結構化設計在橋梁設計中的應用

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摘要：對橋梁采取結構化設計，能有效提高橋梁的穩(wěn)定性。鑒于此，結合設計工作經驗，首先簡要闡述了結構化設計的必要性，然后介紹了結構化設計的主要內容，并對橋梁設計中應用結構化設計的可行性進行了分析，最后從離散化結構、模型化結構等方面，深入介紹了結構化設計的計算模型。通過對結構化設計在橋梁設計中的應用研究，希望為相關設計人員提供參考，從而推動結構化設計在我國橋梁設計工作中的運用。

關鍵詞：結構化設計；橋梁設計；離散化結構；模型化結構

0引言

在橋梁設計過程中，結構化設計是橋梁整體設計方案的一個新的發(fā)展方向。本文對結構化設計和傳統(tǒng)設計方式進行了系統(tǒng)的對比，展示了結構化設計對橋梁建設的意義。針對結構化設計的具體特點，分析了結構化設計對于橋梁建設的作用。對結構化設計中的所有模型進行逐一分析。不同的結構其模型有所不同，但一般情況下不會將不同的模型應用在同一橋梁中。結構化設計的設計解法主要有四個方面，每一種解法的具體作用也是不同的。結構化設計在橋梁建設中的應用逐漸廣泛，因此對其具體的應用方向進行了分析，探討了進行結構化設計時應該遵循的基本原則。

1結構化設計的必要性

結構化設計在傳統(tǒng)設計的基礎上進行了改良和創(chuàng)新，基本能代替?zhèn)鹘y(tǒng)設計。在傳統(tǒng)設計中，對材料和工藝技術的選擇、結構大小等問題上，一般是根據(jù)以往的經驗進行估計和計算的，最后再進行整體的結構分析，其可行性主要是通過最終檢驗的方式進行確認的。在傳統(tǒng)設計理念中，各個結構的數(shù)據(jù)并不完全準確，再加上其設計方法存在一定的落后性，因此實際效果存在瑕疵。在結構化設計理念中，其兼顧面較為廣泛，能有效覆蓋橋梁的每個部位，從而保證橋梁的整體質量。另外，在結構化設計過程中，模塊的設計和結構的設計所采用的設計方法都是目前最先進的，從過去的單一結構轉變?yōu)楝F(xiàn)在的多模塊方式。在當前橋梁設計逐漸復雜的情況下，結構化設計能夠更加細致與創(chuàng)新，促進橋梁設計的可持續(xù)發(fā)展。

2結構化設計的主要內容

結構化的設計方法主要是進行結構化的分解。一般來說，從頂層開始向下進行細化，并對程序結構的設計進行發(fā)展。整體思路是將橋梁的設計活動分為幾個獨立的板塊，但板塊之間又能夠和諧共存，除了概要設計之外，許多環(huán)節(jié)還需要進行詳細設計。結構化設計的表現(xiàn)形式一般為結構圖。采取結構化設計，能夠提高橋梁建設的可靠度。可靠度是橋梁建設過程中極為重要的一項指標。對于橋梁的可靠度來說，一般有兩個重要的影響因素，包括結構構件的荷載效力和抗力。荷載效力受到很多因素的影響。而抗力則很大程度上受材料及其性能的影響。由此可見，對于橋梁的可靠性來說，荷載效力和抗力兩方面的模塊設計是重中之重，需要進行單獨設計。橋梁截面的安全承載指標是首先需要明確的條件，對于橋梁安全來說是最基本的因素。因此，在進行橋梁結構設計時，應首先保證其可靠度。另外，結構的綜合荷載效力一般來說不能超過結構的總抗力。因此，在設計過程中應該明確結構的失效標準，其失效模型必須清晰，在此基礎之上才能夠保證整體橋梁的安全設計。

3橋梁設計中應用結構化設計的可行性

結構化設計為橋梁設計提供了更多的可能性。結構化設計是對設計方案進行綜合，選擇出最適合的方案。在橋梁設計過程中，結構化設計主要應用在兩個方面：首先，是對橋梁整體質量的保障，在當前和今后一段時期之內，結構化設計能夠達到國家相關規(guī)范和標準的要求；其次，橋梁建成之后，結構化設計能夠在最快的時間之內保證橋梁投入正常使用。因此，在橋梁設計過程中，結構化設計具有較高的可行性，其主要的改善途徑是提升結構構件的荷載效力和承受力兩方面。在設計過程中，需要重點關注這兩個方面，這也是結構化設計的重點。通過提高結構構件的荷載效力和承載力，能夠提升橋梁的使用性能，提高橋梁的建設水平。在結構化設計中，應該對橋梁設計方案進行科學分析，保證方案的可行性。橋梁的施工環(huán)境對于其承載力也會產生一定的影響，因此需要對其安全系數(shù)進行分析，模擬相應指標，從而對結構化設計進行完善，保證橋梁的安全使用。

4橋梁結構化設計的基本原則及模型構建

4.1結構化設計的基本原則

對橋梁進行結構化設計，能夠在科學的范圍內最大程度地減少結構承受的重量。施工中通常會用到不同的施工材料，其剛度和配比需要符合橋梁的截面要求，并且在設計中需要考慮施工的順利進行。橋梁的施工首先需要保證質量，在保證質量的前提下，節(jié)約材料，加快進度。在工程材料以及設備的使用上，結構化設計能夠從整體出發(fā)，擴大橋梁的使用受力面，對設計方案進行有效優(yōu)化，從而盡可能地減少不必要的浪費，降低建設成本，延長橋梁的使用壽命。結構化設計有助于維持橋梁的長期性能，安全性能也能夠得到有效提高。

4.2離散化結構的構建

離散化結構模型的建立一般來說是將橋梁的設計進行分割，將原來的整體設計細分為多個部分，離散化結構模型能夠對新的結構模型進行構建，因此在進行受力分析的過程中，能夠有效地對每一個部分進行測試，保證測試的準確性，提高工作效率，并且保證數(shù)據(jù)的合理性。

5結構化設計的計算模型

5.1離散化結構

離散化的結構是指對結構的無限自由度進行限制，轉化為有限自由度，將橋梁細分為多個組成部分，以便更好地進行設計。離散化設計能夠將整個工程劃分為多個可以自由設計的環(huán)節(jié)，最后通過整合對不同部分進行分析，主要以分散的模塊為主，能夠解決較多的實際問題。

5.2模型化結構

模型化結構主要是對力學原理進行應用，對結構內部的規(guī)律進行科學的分析，針對主要的矛盾問題進行重點處理。在一般的工程中主要有兩種結構，一是剛架結構，二是薄壁結構。通過模型的簡化能夠將橋梁工程以簡潔的方式呈現(xiàn)在圖紙中，能夠清晰地展示相關結構受力情況，對于可能遇到的受力問題進行預防。

5.3簡化材料和荷載

在結構化設計時，會假定工程材料具有理想的塑性和彈性，并且通過有限的參數(shù)對無限的隨機荷載進行模擬。使用到的參數(shù)一般包括兩種：一是具有概率的特定的參數(shù)，二是解析式的參數(shù)。使用結構化的設計方式，使得材料荷載的計算和模擬更加簡便。計算模型對于實際施工具有重要的作用，因此，計算模型的選擇必須謹慎、嚴格，根據(jù)實際要求進行綜合考量，制定出最準確、最適合的計算模型，使其盡可能地符合實際情況，能夠反映實際受力，以便針對可能出現(xiàn)的問題及時進行預防。

5.4在混凝土施工中的應用

在橋梁施工過程中，通常采用鋼筋混凝土來代替?zhèn)鹘y(tǒng)混凝土，這就增加了混凝土自身的重量。鋼筋混凝土屬于混合型材料，性能較為復雜，而且容易受外界環(huán)境影響，易被腐蝕。因此，在進行混凝土施工時，需要對鋼筋混凝土進行特殊保護，以保證鋼筋混凝土的使用壽命。通過結構化設計，可以有效提高混凝土的穩(wěn)定性、耐久性和抗裂性，保證橋梁的安全性能，提高橋梁的整體使用壽命。

6結語

結構化設計是當前逐漸興起的新型設計方式，其主要是由程序化設計演變而來，目前在橋梁建設中的應用時間并不長。雖然其本身存在一定的缺陷，但其發(fā)展前景非常廣闊。在當前的應用中已取得了較為理想的效果，但由于目前還沒有得到全面普及，對于結構化設計依然需要加強探索，深入研究，不斷改進和完善，以促進橋梁設計水平的提高。

參考文獻：

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作者：武圣章 徐友才 單位：江西省公路科研設計院