忽視了橋梁質量的檢測和維護等。在這種情況下，橋梁結構中會存在一些缺陷和安全隱患。

在橋梁設計過程中，需要經歷3個步驟：（1）從經驗出發，對設計方案進行初步確定，包括結構布局、工藝技術、材料選擇等問題；（2）要對橋梁的結構進行分析，保證結構的合理性；（3）采用力學理論對結構設計的可行性和可靠性進行分析，同時與實際情況相結合，進行優化[1]。

3 結構化設計的重要性

在多數情況下，傳統的橋梁設計主要依靠的是設計人員的經驗，從而確定最初設計方案，之后對設計方案進行不斷的調整，如對橋梁材料的選擇，對橋梁結構尺寸的把握等。這種方式無法實現設計方案的精確設計和分析，因此，不能實現對設計方案的優化。而結構化設計可以對橋梁模型進行準確的計算，進而保證橋梁設計方案的合理性和最優，并對橋梁設計中可能存在的不確定因素進行有效的預防，進而進行合理的處理，不斷提升橋梁的使用性能和耐久性能。因此，在橋梁設計過程中，應用結構化設計非常重要。

4 結構化設計在橋梁設計中的應用原則

4.1 科學性

在橋梁的設計過程中，應對結構進行合理的選擇，確保橫截面與橋梁結構配置的科學合理，在不影響結構整體穩定性的前提下，對結構位置進行相應的調整，對結構的內力分布進行優化，從而減少橋梁結構中存在的故障和隱患，保證結構的科學性。

4.2 簡約化

橋梁的結構應盡量簡單，通過簡化傳力路徑，實現結構應力的傳遞，確保橋梁結構能夠對外部負荷和內部應力進行有效分散，提升結構的強度，同時減少對結構施工材料的應用，降低工程成本。

4.3 整體性

應用結構化設計進行橋梁設計時，應充分利用其優勢，突出結構的整體性，做好特殊情況下橋梁結構整體性與穩固性的設計，通過整體設計，提高結構承載力，在保證施工質量的同時，對道路橋梁的建設成本進行控制。

4.4 綜合性

在橋梁的結構化設計中，應從材料和結構2個方面進行綜合考慮，一方面，考慮不同材料在橋梁結構不同位置的不同性能，在優化結構的同時，實現材料的合理應用；另一方面，應利用不同結構和形狀的受力特點，結合橋梁結構，達到相應的結構特性目標。

4.5 連續性

目前，交通運輸流量不斷增加，使橋梁結構受到的車輛荷載不斷增加，負荷也越來越大，在這種情況下，為了保證結構的合理性以及橋梁整體的穩定性，在結構化設計中，應立足實際需求，實現結構的一體性和連續性，擴大橋梁承力結構的受力面積，縮短應力的傳輸途徑，在結構合理、材料節約、施工便利等的基礎上，提升橋梁結構的穩定性和連續性。

5 橋梁設計中結構化設計的應用

5.1 結構化設計原則

進行結構化設計，需要遵守以下原則：（1）截面形式和材料選擇。在設計過程中，技術人員應對橋梁的承載力進行具體的分析，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，對材料的質量有較高的要求，應盡量選擇的性能好、質量較輕的材料，可以盡量減少橋梁自重。（2）在優化設計過程中，設計人員應重視橋梁結構分析，保證橋梁各個結構受力均勻，避免出現不均勻的情況，從而增強橋梁的承載力。（3）明確各個部位的特點。設計人員應對橋梁各個部位的特點進行準確的分析，之后制定合理的方案，不斷提高橋梁的整體性能。（4）實現材料之間的配合。在橋梁建設中，結構和材料對橋梁工程有十分重要的作用，因此，優化設計過程中，應重視對結構和材料的設計[2]。

5.2 道路橋梁設計中結構優化設計應用

5.2.1 在混凝土結構化設計中的應用

在橋梁設計過程中，混凝土結構非常重要，因此，應對其進行優化處理，進而實現混凝土結構的合理性，提升混凝土的耐久性，減少病害的出現，保證使用壽命。鋼筋混凝土是一種復合型材料，在進行橋梁設計的過程中，應對混凝土結構的厚度進行把控，對其開裂情況進行動態控制，同時依據實際情況確定配筋率，在保證結構承載力的同時減輕結構自重，并提高其抗裂能力。

5.2.2 在防水結構設計中的應用

在對橋梁防水結構進行設計的過程中，需要從整體層面考慮，在保證結構合理性和可靠性的同時，關注橋梁橋面鋪裝的物理性質，通過合理的施工工藝提高橋面鋪裝的平整度。另外，要考慮防水結構在橋梁工程中的重要性，從設計需求出發，選擇具備良好延展性和抗拉強度的施工材料作為基礎，結合先進的施工工藝實現防水結構的整體性。另外，防水設施還包括排水管和集水管，應對其進行合理的布置，保證施工質量，避免在道路橋梁結構以及混凝土構件的位置出現腐蝕和滲透現象，從而保證道路橋梁結構的穩定性和安全性。

6 結語

綜上所述，橋梁工程比較復雜，常出現一些問題，因此，只有對出現的問題進行合理有效的解決才能進一步提高道路橋梁的質量，但是解決問題的關鍵是要充分利用結構設計，在道路橋梁結構的設計過程中，利用結構化設計不僅能有效提高道路橋梁的質量，而且可以使橋梁的經濟性和安全性得到進一步的保障。