结构化设计在道路桥梁设计中的应用

◎周广道田帅帅

当前科学技术发展速度较快，智能技术已经逐渐地应用在各个行业当中，与计算机相关的软件技术也在桥梁设计中得到了广泛的使用，如Midas、BIM等设计，其优势在于能够从多角度实现对桥梁设计的优化分析。在对其进行优化设计的过程中，不仅要对桥梁的质量进行综合考虑，而且还需要考虑到实际的施工成本，要对不同设计所产生的桥梁质量影响做深入分析，通过软件技术能够准确地将实际与桥梁设计之间存在的差异计算出来。不仅如此，还能够将对方案所造成的不确定性因素准确地推断出来，从而进一步降低桥梁施工过程中产生的不必要的经济损失，从而将整体效益进行提高。

一、结构化设计的必要性

1.结构化设计能够达到当前社会的需求。

相比于传统道路桥梁设计，结构化设计能够更加细致的对设计进行优化，以建设背景和技术为基础优化设计道路桥梁的结构，从而使道路桥梁施工质量得到进一步的提高，使建设目标能够顺利完成。从专业角度来说，在建筑领域中结构化设计是新发展起来的理念，这也对相关的设计人员提出了更高的综合素质要求，在设计时，设计人员不仅要掌握相关的专业知识，而且还要积累相应的设计经验。从实际应用情况来看，该设计方式已经在道路桥梁设计中发挥了重要的作用，达到了当前社会发展的需求。

2.未来发展趋势。

结构化设计实际是一种设计理念和技术的提升，在实际操作过程中需要与BIM技术、云计算等技术进行结合使用，通过模块化的程序设计来开展工作。当前在开展道路桥梁工程中，人们逐渐地提升了对其功能性的要求，因此也随之提升了结构化设计的要求。在此背景下，该设计方式不仅需要设计人员熟练的掌握各方面素养，而且还要求设计人员能够对设计风险进行有效把控，在选择建筑材料、控制项目规模等方面充分的发挥统筹规划能力；在设计后，还需要运用力学理论来进行可行性研究分析。相比于传统设计，结构化设计能够科学的优化设计方案，使其能够更加符合社会发展的需要，因此，道路桥梁设计未来的发展方向必将是采用结构化设计。

3.结构化设计能够提升施工的可行性。

在设计阶段，不仅要开展详细的设计工作，还需要对施工方面进行相应的可行性分析，将设计与施工之间的衔接工作做好。结构化设计需要相关人员根据建设环境的不同进行相应的设计，在设计时，一方面要保证施工质量，另一方面还要有效识别方案中存在的风险，从而进一步提高施工的可行性。此外，为了保证能够顺利开展施工，在进行设计的过程中，设计人员还需要精确的计算道路桥梁组件的承载力，确保道其承载力能够达到相关标准要求。同时，设计人员也需要从实际施工情况、应用范围出发，深入的研究其安全性和合理性，从而使道路桥梁的各项性能得到大幅度的提高。

二、主要应用原则

1.合理性原则。

在城市化建设过程中道路桥梁发挥的作用越来越重要，因此，在结构化设计的过程中要坚持合理性原则，进一步优化设计结构。对于设计桥梁结构的思路，要以科学为基础，最大限度的降低道路桥梁的总质量，合理优化其结构性能。同时，在设计方面，设计人员要采用简单的方式来对荷载进行传递，从而对道路桥梁承载能力进行有效地平衡。

2.整体性原则。

在结构化设计时，设计人员要具有整体设计的眼光，应重点考虑项目的长远发展，不仅要确保项目设计达到相应的质量标准，还需要从角度来最大限度降低成本，从而使建筑的整体性得到最大限度的体现。例如，在对水密层进行设计时，设计人员可以采取将道路与混凝土进行共同设计，从而使两部分的连接性得到进一步的加强，还能够极大地提升其延展性和质量，今儿使建设质量得到进一步的提高。

3.可靠性原则。

道路桥梁工程直接关系到城市的发展和行人的生命安全，因而在实际设计的过程中，要保证其设计结构能够使受力范围得到有效地扩大，同时还要最大限度缩短传递路径，使道路桥梁工程质量得到全面提高。同时，设计原则还要将结构与材料的应用情况在设计中充分体现出来。我国材料技术近些年得到了大幅度的发展，不同的建筑材料对性能和使用范围有着不同的要求，因此更需要科学的处理好两者之间的关系，确保结构设计达到标准的同时降低选用成本，且尽可能选用绿色环保的建筑材料。

三、应用要点

1.优化结构化设计模型。

在结构化设计过程中，需要将当前应用技术进行结合来进一步优化设计模型，从而使设计要求更符合当前应用的需要。首先，进行离散化的结构设计。该结构设计能够对其整体性能进行有效地改善，还能够将充分的自由度向有限的自由度进行转化。但是在进行离散化设计时，设计人员应当精确的计算桥梁结构的应力，使结构达到更好的稳定性。其次，要进行设计模型结构。设计人员需要以力学为基础将道路桥梁的静荷载计算出来，根据参数内容来进行结构化的建模。设计人员还需要从材料和荷载角度出发，对其进行精确的计算，充分利用各类材料来模拟分析其结构强度，最终使施工质量能够达到相关标准要求。

2.应用科学合理的计算方法。

在结构化设计过程中，设计人员需要进行大量的计算，所以设计人员就需要对计算方法进行科学合理的选择，从而使计算过程中出现的误差减少。首先，在对建模进行分析时，选择比例尺要足够的科学，利用实际垂直和水平轴的情况进行科学的计算，从而将函数大体上的轮廓图得到。其次，要充分的运用求极限的方法来对函数的极值进行计算，同时计算好同态设计度量。计算同态设计的度量与极值方法比较类似，都是利用了函数的不等式性质来进行计算的，该方法的应用能够大幅度的降低计算量，将计算流程进行简化，使计算效率得到大幅度的提高。

3.提高道路桥梁的防水性能。

在应用道路桥梁的过程中外界环境因素常常会对其产生影响，特别是在我国大部分的地区天气情况比较恶劣，极大威胁到道路桥梁工程的质量。从当前该行业的施工情况来看，针对防水结构的施工已经逐渐地成为了整个建设过程中非常重要的组成部分，从另一方面来说，工程的质量直接由其发挥的防水性能来决定，因此，在结构化的设计过程中，设计人员必须要细致的设计工程的防水结构，同时对其可行性进行论证，从而保证道路桥梁达到良好的防水效果。从目前的应用情况来看，排水和防水工程两方面共同组成了防水结构，在对其进行设计的过程中，必须要采取相应的措施，避免道路桥梁发生涝渍情况，并对道路桥梁路面的积水、积雪进行及时处理，科学的做好相应的排水工作。施工时，新型材料也逐渐地被广泛的应用，施工人员可以将具有良好防水性能的建筑材料应用在道路桥梁的表面，并通过将道路桥梁的具体特点进行有机结合制作出相应的防水层，从而使其防水性能得到全面提升，进一步的延长其使用寿命。

4.合理配比混凝土材料。

混凝土在道路桥梁工程中是最重要的施工材料。由于混凝土材料的来源十分广泛且所耗费的成本相对比较低，在施工过程中工序简单便捷，因而一直都是各类大型建筑的主要建设材料。在结构设计中，混凝土材料所发挥的作用也十分重要，为了保证道路的地基以及桥体的稳定，在设计过程中，设计人员通常会将混凝土的厚度进行适当地增加，从而更有效的保护桥体钢筋。在施工过程中，混凝土的质量对项目的安全性和稳定性起着决定性的作用，因此在设计时也需要仔细的论证所使用材料的稳定性。从材料的性质来将，钢筋混凝土属于的是一种复合型材料，在对其进行配置时要严格按照行业内的标准要求，并结合施工实际情况进行科学的配比，这样能够使混凝土的质量得到全面提高。在一些项目中，建筑企业为了能够获得更高的经济效益，通常情况下使用的混凝土强度都比较低，最终导致建设质量达不到相关标准要求，对其使用寿命和项目造成了严重影响。因此，在设计与配比材料的过程中，设计人员要确保应用的混凝土项目足够的科学，从而将项目工程的整体质量进行提高。

四、实例分析

1.结构设计的应用。

这篇文章选择了新华路高架桥梁进行防水结构化设计作为讲解实例展开，将合肥本地的水文条件进行结合进行设计。在此过程中要注意保持防水层下面的桥梁铺装的平整度，通过科学的混凝土设计，使桥面产生一定的坡度，确保水流达到足够的畅通。此外，对于防水结构的施工还需要确保其结构达到足够的完整、足够的强度等相关要求，通过采用科学的工艺使防水结构的完整性得以更好的实现。最后，要均匀设计排水管道系统，严格按照安装规范进行施工，防止混凝土构件在桥梁施工过程中发生渗透、腐蚀现象，最大限度的提升桥梁结构的强度。

2.结构化设计的应用。

该项目的高架采用大悬臂鱼腹式箱梁，如图1所示，由于该设计的特点是线条圆润，具有良好的观赏性，由于桥下空间比较大，因此在城市高架中得到了广泛用。由于其宽度达到了5.4m，能够使箱梁自重得到有效减轻，在对其进行结构化设计中为了防止弯矩过大，在悬臂下还需要设置0.25m斜腹板与外腹板进行连接，横桥所发挥的作用就相当于撑杆，把荷载传递到腹板，纵向也不分配荷载，在纵向计算中，仅需要将在2根小直径钢束配置斜腹板上方，从而使整体截面保持平衡受力。该截面还需要根据桥梁实际结构进行科学的设置，这样有利于优化内力分布，降低桥梁结构所承受的自重，从而更好的实现科学设计桥梁的结构。

图1大悬臂鱼腹式箱梁断面

3.在桥梁加宽设计中的应用。

合肥市新华路与中心大道立交的特点是现状桥梁，需要对其进行相应的加宽，加宽方案主要是将原桥护栏进行拆除，并在其外侧新建一个独立桥梁如图2所示。

图2现状桥梁拼宽断面

由于该桥梁已使用了多年，桥梁已处于完成沉降状态，在使用新建桥梁过程中会出现不均匀沉降，使桥面发生拉裂，对行车舒适度造成一定程度的影响。为了能够将这个问题解决，采用柔性拼接的方式来对接缝处进行处理，在接缝的两侧使用GD弹性混凝土新型材料，该材料结合了橡胶和混凝土的优势，具有较高的抗裂性，能够有效抵御较大变形。目前，该设施已经通车两年多，没有出现任何裂缝，具有良好的运营状况，这也是新材料在实际中应用的成功案例。

4.在钢筋混凝土施工中的应用。

（1）在高架桥钢筋混凝土保护层施工。

为了能够将结构的耐久性进行大幅度的提高，确保钢筋不出现锈蚀情况，对钢筋设置了相应的保护层，施工中将垫块设置在钢筋下，使其厚度达到相关的标准要求，从而能够有效防止其出现腐蚀，将其结构的耐久性和安全性进行大幅度的提高，并且安全性也得到了不小的提升。在关于桥梁相关规范中对增强保护层进行了明确规定，在保证施工质量的基础上，还要达到相关设计要求，这对于我国桥梁结构设计的发展是十分有利的。

（2）结构设计必须符合混凝土耐久性要求。

桥梁的施工质量直接决定了混凝土耐久性设计标准和其使用寿命。因此，在对混凝土结构进行设计的时候必须要达到耐久性标准要求，为达到这一目标，必须要将其耐久性进行大幅度的提高。对混凝土施工质量进行合理控制，进一步提升桥梁结构设计质量，从而使社会发展和出行需求得到满足，使我国经济建设得到可持续发展。

（3）结构设计中结构加固的措施。

施工中最常见的问题就是混凝土出现裂缝，会在一定程度上破坏桥梁的结构，裂缝不仅会使雨水渗透到桥体结构，而且还会不断地扩大裂缝，进而侵蚀到桥梁内部结构。在桥梁施工中结构设计的应用与其性能之间存在着密切的关系，因此需要一个有效的模型对其结构进行加固，从而保证其实用性和安全性。

5.实际应用中注意要点。

（1）结构的选择要足够的科学，对负荷和刚性配置形式进行科学降低，以便于对其进行合理调整、分配。此外，保证施工过程中材料使用的刚性达到相关配置的规范要求。（2）尽量保证线力传输，唯有如此才能更好的节约支撑所消耗的反作用力，与外部负荷更好地达到平衡，以此来简化桥梁的重量。（3）应保证在整个施工过程中结构化设计的连续性。如果将桥梁各部分组合一个整体，就能够大幅度的将传力路径简化。这样就能够有效的降低桥梁结构整体所受到的内力，减少使用材料，使成本进一步的降低，实现了整体的经济效益。（4）在设计过程中，还需要综合的考虑设计过程中所使用的材料，并将使用材料的结构载荷、性能等方面进行有机结合，对桥梁结构的性能进行相应的综合分析，这样能够使结构净重得到充分降低，并将桥梁质量进行大幅度的提高，使人们对出行安全的需求得到最大程度上的满足。（5）对桥梁主要部件进行仔细检查，这样能够充分的发挥出其潜力。根据设计要求，在复杂的环境中构建桥梁结构需要进行合理化设计。目的主要是能够降低桥中主力杆的数量，并制作相应的力杆，在各种设计条件下其能够得到有效的利用。因此在结构化设计能够得到广泛使用，降低建设过程中所消耗的材料，从而使成本得到有效的降低，最大程度上保证其经济效益。

五、结束语

在我国当前经济和交通运输业发展过程中道路桥梁发挥了非常关键的作用。随着其建设数量的增加和不断扩大的建设规模，该领域的设计工作也发生了巨大的变化，对相应的技术提出了更高的要求。目前在进行实际设计中，结构化设计的优势十分明显，其所发挥的效果也得到了广泛的认可。但是从实际应用上来看，该设计还存在诸多的问题和不足，特别是相关的技术细节仍然没有得到适当的处理，希望通过本文的研究，能够为该领域的发展提供一定的借鉴。