公路桥梁设计中结构化方法设计运用

宋迎斌　宋培端

摘要：公路桥梁的结构化设计大大促进了桥梁道路设计方式的发展， 使公路桥梁的结构设计水平得到了极大的提升。在进行结构化设计时， 要对公路桥梁的实际情况进行充分的分析和了解， 选择最节省成本、 结构承载力最强的方案。结构化设计给公路桥梁设计带来了全新的设计理念， 改变了公路桥梁的设计方式， 为我国公路桥梁的发展提供了充足的保障。

关键词：公路桥梁 结构化设计 实际应用

引言

公路桥梁工程是我国重要的基础建设工程，其设计的安全性和合理性对于公路桥梁的安全通行和保障人们的生命财产安全具有非常重要的作用。传统的公路桥梁结构设计通常采用定值设计方法，旨在追求一个能够满足规范条件下的最低设计水平，该种设计方式并不能够客观的描述桥梁结构中存在的各种不确定因素， 同时也不能定量的分析结构设计的经济性、 适用性、安全性等指标，严重的影响公路桥梁工程的使用性能。通过将结构化设计应用在公路桥梁设计中，能够有效的提高桥梁结构的承载能力、耐久性、安全性，降低早期病害的发生，进而延长公路桥梁的使用寿命。

一、结构化设计的必要性

传统的桥梁设计流程首先是根据经验判断制定初始的设计方案包括材料的选择、总体的布置、制造的工艺和结构尺寸等方面；接着是对结构进行分析最后进行力学分析脸验设计结构是否可行并根据不同情况进行修改。这种设计方法只是对施工方案的可行性与安全性进行检验不能够做到最优的设计很难满足对桥梁结构设计需求日益复杂的要求，因此结构化设计变得尤为必要。结构化设计的方法主要是基于自顶向下细化、模块化和结构化程序设计等程序设计技术发展而来的主要的思想就是把设计分为具有单一功能且相互独立的模块结构主要包括详细设计和概要设计。

二、结构化方法设计的不同计算模型

1、离散化结构

桥梁构架依循的设计中，应把无限特性的自由度，变更成有限的这一自由度。这样的指引，是把原初的总体框架，分解成差异特性的各个成分。这种划分路径，带有离散化的总倾向。它便利了接续的构架解析，也便利后续时段的建造。

2、模型化结构设计

模型化的结构设计的主要内容是对公路桥梁中的结构的内在规律进行受力原理的分析， 这样做的好处是将结构设计变得更加具体， 有利于对结构的处理。

3、简化的材料和荷载结构化设计

这种设计方法主要是使用简单理想的材料模拟公路桥梁的机构化设计。这样做的好处是简化公路桥梁的结构化设计过程，使得设计施工能够更加合理的展开。但要注意的是，这种设计方法是否符合实际情况，基本取决于计算模型的选择，因此在选择计算模型时，要慎之又慎。

三、结构化设计常用的解法分析

公路桥梁工程结构化设计常用的解法包括以下几种：（1）网络搜索法，该种解法是一种直观的方法，网络搜索法能够将问题在范围内划分成若干网格点，每一个网格点都代表一个相应的设计，按照一定的规律进行逐步的搜索，进而尽快找到代表最优解的网格点，在采用该种解法时，应该先固定一个变量，对于其他变量采用由小到大的方式进行验算，保证所有的网格点都满足规定的约束条件，选择出满足目标函数的网格点，获得最优解；（2）求解函数极值，想要获得函数的极值，应该把约束不等式转换成等式形式，并将目标函数中的变量消除，这样能够把目标函数转换成一个只包含了一个变量的函数，通过对目标函数进行计算，能够获得该目标函数的最小值以及最大值，这对于实现结构化设计在公路桥梁中的应用具有非常重要的作用。（3）图解法，图解法是一种最常用的结构化设计解法，能够在各种二维结构的桥梁结构设计中应用，该种解法在实际应用的过程中总共涉及到两个设计变量，将一个设计变量当做纵坐标， 另一个当做横坐标， 分别画出两条具有约束性的曲线图，同时得到两个界限的约束范围，在约束范围内分别作出目标函数的等值线，获得的等值线和约束范围的外边界相切，目标函数即为这些等值线和可行范围外边界相切的切点。

四、结构化方法设计在公路桥梁设计中的应用原则

（1）刚度配有的模式、截面范畴的预设形式，都应凸显出适宜的特性。应当选出最优的路径，尽力限缩构架重量。妥善调和原有的内力布设、位移原有的状态等。与此同时，原料固有的刚度搭配，也应合乎预设规则。

（2）支撑力的协调

公路桥梁的设计一定要注意其支撑力，使其均匀分布，更好地支撑桥梁，以免造成材料的浪费。

（3）结构连续性

公路桥梁是一个整体，因此在进行设计时必须要考虑到其结构的连续性，使公路桥梁的各个部分均匀受力，这样，才能够增加公路桥梁的整体结构的受力性，降低公路桥梁的建筑成本。

（4）材料及结构的相互整合

公路桥梁的结构和材料对于其受力性和负载力都有十分重要的影响，因此，在进行公路桥梁的结构化设计时，要注意对将材料和结构相互整合，达到结构和材料的最优配置。受力较大的结构需要使用优质材料，受力较小的结构则使用质量合格的材料即可。

四、结构化设计在公路桥梁设计中的具体运用

1、运用于公路桥梁的防水设计

公路桥梁设计中最重要的设计内容之一就是防水设计，因为道路经过长时间的浸泡其结构强度及质量都会有所下降，从而增加了意外事故的发生机率，降低了安全系数，严重影响道路的使用，因此要在结构设计中采取具体的措施解决排渗水问题。首先强化对防水层的设计，在选择材料时要选择具有较高密实性能的混凝土材料，并且还要增设钢筋网。这样可以有效避免混凝土出现开裂现象。此外还要选择复合纤维混凝土亦或将水泥基结晶材料掺入其中这样也会起到良好的防渗效果（2）铺装混凝土时要保证其与路面合为一体（3）结构整体要具备足够的杭拉强度以及延伸性。

2、在公路桥梁混凝土施工中的应用

（1）增强钢筋的混凝土保护层厚度

钢筋混凝土是一种复合型材料，在公路桥梁的建设施工中应用十分普遍，为提高施工质量，加强对钢筋混凝土的保护， 在进行公路桥梁的设计时，要进行钢筋混凝土的保护层设计， 其主要作用是防止钢筋混凝土的腐蚀，延长使用寿命，使其在使用中更加安全。提高对钢筋混凝土的保护，可以加大对钢筋混凝土的保护系数开始。

（2）符合混凝土耐久性的特点

混凝土的耐久性也直接关系到公路桥梁的施工质量和使用寿命，然而在当前混凝土的施工中， 很多施工单位为追求利益最大化，在混凝土施工中容易出现偷工减料的情况，有时还会忽略公路桥梁的整体布局。因此，进行结构化设计时，要确保混凝土的耐久性，做好混凝土的配比和拌合，保证施工质量求。

（3）增强构造配筋

混凝土开裂是各种混凝土工程中的质量通病。在公路桥梁中，为防止混凝土开裂影响公路桥梁的使用状况，可以增强构造配筋，提高混凝土结构的抗裂能力。因此，在进行结构化设计时，可以根据公路桥梁设计的实际情况， 在一定程度上增强其构造配筋。

结语

随着社会经济的不断发展，交通系统建设不断完善。公路桥梁是交通系统中的重要组成部分，重视公路桥梁的建设，要从公路桥梁的设计开始。本文简单阐述了结构化设计的模型构建方法及常见的解法，并介绍了公路桥梁结构化设计的原则，同时分析了结构化设计在公路桥梁设计中的应用，旨在为同行提供借鉴参考，提高结构化设计在公路桥梁设计中的应用水平。

参考文献

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