冯玉祥黑龙江省公路勘察设计院

结构化设计在道路桥梁设计中的应用

冯玉祥
黑龙江省公路勘察设计院

结构化设计在近些年被道路桥梁建设广泛应用。结构化设计即，使单一的设计形式向多种形式发展，设计为统一模块，或者经过构图方式使设计方案具有结构化。与传统的设计不同，结构化设计的应用，能够满足日益复杂并多样化发展的需求；在复杂的道路桥梁建设中，能够将满足其经济化、技术水平高端化、科学化的发展需求，代替传统模式中的不良因素。在结构化设计过程中，需注意道路桥梁的自身状态，其地形特征、环境特征等影响因素，将各类影响因素均列入设计中，在设计中突出体现各类不利因素的解决情况。通过结构化设计在道路桥梁中的应用，既能够实现设计的创新，又能够使道路桥梁建设进入新的发展空间。

结构化；道路桥梁；设计形式；创新

前言：

道路桥梁建设中结构化设计的应用给设计带到创新发展的空间。文章将结构化设计与传统设计进行对比，分析了结构化设计对于道理桥梁建设的重要性；首先通过对结构化设计进行了解，分析其设计特点，并列举考了几点结构化设计对于道桥建设的重要作用。然后将结构化设计的各个设计模型进行分析，不同的结构具有不同的设计模型，同时被应用到不同的道桥中。同时探讨了结构化设计的设计解法，从四个方面进行分析，不同的解法有着不同的作用；最后，根据结构化设计在道桥中的应用进行分析，探讨了其应用过程中需要遵守的原则，要充分考虑结构化的各个作用进行合理的应用。

1 结构化设计的必要性

结构化设计不仅能够代替传统设计，还在其基础上进行创新。传统设计中，其材料的选定、工艺技术及设计大小等均通过经验判断进行估算，然后分析整体结构。最后通过检验的方式进行设计检验来确定设计的可行性与合理性。传统设计中对于各项结构设计数据不够明确，设计方法过于老化。与之不同的结构化设计中，首先能够将设计进行兼顾，从各个部位向整体进行掌握。设计中的各个模块设计、结构设计等均通过先进的程序技术进行设计，从单一的结构转向多模块的形式。其设计技能满足日趋复杂的道桥建设，同时也能够带来精细化创新设计。有利于道路桥梁的可持续发展。

2 结构化设计的不同计算模型

2.1 离散化结构在道路桥梁结构设计时需要把结构的无限自由度转化为有限的自由度，也就是把整个结构分为有限个部分，这种划分就把整个结构进行了离散化的划分。这种结构化设计形成的离散化的结构有利于受力分析，更容易进行设计施工。

2.2 模型化结构道路桥梁设计中要运用力学原理对各种结构的内在规律性进行分析，结构化设计能够做到抓住主要矛盾对结构进行模型化处理，模型化的结构使整个设计变得更加具体，易于施工的正常进行。

2.3 简化的材料和荷载结构化设计通常会假设结构的材料是具有理想塑性和理想弹性的，而且用有限的参数来模拟具有无限自由度的随机荷载。这些有限的参数可以是具有概率特性的参数，也可以是解析式的参数。结构化设计使材料和荷载在计算时变得更加简化，也利于更好的进行施工前的结构设计。要想使计算结果能够吻合实际的结构状况，在很大程度上取决于对计算模型的选取，因要慎重的选择计算模型，要保证选取的计算模型能够真正地反映出桥梁结构的实际受力状况。

3 结构化设计常用的解法

3.1 图解法图解法适合各种二维结构的设计分析，图解法的基本思想就是把一个设计变量作为横坐标，另一个设计变量作为纵坐标，做出符合两种约束条件的曲线图形，进而得到上下界限的约束区域，在约束区域内做出目标函数的等值线，这一系列的等值线与可行区域的外边界相切，所得的切点就是目标函数值。

3.2 求解函数极值计算函数的极值，首先要把约束不等式变为等式形式，然后再去消除目标函数中的变量，使目标函数变为仅含一个变量的函数，从而可以求出函数的最大最小值，达到结构化设计的目的。

3.3 同态设计法把不等式约束换作等式约束，缩小了设计空间的可行性，这就是同态设计法。这种方法得到的解是劣于原解的，有时同态设计会得不到解。虽然这种方法有不足之处，但在实际结构设计中仍然有许多的结构构件需要用同态设计法来解决。结构化设计中的同态设计法能使复杂的结构计算问题变得更易于计算。

4 结构化设计在道路桥梁设计中的应用原则

（1）截面形式选择的合理性；结构化设计在道路桥梁中的应用，由于道桥高速的要求，其材料使用量多，因此加重了对于道桥自身的重力。因此，在选择截面形式时，应该选择重量小，结构符合整体性的截面，例如圆柱截面。同时将材料设计成空碧式，减少对于道桥自身的压力。

（2）避免“走弯路”，造成成本的浪费。在设计过程中要注意支撑力的协调性。不仅有利于力的分布均匀，同时节省了材料，有利于成本的节约。

（3）保证道路桥梁结构的连续性；为了使成本降低，增大整体结构的受力范围，结构的设计中需将各个结构相互联系、相互作用，使各个结构均匀受力，同时减少力的作用带来的压力；降低使用材料。

（4）注重材料及结构的相互整合。通过对结构的分析，各个结构的形状各不相同，因此其受力的作用强度也不同。结构设计应该将各类材料进行分类，对于受力较大的结构使用相对应的形状和优质的材料；将形状与材料向整合，发挥最优作用，增强对力的支撑作用。

（5）全面掌握各个部位特征；在道路桥梁的结构化设计中，通过对工程中各个部位各个特点的掌握，能够正确分析其相对应的设计方案，将完善的设计方案对应适合其特征的道桥建设，不仅有利于对于工程的掌握，还能够在结构化设计中准确做出选择。减少工作量，使道桥建设高效性运作。

总结：

道路桥梁中结构化设计的应用，代替了传统的设计方式；为道路桥梁架设提哦共准确的数据。同构对于结构的全面分析，将各个部位进行协调、组合，择出最优方案应用与道桥建设中。通过截面的选择、结构的形式的选择、以及对受力情况的等各个方面的了解。分析出圆柱截面有利于节省材料、结构形式需要具备整体性、受力范围大对道桥压力小等情况。结构化的应用，为道路桥梁建设带来了创新性的设计理念，打破了传统的设计格局；为道路桥梁建设带来了高效的经济，成本的节约以及质量的保证。为我国道桥建设事业的发展提供了保障。

[1]杨玲.桥梁设计常见的问题及解决措施[J].中国新技术新产品.2012(06)