公路桥梁设计中结构化方法设计要点分析

刘秀枫

摘 要：随着社会经济的不断发展，公路桥梁设计工作引来了更高的工作要求和目标，传统的设计方法已经无法满足实际工作的需要了。这就要求设计人员有必要将结构化方法引入设计工作中，在提高工作质量和效率的同时，也能优化系统设计，从而为推动我国路桥建设的快速发展奠定良好的基础。

关键词：公路桥梁设计;结构化方法;设计要点

引言

结构化方法作为一种全新的路桥设计方法，对于提高路桥设计工作的整体质量具有至关重要的影响。将其应用到公路桥梁设计工作中，不仅能够提高设计工作的质量和效率，减少成本的支出，而且还能提高设计方案的多样性，有助于设计出更加优质的方案，最终更好的满足人们生活的实际需要。鉴于此，本文针对公路桥梁设计中结构化方法设计要点进行分析和研究，阐述了具体的计算模型和设计解法，希望能够为业内人士提供一些参考依据。

一、结构化方法的概述

1、结构化方法的含义

结构化方法从本质上来说，是一种软件研发形式，主要由基于结构化的系统分析、基于结构化的系统设计和基于结构化的系统程序设计三部分构成，下面对这三部分的内容进行详细的介绍。首先，基于结构化的系统分析是指设计人员将已经得到验证的技术或原理作为支撑，坚持由上至下、由粗到精的工作原则，通过一系列的手段（如判定表、结构化语言和数据字典等）不断提高开发方式的合理性与科学性，从而获得最佳的设计系统。[1]其次，基于结构化的系统设计也是按照由上至下的顺序，采用模块化、信息屏蔽与局部化等方法进行设计，从而达到精益求精的目的。最后，基于结构化的系统程序设计也就是最后的实现环节，设计人员在设计系统的作用下获得最佳的设计方案，从而实现路桥设计工作的根本目标。结构化方法最为显著的特点就是将整个设计工作分为了若干部分来依次完成，促使每一环节都能被人们控制在合理范围内，有助于设计人员及时发现实际工作中存在的问题，在提高工作质量的同时，也能减少“返工”的几率，从而促进工作效率的显著提升。

2、将结构化方法应用于路桥设计工作中的必要性

设计工作作为路桥建设的关键环节，直接影响着施工进度和施工质量，对于提高路桥工程的整体质量具有至关重要的影响和意义。但是，在传统的设计工作中，设计者往往缺乏对细节的考量，因此暴露了许多弊端。比如，在设计桥梁的过程中，拟定好的运算图例、描画的设计路径都没能明晰，造成局部态势的受力偏大。再如，混凝土固有的层级偏低，安设的保护层偏薄，或衔接着的钢筋偏短，等等，这些问题都会造成总架构的不稳定。此外，以往的工作中，设计者的工作态度对于设计结果具有较大的影响，一旦设计人员出现工作失误，很容易造资源的浪费。因此，为了解决这些问题，设计者必须要将结构化方法引入实际工作中，利用结构化方法分出互通情形下的多样模块，对细分出来的这些模块进行重新构建，以便描画出明晰的构架图，在提高设计工作精细化程度的同时，也能降低失误率，从而促进公正质量和效率的提升。

二、基于结构化方法的公路橋梁设计计算模型

1、离散化结构

在桥梁构架设计过程中，需将自由度转换为有限特性。基于这种思想，原总体框架应通过分解形成若干具有差异特性的成分。此类划分路径往往具有离散化特点或倾向，简化了后续构造分解处理过程，为设计工作奠定良好的基础。

2、模型化结构

采用模型化为基础的新设计理念，时常用到力学机理，对某些内部的潜在规律进行分析和判定。具有结构化的设计方法，根据分析得出的主体存在的矛盾，通过这一模型化结构的处理，掌握架构中的完整体系，使设计的过程更具特点。

3、简化荷载与材料

借助结构化方法，将采购进场的原材料视为处在理想状态下的各个单元，利用有限态势中某一参数，通过模拟得出基于随机特性的实际荷载。[2]其中，所选参数可划分为概率表征参数或某个环节对应的解析式。结构化方法所具有的设计特点，有利于进行后续的计算，使繁杂计算过程变得简化。

三、基于结构化方法的公路桥梁设计解法

1、图解法

这是最常用的解法，适用于具有多样性特点的构架。该方法的核心思想在于将拟定变量作为横坐标;将另外一个变量作为纵坐标。在确定坐标数值后，绘制曲线图，分辨上、下两侧的边缘区段。在此区段以内，绘制目标函数等值线，此等值线和区段外缘保持相切的位置关系。通过这种处理得出的端点，即为目标函数取值。例如，某架构断面采用图解法可绘制成以下形态：桥面板为典型的混凝土结构构件，自身具有承受荷载的特点。各桥板之间相互衔接，形成双层节点。简支梁同属典型的混凝土结构构件，其自重为900kN。截面上层构造厚度19cm;混凝土加载龄期为3d。布置于下层的简支梁，一共被划分为40个单元，其长度为18cm。

2、函数极值的求解

函数极值和所形成的不等式有密切的关系，将具有约束性特点的不等式转换为对等式，通过标准的消解程序，剔除函数范围之外的变量。通过这样的处理，可使目标函数变为架构当中的函数。在此基础上进行计算，可得出函数取值范围内的最大最小值，这也是采用结构化方法的桥梁设计重要环节，应得到设计者高度重视。

3、同态设计

在同态设计模式下，通过对等式进行的一系列变更，能有效缩减原设计有限空间，但也会对可行性造成一定负面影响。[3]这种具有明显差异的设计，并不优于原有的解答。在特殊情形下，通过这样的计算，甚至无法获取预期的答案。这种方法是有明显弊端的，但在日常设计过程中，往往会面临很多困难，这些困难都需要借助同态设计来一一处理。基于结构化方法的桥梁同态设计，能简化复杂状态下的各类难题，在提高计算效率方面有显著的作用。

四、结语

综上所述，相较于传统的路桥设计方法，结构化方法更具有优越性和系统性，将其引入实际设计工作中，不仅能够降低设计难度，而且还能促进设计工作质量的显著提升。为此，广大设计人员必须要充分发挥结构化方法的作用与优势，通过对比、分析选择出最佳的设计方案，不断提高设计方案的可靠性和安全性，从而为实现路桥建设的可持续发展提供可靠的保障。

参考文献

[1]范史文.公路桥梁设计中结构化方法设计要点分析[J].交通世界，2018（03）.

[2]陈卫健.结构化设计在道路桥梁设计中的实践浅析[J].中国标准化，2017（10）.

[3]赵运输.公路桥梁设计中结构化方法设计应用[J].江西建材，2016（16）.