对道路桥梁结构化设计的应用探讨

对道路桥梁结构化设计的应用探讨

吴彦霞楼润中

义乌市交通设计有限公司

【摘要】随着我国经济的迅猛发展和城市化进程的不断加快，对我国城市基础建设提出了更高的要求，推动了基础设施的建设项目的大规模开展。随着公路的桥梁的建设工程日益增加，而结构化设计对道路桥梁来说至关重要，本文通过从道路桥梁结构设计重要性的角度出发，对不同计算模型以及常用解法的介绍，进而探讨了其应用原则，仅供参考。

【关键词】道路桥梁；结构化设计；探讨

随着我国交通基础建设的迅速发展，桥梁建设技术日新月异，但是加强道路桥梁结构化设计依然是一件很重要的事。道路桥梁水平决定着桥梁的经济社会效益，也关系着桥梁的施工安全及使用安全，科学合理地进行设计是保证桥梁建设工程顺利推进的基础。桥梁在设计过程中一旦存在问题，就很有可能会留下严重的安全隐患，甚至会造成重大的人员伤亡及经济损失，进而带来严重的不良社会影响。

1道路桥梁结构化设计中应用的重要性

道路桥梁建设过程中，以前的设计主要分为三步：第一步，按照相关人员的设计道路桥梁的经验，形成简单的设计雏形，这个设计雏形包括这个道路桥梁使用哪些原材、大概的布局以及结构大概的尺寸等；第二步，对道路桥梁的结构进行具体的分析，深入调查，形成简单的设计方案；第三步，力学分析，这是很关键的一步，因为这个环节能够真正的检验出上一步骤设计出的道路桥梁结构是否具有可行性，如果符合相关要求，就利用该方案，如果不符合要求就根本设计缺陷进行不断地修改，直至完全符合要求，最终形成设计方案。这种设计方案优势十分突出，它能够完全符合道路桥梁建设的要求，但是它只考虑到道路桥梁的安全性与可行性，对其他更多的因素并没有过多的考虑，如果遇到结构复杂的道路桥梁，传统的设计方法很难起作用。所以对传统的设计方法进行结构性的改良很重要。

结构化设计的主要特点就是模块化设计，每一个模块都是独立的，并且功能单一，主要涵盖两种设计，一种是详细设计，而另一种是概要设计，它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道路桥梁结构化设计不同的计算模型

首先，离散化结构。这种结构简单的说就是将道路桥梁的结构自由度的无限性划分为有限性，换句话说，就是将道路桥梁的整个结构划分为每一个单一独立的结构。这结构设计有很多的优势，最突出的有两点，一点是容易进行受力分析；另一点是设计施工简单方便。其次，模型化结构。很多的道路桥梁在设计时都要对其进行力学分析，然后把道路桥梁结构自身存在的规律总结出来，而这中设计模型，能够在总结的规律中找出最重要的矛盾，对进行分析，而且可以利用模型具体明确的展现出来，真实形象，对指导道路桥梁施工有很重要的意义。最后，材料和荷载尽可能简化。利用结构化设计方法，一般都会将道路桥梁结构所使用的材料想象成最理想的状态，比如弹性和塑性都能够达到最佳的效果，并且经常使用有限参数来表现道路桥梁的随机荷载。这些有限的参数有两种类型，一种是概率性的参数；另一种是解析式的参数。这样就将道路桥梁所使用的材料以及随机荷载在计算的时候变得不复杂，方便了道路桥梁在施工前期对其进行结构设计。要想计算出来的结果与实际道理桥梁需要的结构相同，最为重要的就是计算模型的选取，相关人员应该根据道路桥梁结构的不用来选择不同的计算模型，特别是要注意结构化设计在道路桥梁中具体的应用情况，根据这个情况来选择计算模型会更加的合理有效。

3道路桥梁设计中结构化设计普遍使用的解法

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。

3．4网络搜索的方法。作为一种直观且原始的方法，网络搜索法把问题在一定的范围内划分成许多的网格点，每个点代表不同的设计，按照一定的规律进行循序渐进的搜索，从而能够找到代表最优解的网格点。使用该法进行桥梁设计时，首先要固定一个变量，在对其他变量进行由小到大的验算，在验算时要使所有的点满足约束条件。在最后得出的可行的解中，选出最能满足目标函数的点，这就是所求的最优的解。

4结构化设计在道路桥梁设计中的应用原则

第一，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；第二，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；第三，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；第四，充分研究各主要受力构件的性能，发挥其潜力。桥梁结构根据不同的施工要求需要在不同的复杂环境中工作，结构化设计对结构的各种使用情况进行设计，为了使主要的受力杆数量减少，要让受力杆在各种设计情况下充分发挥作用，以期达到综合运用的目的，从而节省材料用量，缩减成本。

5结束语

综上所述，桥梁设计的重要性是不可而喻的，在我国，交通问题的关键所在主要是道路桥梁的建设和设计，如何的建造出即经济又质量过硬的道路和桥梁就成为了至关重要的问题，只有做好道路桥梁的设计工作，才能在接下来的道路桥梁施工中取得更好的效果。结构化设计是我国道路桥梁设计发展的必然选择，随着结构化设计水平不断地发展，会出现更多的结构化设计方案，希望此文为相关道路桥梁设计人员提供借鉴。

参考文献：

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