结构化设计在桥梁设计中的应用

2019-03-21鲁蔚

工程建设与设计 2019年2期

鲁蔚

（青海省公路科研勘测设计院，西宁810008）

1 引言

桥梁设计是比较复杂和系统的工程，应符合多方面的要求，如桥梁的适应性和施工的安全性等。随着社会的不断发展和进步，传统的桥梁设计已经很难满足工程发展的需要，应进行创新，全面考虑影响桥梁设计的因素，对可能存在的安全隐患进行预防，加强对桥梁设计的优化，提高其整体性能，不断促进桥梁工程向着更好的方向发展。

2 结构化设计概述

结构化设计方法是在自顶层向下细化、模块化以及结构化地进行程序设计的基础上发展起来的，主要是将桥梁的设计划分为具有独立功能，同时相互之间能够和谐共处、互相整合的模块结构，包括概要设计以及各个环节的细节设计，一般是通过结构图对各个阶段的具体设计进行展示。在桥梁设计中，许多设计人员没有从整体入手充分考虑各方面的因素，导致设计过程中存在一些问题，例如，重视桥梁自身的强度，但是忽略了桥梁的耐久性问题；重视耐受强度，忽视了其适用寿命；关注结构布局的合理性，忽视了桥梁质量的检测和维护等。在这种情况下，桥梁结构中会存在一些缺陷和安全隐患。

在桥梁设计过程中，需要经历3个步骤：（1）从经验出发，对设计方案进行初步确定，包括结构布局、工艺技术、材料选择等问题；（2）要对桥梁的结构进行分析，保证结构的合理性；（3）采用力学理论对结构设计的可行性和可靠性进行分析，同时与实际情况相结合，进行优化[1]。

3 结构化设计的重要性

在多数情况下，传统的桥梁设计主要依靠的是设计人员的经验，从而确定最初设计方案，之后对设计方案进行不断的调整，如对桥梁材料的选择，对桥梁结构尺寸的把握等。这种方式无法实现设计方案的精确设计和分析，因此，不能实现对设计方案的优化。而结构化设计可以对桥梁模型进行准确的计算，进而保证桥梁设计方案的合理性和最优，并对桥梁设计中可能存在的不确定因素进行有效的预防，进而进行合理的处理，不断提升桥梁的使用性能和耐久性能。因此，在桥梁设计过程中，应用结构化设计非常重要。

4 结构化设计在桥梁设计中的应用原则

4.1 科学性

在桥梁的设计过程中，应对结构进行合理的选择，确保横截面与桥梁结构配置的科学合理，在不影响结构整体稳定性的前提下，对结构位置进行相应的调整，对结构的内力分布进行优化，从而减少桥梁结构中存在的故障和隐患，保证结构的科学性。

4.2 简约化

桥梁的结构应尽量简单，通过简化传力路径，实现结构应力的传递，确保桥梁结构能够对外部负荷和内部应力进行有效分散，提升结构的强度，同时减少对结构施工材料的应用，降低工程成本。

4.3 整体性

应用结构化设计进行桥梁设计时，应充分利用其优势，突出结构的整体性，做好特殊情况下桥梁结构整体性与稳固性的设计，通过整体设计，提高结构承载力，在保证施工质量的同时，对道路桥梁的建设成本进行控制。

4.4 综合性

在桥梁的结构化设计中，应从材料和结构2个方面进行综合考虑，一方面，考虑不同材料在桥梁结构不同位置的不同性能，在优化结构的同时，实现材料的合理应用；另一方面，应利用不同结构和形状的受力特点，结合桥梁结构，达到相应的结构特性目标。

4.5 连续性

目前，交通运输流量不断增加，使桥梁结构受到的车辆荷载不断增加，负荷也越来越大，在这种情况下，为了保证结构的合理性以及桥梁整体的稳定性，在结构化设计中，应立足实际需求，实现结构的一体性和连续性，扩大桥梁承力结构的受力面积，缩短应力的传输途径，在结构合理、材料节约、施工便利等的基础上，提升桥梁结构的稳定性和连续性。

5 桥梁设计中结构化设计的应用

5.1 结构化设计原则

进行结构化设计，需要遵守以下原则：（1）截面形式和材料选择。在设计过程中，技术人员应对桥梁的承载力进行具体的分析，然后选择合适的截面形式。在施工过程中，需要的材料较多，因此，对材料的质量有较高的要求，应尽量选择的性能好、质量较轻的材料，可以尽量减少桥梁自重。（2）在优化设计过程中，设计人员应重视桥梁结构分析，保证桥梁各个结构受力均匀，避免出现不均匀的情况，从而增强桥梁的承载力。（3）明确各个部位的特点。设计人员应对桥梁各个部位的特点进行准确的分析，之后制定合理的方案，不断提高桥梁的整体性能。（4）实现材料之间的配合。在桥梁建设中，结构和材料对桥梁工程有十分重要的作用，因此，优化设计过程中，应重视对结构和材料的设计[2]。

5.2 道路桥梁设计中结构优化设计应用

5.2.1 在混凝土结构化设计中的应用

在桥梁设计过程中，混凝土结构非常重要，因此，应对其进行优化处理，进而实现混凝土结构的合理性，提升混凝土的耐久性，减少病害的出现，保证使用寿命。钢筋混凝土是一种复合型材料，在进行桥梁设计的过程中，应对混凝土结构的厚度进行把控，对其开裂情况进行动态控制，同时依据实际情况确定配筋率，在保证结构承载力的同时减轻结构自重，并提高其抗裂能力。

5.2.2 在防水结构设计中的应用

在对桥梁防水结构进行设计的过程中，需要从整体层面考虑，在保证结构合理性和可靠性的同时，关注桥梁桥面铺装的物理性质，通过合理的施工工艺提高桥面铺装的平整度。另外，要考虑防水结构在桥梁工程中的重要性，从设计需求出发，选择具备良好延展性和抗拉强度的施工材料作为基础，结合先进的施工工艺实现防水结构的整体性。另外，防水设施还包括排水管和集水管，应对其进行合理的布置，保证施工质量，避免在道路桥梁结构以及混凝土构件的位置出现腐蚀和渗透现象，从而保证道路桥梁结构的稳定性和安全性。