馮玉祥黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

馮玉祥
黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在近些年被道路橋梁建設(shè)廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)即，使單一的設(shè)計(jì)形式向多種形式發(fā)展，設(shè)計(jì)為統(tǒng)一模塊，或者經(jīng)過構(gòu)圖方式使設(shè)計(jì)方案具有結(jié)構(gòu)化。與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)不同，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用，能夠滿足日益復(fù)雜并多樣化發(fā)展的需求；在復(fù)雜的道路橋梁建設(shè)中，能夠?qū)M足其經(jīng)濟(jì)化、技術(shù)水平高端化、科學(xué)化的發(fā)展需求，代替?zhèn)鹘y(tǒng)模式中的不良因素。在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)過程中，需注意道路橋梁的自身狀態(tài)，其地形特征、環(huán)境特征等影響因素，將各類影響因素均列入設(shè)計(jì)中，在設(shè)計(jì)中突出體現(xiàn)各類不利因素的解決情況。通過結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁中的應(yīng)用，既能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，又能夠使道路橋梁建設(shè)進(jìn)入新的發(fā)展空間。

結(jié)構(gòu)化；道路橋梁；設(shè)計(jì)形式；創(chuàng)新

前言：

道路橋梁建設(shè)中結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用給設(shè)計(jì)帶到創(chuàng)新發(fā)展的空間。文章將結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比，分析了結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)對(duì)于道理橋梁建設(shè)的重要性；首先通過對(duì)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了解，分析其設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并列舉考了幾點(diǎn)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)對(duì)于道橋建設(shè)的重要作用。然后將結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的各個(gè)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行分析，不同的結(jié)構(gòu)具有不同的設(shè)計(jì)模型，同時(shí)被應(yīng)用到不同的道橋中。同時(shí)探討了結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)解法，從四個(gè)方面進(jìn)行分析，不同的解法有著不同的作用；最后，根據(jù)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道橋中的應(yīng)用進(jìn)行分析，探討了其應(yīng)用過程中需要遵守的原則，要充分考慮結(jié)構(gòu)化的各個(gè)作用進(jìn)行合理的應(yīng)用。

1 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的必要性

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)不僅能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)，還在其基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其材料的選定、工藝技術(shù)及設(shè)計(jì)大小等均通過經(jīng)驗(yàn)判斷進(jìn)行估算，然后分析整體結(jié)構(gòu)。最后通過檢驗(yàn)的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)檢驗(yàn)來確定設(shè)計(jì)的可行性與合理性。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)于各項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不夠明確，設(shè)計(jì)方法過于老化。與之不同的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中，首先能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)進(jìn)行兼顧，從各個(gè)部位向整體進(jìn)行掌握。設(shè)計(jì)中的各個(gè)模塊設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等均通過先進(jìn)的程序技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從單一的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向多模塊的形式。其設(shè)計(jì)技能滿足日趨復(fù)雜的道橋建設(shè)，同時(shí)也能夠帶來精細(xì)化創(chuàng)新設(shè)計(jì)。有利于道路橋梁的可持續(xù)發(fā)展。

2 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的不同計(jì)算模型

2.1 離散化結(jié)構(gòu)在道路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要把結(jié)構(gòu)的無限自由度轉(zhuǎn)化為有限的自由度，也就是把整個(gè)結(jié)構(gòu)分為有限個(gè)部分，這種劃分就把整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了離散化的劃分。這種結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)形成的離散化的結(jié)構(gòu)有利于受力分析，更容易進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。

2.2 模型化結(jié)構(gòu)道路橋梁設(shè)計(jì)中要運(yùn)用力學(xué)原理對(duì)各種結(jié)構(gòu)的內(nèi)在規(guī)律性進(jìn)行分析，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)能夠做到抓住主要矛盾對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型化處理，模型化的結(jié)構(gòu)使整個(gè)設(shè)計(jì)變得更加具體，易于施工的正常進(jìn)行。

2.3 簡化的材料和荷載結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)通常會(huì)假設(shè)結(jié)構(gòu)的材料是具有理想塑性和理想彈性的，而且用有限的參數(shù)來模擬具有無限自由度的隨機(jī)荷載。這些有限的參數(shù)可以是具有概率特性的參數(shù)，也可以是解析式的參數(shù)。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)使材料和荷載在計(jì)算時(shí)變得更加簡化，也利于更好的進(jìn)行施工前的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。要想使計(jì)算結(jié)果能夠吻合實(shí)際的結(jié)構(gòu)狀況，在很大程度上取決于對(duì)計(jì)算模型的選取，因要慎重的選擇計(jì)算模型，要保證選取的計(jì)算模型能夠真正地反映出橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀況。

3 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)常用的解法

3.1 圖解法圖解法適合各種二維結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析，圖解法的基本思想就是把一個(gè)設(shè)計(jì)變量作為橫坐標(biāo)，另一個(gè)設(shè)計(jì)變量作為縱坐標(biāo)，做出符合兩種約束條件的曲線圖形，進(jìn)而得到上下界限的約束區(qū)域，在約束區(qū)域內(nèi)做出目標(biāo)函數(shù)的等值線，這一系列的等值線與可行區(qū)域的外邊界相切，所得的切點(diǎn)就是目標(biāo)函數(shù)值。

3.2 求解函數(shù)極值計(jì)算函數(shù)的極值，首先要把約束不等式變?yōu)榈仁叫问?，然后再去消除目?biāo)函數(shù)中的變量，使目標(biāo)函數(shù)變?yōu)閮H含一個(gè)變量的函數(shù)，從而可以求出函數(shù)的最大最小值，達(dá)到結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的目的。

3.3 同態(tài)設(shè)計(jì)法把不等式約束換作等式約束，縮小了設(shè)計(jì)空間的可行性，這就是同態(tài)設(shè)計(jì)法。這種方法得到的解是劣于原解的，有時(shí)同態(tài)設(shè)計(jì)會(huì)得不到解。雖然這種方法有不足之處，但在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍然有許多的結(jié)構(gòu)構(gòu)件需要用同態(tài)設(shè)計(jì)法來解決。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中的同態(tài)設(shè)計(jì)法能使復(fù)雜的結(jié)構(gòu)計(jì)算問題變得更易于計(jì)算。

4 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用原則

（1）截面形式選擇的合理性；結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在道路橋梁中的應(yīng)用，由于道橋高速的要求，其材料使用量多，因此加重了對(duì)于道橋自身的重力。因此，在選擇截面形式時(shí)，應(yīng)該選擇重量小，結(jié)構(gòu)符合整體性的截面，例如圓柱截面。同時(shí)將材料設(shè)計(jì)成空碧式，減少對(duì)于道橋自身的壓力。

（2）避免“走彎路”，造成成本的浪費(fèi)。在設(shè)計(jì)過程中要注意支撐力的協(xié)調(diào)性。不僅有利于力的分布均勻，同時(shí)節(jié)省了材料，有利于成本的節(jié)約。

（3）保證道路橋梁結(jié)構(gòu)的連續(xù)性；為了使成本降低，增大整體結(jié)構(gòu)的受力范圍，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中需將各個(gè)結(jié)構(gòu)相互聯(lián)系、相互作用，使各個(gè)結(jié)構(gòu)均勻受力，同時(shí)減少力的作用帶來的壓力；降低使用材料。

（4）注重材料及結(jié)構(gòu)的相互整合。通過對(duì)結(jié)構(gòu)的分析，各個(gè)結(jié)構(gòu)的形狀各不相同，因此其受力的作用強(qiáng)度也不同。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該將各類材料進(jìn)行分類，對(duì)于受力較大的結(jié)構(gòu)使用相對(duì)應(yīng)的形狀和優(yōu)質(zhì)的材料；將形狀與材料向整合，發(fā)揮最優(yōu)作用，增強(qiáng)對(duì)力的支撐作用。

（5）全面掌握各個(gè)部位特征；在道路橋梁的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中，通過對(duì)工程中各個(gè)部位各個(gè)特點(diǎn)的掌握，能夠正確分析其相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，將完善的設(shè)計(jì)方案對(duì)應(yīng)適合其特征的道橋建設(shè)，不僅有利于對(duì)于工程的掌握，還能夠在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中準(zhǔn)確做出選擇。減少工作量，使道橋建設(shè)高效性運(yùn)作。

總結(jié)：

道路橋梁中結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用，代替了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式；為道路橋梁架設(shè)提哦共準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。同構(gòu)對(duì)于結(jié)構(gòu)的全面分析，將各個(gè)部位進(jìn)行協(xié)調(diào)、組合，擇出最優(yōu)方案應(yīng)用與道橋建設(shè)中。通過截面的選擇、結(jié)構(gòu)的形式的選擇、以及對(duì)受力情況的等各個(gè)方面的了解。分析出圓柱截面有利于節(jié)省材料、結(jié)構(gòu)形式需要具備整體性、受力范圍大對(duì)道橋壓力小等情況。結(jié)構(gòu)化的應(yīng)用，為道路橋梁建設(shè)帶來了創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)理念，打破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)格局；為道路橋梁建設(shè)帶來了高效的經(jīng)濟(jì)，成本的節(jié)約以及質(zhì)量的保證。為我國道橋建設(shè)事業(yè)的發(fā)展提供了保障。

[1]楊玲.橋梁設(shè)計(jì)常見的問題及解決措施[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2012(06)