结构化设计在道路桥梁设计中的应用分析

罗伟

（沈阳市公路规划设计院有限公司，沈阳110168）

1 引言

随着我国经济和科技的快速发展，结构化设计对于道路桥梁的建设也起到了非常重要的作用。而其结构化设计时，需要遵守相应的设计原则，如经济性、科学性、整体性等。本文着重分析了道路桥梁结构化设计的原则、计算方法及其应用。

2 结构化设计在道路桥梁中的应用原则

2.1 科学性原则

科学性原则是指，合理选择桥梁结构及桥梁横面的配置，从而保证桥梁的有效性和科学性。同时，在保证桥梁的质量的前提下，对道路桥梁的材料及各种形式进行优化，以降低桥梁结构对自身重量的承受力，促使桥梁的结构设计呈现优质化建设，延长了其使用年限，更好地保证人们的出行安全。

2.2 简约化原则

简约化原则是指对道路桥梁的实际设计进行路径优化，通过更简单的结构实现应力的传递，从而分散桥梁结构承担的重量，提高桥梁的强度。目前，简约化设计是道路桥梁设计中的重要目标之一，其既能够有效提高结构强度，也能有效节约施工材料，并且能够提高施工的效率。

2.3 连续性原则

道路桥梁结构化设计的连续性原则是指通过满足桥梁的连续性设计，使桥梁的整体性特点实现最大化，从而实现整体结构的优化，并有效缩短桥梁传递中的受力途径。在进行结构化设计时遵守连续性原则，既能够有效降低建筑成本，节约建筑材料，还能够更好地完成结构优化的目的，并且有利于桥梁结构强度及其稳定性的提升。

2.4 综合性原则

综合性原则是指充分将材料和结构的特点进行整合。第一，桥梁结构的不同，位置的作用不同，所需的材料也就有所不同，在实现结构优化的目标的同时，充分考虑具体位置所需的材料特性，选择合适的建筑材料，才能够充分发挥出材料的最佳性能，实现道路桥梁结构的优化。第二，道路桥梁结构化设计时，不同结构的形状导致其受力特点也存在差异。因此，应当结合桥梁结构设计方案，对其相关数据进行统计，以有针对性地进行施工，从而尽可能地完成降低桥梁自身承重力和结构受力均匀的目标，从而保证建筑的质量和人们的出行安全。

2.5 整体性原则

整体性原则是指，在进行结构化设计时，充分了解其具体特征及相关优势，使得各个特征和优势都能达到最大程度发挥。因此，应当在道路桥梁结构处于各种极限条件下，保证其满足整体性和安全性的要求，实现桥梁承重力的增长[1]。

3 结构化设计中应用较为普遍的计算方法

3.1 图解法

图解法是指通过建立坐标系，建立结构化设计变量的坐标系图形，再结合变量的函数不等式，获得两个变量在坐标系中的约束区域，最后作出目标函数的等值线，确定切点，以得到相应的目标函数值[2]。其中，横纵坐标分别为结构化设计中的两个变量。

3.2 函数极值求解法

我们在高等数学中曾学过函数极值求解法，函数极值的求解就是指在计算过程中将设计变量的约束不等式转变为等式，并通过一定的变换形式实现变量的消除，从而使得目标函数转换为一个函数，最终求得函数的极值。该值能够给道路桥梁结构化设计的后续施工提供重要的数据参考，在各类道路桥梁结构的设计依然具有重要的应用意义。

3.3 网络搜索法

网络搜索法在道路桥梁结构化设计中的应用历史十分悠久，其在应用方面比上述方法更为直观，能够合理划分设计的范围问题，使其形成数个网格点，而这些网格点分别对应着一个相应的设计，使得搜索能够遵从一定的规律，实现逐个搜索，不错漏任何一种，以在繁杂的道路桥梁设计中发现最优的解决办法。但是网络搜索法也存在部分缺点，如计算较为麻烦等。网络搜索法的实用性比其限制性更加优越，因此在现阶段依然广泛应用于道路桥梁的结构化设计之中。

4 道路桥梁设计中结构化设计的应用

4.1 遵守道路桥梁结构化设计的相应原则

第一，需要对道路桥梁的截面形式进行选择。设计人员在进行道路桥梁的结构设计时，应当重视分析桥梁结构的承重情况，并得出具体数值，再基于此选择合适的截面形式。在这个过程中，由于建筑工程施工材料种类众多，若是选择了不合理的建筑材料，将会导致桥梁结构自身的负荷较大，对于维持桥梁的稳定性产生不利影响。因此，设计人员要结合实际需求，在保证建筑质量安全的前提下尽可能选择具有优异结构性能的轻质截面形式，并通过多样化的设计，降低桥梁结构对自身重量的承受力。第二，保证结构连续性和支撑力协调。设计人员应当在结构化设计时，尽可能实现桥梁结构的连续性和支撑力均匀分布，以防止部分重要位置出现局部压力较大的情况，从而导致桥梁质量得不到保障。除此之外，道路桥梁结构的设计还需要结合其各个部位的特殊性，有针对性地进行设计方案的制定，从而更好地保障桥梁结构各部位的优异性能，提高桥梁的使用年限。

4.2 道路桥梁设计中结构化设计的应用

4.2.1 道路桥梁防水设计方面的应用

道路桥梁通常都是露天使用的，所以道路桥梁防水设计是最为重要的设计环节之一。同时，道路桥梁的使用年限和质量安全与其防水设计也密切相关。若是道路桥梁在阴雨天无法顺利排水，会导致大量的雨水在桥梁路面上聚集，不仅会给行人的出行带来不便，还会侵入桥梁内部并对其进行腐蚀，从而导致桥梁存在安全隐患。因此，设计人员需要提高对道路桥梁防水设计的重视，通过选择高质量的施工材料（如复合纤维混凝土），并将其科学用于防水层之中，实现道路桥梁防水性能的进一步提升。还可以在混凝土施工时将钢筋网添入其中，以增强混凝土的强度，防止其出现开裂造成雨水渗入。另外，道路桥梁的结构化设计过程中，设计人员应当将桥梁路面及混凝土视为一个整体，便于进行合理设计，从而提高道路桥梁的黏结性和延展性，提高其抗拉强度，防止出现脱落等现象，以延长道路桥梁使用年限，保证行人出行安全[3]。

4.2.2 混凝土施工方面结构化设计的应用

混凝土施工的结构化设计，可以根据其性质及施工特点进行优化，以提高钢筋混凝土的应用效果。众所周知，钢筋混凝土属于复合型材料，可以通过对钢筋混凝土保护层的优化设计，减少其内部结构受到大风、暴雨、暴雪等的影响。合理控制混凝土配合比并进行科学搅拌，在提高混凝土耐久性、避免病害方面具有重要作用[4]。

5 结语

综上所述，道路桥梁结构化设计的优化对于提升我国道路交通安全至关重要。在设计人员在对桥梁结构进行优化设计时，需要结合道路桥梁工程建设区域的具体情况，添加适量的构造配筋，以防止混凝土出现裂缝，从而更好地避免内部混凝土遭受腐蚀，影响道路桥梁的质量。