结构化设计在道路桥梁设计中的应用李杰

结构化设计在道路桥梁设计中的应用李杰

李杰

关键词：结构化设计；道路桥梁设计；计算模型；应用原则；

前言：

通过在道路桥梁设计中运用结构化设计方法，不仅可以有效提升道路桥梁的承载能力，而且可以显著改善道路桥梁的安全性、适用性和耐久性，进而延长桥梁的使用寿命，从而为我国交通事业的发展做出贡献，以进一步获得相应的经济和社会效益。

1道路桥梁设计中应用结构化设计的重要意义

1.1传统道路桥梁设计步骤

在过去道路桥梁的设计中，一般坚持“三步走”的原则：“设计桥梁雏形、分析桥梁结构以及结构力学分析”。在设计桥梁雏形时，一般道路桥梁的相关设计人员主要依据自身的实践经验，针对实际需求形成简单的桥梁雏形，在这个桥梁雏形中会简单勾画出桥梁即将应用的原材料、大概的结构尺寸以及粗略的桥梁布局等等。然后在此基础上进行桥梁结构的分析，设计人员在这一步往往会通过调查的方式，形成一版初步的方案。在完成前两步的工作之后，就要进行道路桥梁设计中的最关键一步：力学分析。力学分析的结构将直接决定道路桥梁设计方案是否具备可行性。如果力学分析通过，就可以直接采用该方案进行建设，反之，就要结合分析的结果进行设计缺陷的修补工作，直到满足设计要求。

1.2应用结构化设计的重要意义

在道路桥梁设计中应用的结构化设计方法，具备典型的模块化设计理念。针对道路桥梁中的每一个模块来说，都是相对独立的个体，而且具备单一的功能。当前，在道路桥梁建设中，结构化设计主要应用在对可靠度、混凝土等施工中。结构化设计主要涵盖详细设计和概要设计两种主要的设计，其主要利用结构图将设计描述出来，无论是从道路桥梁设计方面说，还是从整个道路桥梁发展来说，意义都十分重大。

2结构化设计在道路桥梁设计中应用的可行性分析

在道路桥梁的设计中应用结构化的设计模式主要是为了增加公路和桥梁的可行性，道路桥梁的可行性是设计标准的最主要性能指标。结构化设计在道路桥梁的建设过程中扮演的角色就是让工程结构在有限的时间内，达到一定的质量标准下，道路桥梁在实际应用的情况下，能够应付运营中的各种情况的出现，并能长期保持稳定、安全的状态。要想实现道路桥梁的可行性达到实际的运营水平，就要达到结构设计要求，而道路桥梁的可行性则是由结构构件的荷载效应和抗力来决定的。因此，结构设计的重点则是对两个因素进行独立的分析，保证设计中的整体结构的抗压能力一定要大于结构的综合承载的效果，进一步地保证在应用结构化设计理念和方法的设计方案中实现道路桥梁工程的可行性设计，将道路桥梁的承受力做到最大。为了使道路桥梁设计工作更为科学系统，在道路桥梁的设计应用结构化设计的过程一定要明确道路桥梁的截面承载的安全指标，确定结构的相关失效标准，明确地设计构想出失效模型。保证在可行性合格的条件下才能来进行道路桥梁的结构设计，从根本上样提高道路桥梁整体的可行性。

3结构化设计的不同计算模型

3.1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。

3.2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。

3.3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。选取计算模型时，要充分考虑结构化设计在桥梁结构设计中的具体情况，具体情况具体分析，从而制定出最合理的计算模型。

4结构化设计常用的解法

4.1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。

4.2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。

4.3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。

5结构化设计在道路桥梁设计中的应用原则

（1）选用科学合理的刚度配置和截面形式，要想使结构的重量尽量轻点，就要把位移与内力的分布调整的更加合理，同时材料的刚度配置也要符合规范要求。（2）尽量使力的传递路线直接简单，这样支承反力才能更好地直接平衡外荷载，从而结构的重量会越轻，利于施工进行的同时还节约了材料。（3）要符合连续性的要求，如果使桥梁结构的各个部分形成一个统一的整体，不但使力的传递线路简单直接，还会使结构的受力范围增大，从而能够降低结构受到的整体内力，还能降低材料用量，节约成本。（4）设计时要充分考虑各种材料的组合，充分结合结构的几何形状与受力特征，各种不同材料的优良性能的充分组合，能够减轻结构的整体质量。

结语：

法通常选用定值设计法，主要目的就是满足设计规范要求，达到最低水平的设计，这种设计方法对桥梁结构中存在的许多不确定因素不能进行描述与处理，也不能对适用、经济和安全等指标进行定量性的分析计算，对这些指标之间的矛盾无法进行调和，很难达到三者的均衡。结构化设计能有效解决传统设计方法中的问题，在道路桥梁设计中的应用得到证实，有非常广阔的前景。

参考文献：

[1]刘刚.道路桥梁设计与施工分析[J].民营科技，2012.

[2]李建勋.关于对道路桥梁设计及其施工的分析[J].商品与质量：学术观察，2012.