道路橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究

辛德鵬

中交一公局第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215000

道路橋梁是當(dāng)前社會(huì)生活中重要的運(yùn)輸載體，其建設(shè)質(zhì)量直接影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展速度，因此道路橋梁的設(shè)計(jì)與發(fā)展受到了各行各業(yè)的廣泛關(guān)注。在目前的道路橋梁設(shè)計(jì)方法中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是非常重要的內(nèi)容，良好的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)不但能夠全面提升道路橋梁的質(zhì)量，而且能提高施工的總體效率。從整體上來說，研究道路橋梁的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)對(duì)于城市建設(shè)的發(fā)展有著非常積極的意義。

1 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的必要性

1.1 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)滿足了當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的需求

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)道路橋梁設(shè)計(jì)相比，具有細(xì)節(jié)優(yōu)化的特點(diǎn)，可以從當(dāng)前的建設(shè)背景以及技術(shù)條件入手對(duì)道路橋梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而全面提高道路橋梁的施工質(zhì)量，完成預(yù)期的建設(shè)目標(biāo)[1]。從專業(yè)化的角度來看，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在建筑領(lǐng)域中是一種全新的理念，對(duì)于設(shè)計(jì)人員的綜合素養(yǎng)要求較高，在設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員不僅要具備道路橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，還需具有豐富的道路橋梁設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。從目前的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用情況來看，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于道路橋梁工程中已經(jīng)初見成效，滿足了當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的多樣化需求。

1.2 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是道路橋梁工程設(shè)計(jì)的未來發(fā)展趨勢(shì)

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是一種設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)技術(shù)的革新，在具體操作的過程中需要結(jié)合BIM技術(shù)、云計(jì)算等技術(shù)以模塊化的程序設(shè)計(jì)技術(shù)來開展工作[2]。在目前的道路橋梁工程中，人們對(duì)于道路橋梁的功能性要求越來越高，因此結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的要求也隨之增加。在這種發(fā)展背景下，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)不僅要求設(shè)計(jì)人員的各方面基本素養(yǎng)達(dá)標(biāo)，還要求設(shè)計(jì)人員能夠有效地把控設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，在建筑材料的選擇、項(xiàng)目整體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及項(xiàng)目規(guī)模控制等方面具有統(tǒng)籌規(guī)劃的能力；在進(jìn)行整體設(shè)計(jì)之后，還需要采用力學(xué)方面的理論知識(shí)來對(duì)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行可行性研究。與傳統(tǒng)的道路橋梁設(shè)計(jì)工作相比，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)能夠?qū)υO(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化分析，是符合當(dāng)前社會(huì)發(fā)展要求的，因此從某種意義上來說，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是未來道路橋梁的主要發(fā)展方向。

1.3 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)提高了道路橋梁施工的可行性

在道路橋梁的設(shè)計(jì)階段，除了進(jìn)行細(xì)致的設(shè)計(jì)工作，還需要進(jìn)行施工方面的可行性分析，做好設(shè)計(jì)工作與施工工作之間的銜接。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)人員根據(jù)建設(shè)環(huán)境的不同進(jìn)行靈活性的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過程中一方面要保證道路橋梁的施工質(zhì)量，另一方面還要對(duì)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方案中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效識(shí)別，從而提高道路橋梁施工的可行性[3]。除此之外，為了使施工工作更加順利，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員還要對(duì)道路橋梁的組件承載能力進(jìn)行精確計(jì)算，確保道路橋梁能夠符合承載力的要求。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員也應(yīng)從工程建設(shè)的實(shí)際情況以及應(yīng)用范圍出發(fā)，對(duì)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的安全性和合理性進(jìn)行更深層次的研究，從而全面提高道路橋梁的各項(xiàng)使用性能。

2 道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的主要應(yīng)用原則

2.1 合理性原則

道路橋梁在城市化建設(shè)過程中的作用越來越重要，因此在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)牢牢堅(jiān)持合理性的原則，使設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化。在橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路中，設(shè)計(jì)者應(yīng)從科學(xué)的角度出發(fā)，盡可能地減少道路橋梁的總質(zhì)量，對(duì)結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行合理的優(yōu)化。同時(shí)，在荷載的設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)人員應(yīng)使用簡(jiǎn)單的方式來傳遞荷載，從而有效地平衡道路橋梁的整體承載能力。

2.2 整體性原則

在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員需要具有全局設(shè)計(jì)的眼光，應(yīng)從項(xiàng)目工程的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來考慮，不僅要保證項(xiàng)目設(shè)計(jì)的質(zhì)量，還應(yīng)從經(jīng)濟(jì)的角度來計(jì)算成本的相關(guān)內(nèi)容，從而體現(xiàn)出良好的整體性。例如，設(shè)計(jì)道路橋梁水密層的尺寸時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以將道路設(shè)計(jì)與混凝土設(shè)計(jì)作為一個(gè)局部性的整體來設(shè)計(jì)，從而加強(qiáng)兩部分的連接性，還可以顯著地提升道路橋梁的延展性和質(zhì)量的可靠性，提高道路橋梁的建設(shè)質(zhì)量。

2.3 可靠性原則

道路橋梁工程是事關(guān)城市發(fā)展以及過往車輛與行人生命安全的，因而在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)保證道路橋梁的結(jié)構(gòu)能夠有效地?cái)U(kuò)大受力范圍，同時(shí)還能盡可能地縮短傳遞路徑，全面提高道路橋梁工程的質(zhì)量[4]。同時(shí)，道路橋梁的可靠性設(shè)計(jì)原則還應(yīng)體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)與材料的可靠性設(shè)計(jì)中。隨著我國材料技術(shù)的發(fā)展，不同的建筑材料有著不同的性能和使用范圍，因此在道路橋梁的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)過程中要處理好兩者的關(guān)系，在保證良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)盡量選用成本較低、質(zhì)量較好，且綠色環(huán)保的建筑材料。

3 道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)模型

在道路橋梁的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)過程中，需要結(jié)合當(dāng)前的技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行優(yōu)化，從而使其更加符合當(dāng)前道路橋梁的設(shè)計(jì)要求。首先，可以對(duì)道路橋梁進(jìn)行離散化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有效地改善道路橋梁的整體性能，還可以將結(jié)構(gòu)的自由度轉(zhuǎn)化為有限的自由度。但是在離散化的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力進(jìn)行仔細(xì)計(jì)算，確保結(jié)構(gòu)具有很好的穩(wěn)定性。其次，需要對(duì)道路橋梁進(jìn)行模型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)從力學(xué)的角度出發(fā)計(jì)算出道路橋梁的靜荷載，按照相關(guān)參數(shù)的內(nèi)容來進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的建模。設(shè)計(jì)人員還要從材料和荷載這一角度出發(fā)，通過精確的計(jì)算與分析，利用各類材料來對(duì)道路橋梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，從而確保道路橋梁的最終施工質(zhì)量能夠達(dá)到預(yù)期的要求。

3.2 應(yīng)用科學(xué)合理的計(jì)算方法

在道路橋梁的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要進(jìn)行大量的計(jì)算工作，因而設(shè)計(jì)人員需要選擇合理、科學(xué)的計(jì)算方法，從而減少計(jì)算的誤差。首先，在建模分析時(shí)，應(yīng)科學(xué)地選擇比例尺，利用垂直軸和水平軸的實(shí)際情況進(jìn)行合理計(jì)算，得到目標(biāo)函數(shù)的大致輪廓圖以及最終的目標(biāo)函數(shù)值。其次，要利用數(shù)學(xué)中求極限的方法來計(jì)算出函數(shù)的極值，同時(shí)做好同態(tài)設(shè)計(jì)度量的計(jì)算工作。同態(tài)設(shè)計(jì)度量與極值的計(jì)算方法相似，都是以函數(shù)不等式來作為方程計(jì)算的，應(yīng)用該方法可以有效減少計(jì)算，簡(jiǎn)化計(jì)算流程，提高計(jì)算效率。

3.3 提高道路橋梁的防水性能

道路橋梁在應(yīng)用的過程中往往會(huì)受到外界環(huán)境的影響，尤其是我國很多地區(qū)惡劣天氣較多，這對(duì)道路橋梁工程的質(zhì)量產(chǎn)生了極大的威脅。從目前行業(yè)內(nèi)的施工情況來看，對(duì)防水結(jié)構(gòu)的施工已經(jīng)成為道路橋梁建設(shè)過程中的重要組成部分，從某種意義上來說，防水性能的好壞直接影響道路橋梁的質(zhì)量，因此在結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員必須對(duì)防水結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致的設(shè)計(jì)，同時(shí)論證其可行性，從而確保道路橋梁具有良好的防水結(jié)構(gòu)。從目前的應(yīng)用范圍來看，道路橋梁的防水結(jié)構(gòu)主要是由排水工程和防水工程兩方面組成，在設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員要采取有效的措施，防止道路橋梁出現(xiàn)澇漬的情況，并及時(shí)處理道路橋梁路面的積水、積雪，做好排水工作。施工時(shí)，越來越多的新型材料也開始應(yīng)用于施工過程中，施工人員可以將一些防水性能良好的建筑材料應(yīng)用在道路橋梁的表面部位，結(jié)合道路橋梁的具體特點(diǎn)制作出防水層，從而全面提高道路橋梁的防水性能，延長(zhǎng)道路橋梁的使用壽命。

3.4 合理配比混凝土材料

在當(dāng)前的道路橋梁工程中，混凝土仍然是最主要的施工材料。混凝土材料來源廣泛且成本低廉，在施工過程中工序簡(jiǎn)單便捷，因而一直都是各類大型建筑的主要建設(shè)材料。在道路橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，混凝土材料也起到了關(guān)鍵性的作用，為了保證道路地基以及橋梁橋體的穩(wěn)定性，在混凝土的施工與設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員往往會(huì)適當(dāng)?shù)卦黾踊炷恋暮穸龋瑥亩鴮?shí)現(xiàn)對(duì)橋體鋼筋的有效保護(hù)。在施工過程中，混凝土的質(zhì)量也就決定著項(xiàng)目的安全性和穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的過程中也應(yīng)對(duì)混凝土材料的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)進(jìn)行仔細(xì)的論證。從材料的性質(zhì)來看，鋼筋混凝土是一種復(fù)合型的材料，在配置的過程中應(yīng)按照行業(yè)內(nèi)的要求以及施工的具體情況進(jìn)行嚴(yán)格配比，全面提高混凝土的質(zhì)量。在某些項(xiàng)目工程中，一些建筑企業(yè)為了獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，選擇使用低強(qiáng)度的混凝土，最終導(dǎo)致道路橋梁工程建設(shè)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，嚴(yán)重影響道路橋梁的使用壽命和項(xiàng)目的總體質(zhì)量。因此，在材料的設(shè)計(jì)與配比的過程中，設(shè)計(jì)人員要保證混凝土項(xiàng)目應(yīng)用的合理性，從而提高道路橋梁工程的整體質(zhì)量。

4 結(jié)束語

道路橋梁在我國目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及交通運(yùn)輸業(yè)中發(fā)揮了非常重要的作用。隨著道路橋梁建設(shè)數(shù)量的增加和建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，道路橋梁設(shè)計(jì)工作也隨著技術(shù)的革新而發(fā)生了巨大的變化。在目前的道路橋梁工程的設(shè)計(jì)工作中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)具有良好的優(yōu)勢(shì)，其效果也得到了多方的認(rèn)可。但是從整體應(yīng)用情況來看，我國道路橋梁的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)還存在許多不足，尤其是一些技術(shù)細(xì)節(jié)并沒有得到良好的處理，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些問題亟待解決，希望文章研究能夠?yàn)樵擃I(lǐng)域的發(fā)展提供一些切實(shí)可行的思路。