結(jié)構(gòu)化設(shè)計在橋梁設(shè)計中的應(yīng)用

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

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)化設(shè)計；橋梁設(shè)計；離散化結(jié)構(gòu)；模型化結(jié)構(gòu)

0引言

在橋梁設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計是橋梁整體設(shè)計方案的一個新的發(fā)展方向。本文對結(jié)構(gòu)化設(shè)計和傳統(tǒng)設(shè)計方式進行了系統(tǒng)的對比，展示了結(jié)構(gòu)化設(shè)計對橋梁建設(shè)的意義。針對結(jié)構(gòu)化設(shè)計的具體特點，分析了結(jié)構(gòu)化設(shè)計對于橋梁建設(shè)的作用。對結(jié)構(gòu)化設(shè)計中的所有模型進行逐一分析。不同的結(jié)構(gòu)其模型有所不同，但一般情況下不會將不同的模型應(yīng)用在同一橋梁中。結(jié)構(gòu)化設(shè)計的設(shè)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(jié)構(gòu)化設(shè)計在橋梁建設(shè)中的應(yīng)用逐漸廣泛，因此對其具體的應(yīng)用方向進行了分析，探討了進行結(jié)構(gòu)化設(shè)計時應(yīng)該遵循的基本原則。

1結(jié)構(gòu)化設(shè)計的必要性

結(jié)構(gòu)化設(shè)計在傳統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上進行了改良和創(chuàng)新，基本能代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)計。在傳統(tǒng)設(shè)計中，對材料和工藝技術(shù)的選擇、結(jié)構(gòu)大小等問題上，一般是根據(jù)以往的經(jīng)驗進行估計和計算的，最后再進行整體的結(jié)構(gòu)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(shè)計理念中，各個結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)并不完全準確，再加上其設(shè)計方法存在一定的落后性，因此實際效果存在瑕疵。在結(jié)構(gòu)化設(shè)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(zhì)量。另外，在結(jié)構(gòu)化設(shè)計過程中，模塊的設(shè)計和結(jié)構(gòu)的設(shè)計所采用的設(shè)計方法都是目前最先進的，從過去的單一結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的多模塊方式。在當前橋梁設(shè)計逐漸復(fù)雜的情況下，結(jié)構(gòu)化設(shè)計能夠更加細致與創(chuàng)新，促進橋梁設(shè)計的可持續(xù)發(fā)展。

2結(jié)構(gòu)化設(shè)計的主要內(nèi)容

結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法主要是進行結(jié)構(gòu)化的分解。一般來說，從頂層開始向下進行細化，并對程序結(jié)構(gòu)的設(shè)計進行發(fā)展。整體思路是將橋梁的設(shè)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(shè)計之外，許多環(huán)節(jié)還需要進行詳細設(shè)計。結(jié)構(gòu)化設(shè)計的表現(xiàn)形式一般為結(jié)構(gòu)圖。采取結(jié)構(gòu)化設(shè)計，能夠提高橋梁建設(shè)的可靠度?？煽慷仁菢蛄航ㄔO(shè)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(jié)構(gòu)構(gòu)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(shè)計是重中之重，需要進行單獨設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)首先保證其可靠度。另外，結(jié)構(gòu)的綜合荷載效力一般來說不能超過結(jié)構(gòu)的總抗力。因此，在設(shè)計過程中應(yīng)該明確結(jié)構(gòu)的失效標準，其失效模型必須清晰，在此基礎(chǔ)之上才能夠保證整體橋梁的安全設(shè)計。

3橋梁設(shè)計中應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計的可行性

結(jié)構(gòu)化設(shè)計為橋梁設(shè)計提供了更多的可能性。結(jié)構(gòu)化設(shè)計是對設(shè)計方案進行綜合，選擇出最適合的方案。在橋梁設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計主要應(yīng)用在兩個方面：首先，是對橋梁整體質(zhì)量的保障，在當前和今后一段時期之內(nèi)，結(jié)構(gòu)化設(shè)計能夠達到國家相關(guān)規(guī)范和標準的要求；其次，橋梁建成之后，結(jié)構(gòu)化設(shè)計能夠在最快的時間之內(nèi)保證橋梁投入正常使用。因此，在橋梁設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計具有較高的可行性，其主要的改善途徑是提升結(jié)構(gòu)構(gòu)件的荷載效力和承受力兩方面。在設(shè)計過程中，需要重點關(guān)注這兩個方面，這也是結(jié)構(gòu)化設(shè)計的重點。通過提高結(jié)構(gòu)構(gòu)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(shè)水平。在結(jié)構(gòu)化設(shè)計中，應(yīng)該對橋梁設(shè)計方案進行科學(xué)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(chǎn)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(yīng)指標，從而對結(jié)構(gòu)化設(shè)計進行完善，保證橋梁的安全使用。

4橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計的基本原則及模型構(gòu)建

4.1結(jié)構(gòu)化設(shè)計的基本原則

對橋梁進行結(jié)構(gòu)化設(shè)計，能夠在科學(xué)的范圍內(nèi)最大程度地減少結(jié)構(gòu)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(shè)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(zhì)量，在保證質(zhì)量的前提下，節(jié)約材料，加快進度。在工程材料以及設(shè)備的使用上，結(jié)構(gòu)化設(shè)計能夠從整體出發(fā)，擴大橋梁的使用受力面，對設(shè)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(shè)成本，延長橋梁的使用壽命。結(jié)構(gòu)化設(shè)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(jié)構(gòu)的構(gòu)建

離散化結(jié)構(gòu)模型的建立一般來說是將橋梁的設(shè)計進行分割，將原來的整體設(shè)計細分為多個部分，離散化結(jié)構(gòu)模型能夠?qū)π碌慕Y(jié)構(gòu)模型進行構(gòu)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(jié)構(gòu)化設(shè)計的計算模型

5.1離散化結(jié)構(gòu)

離散化的結(jié)構(gòu)是指對結(jié)構(gòu)的無限自由度進行限制，轉(zhuǎn)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(shè)計。離散化設(shè)計能夠?qū)⒄麄€工程劃分為多個可以自由設(shè)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(jié)構(gòu)

模型化結(jié)構(gòu)主要是對力學(xué)原理進行應(yīng)用，對結(jié)構(gòu)內(nèi)部的規(guī)律進行科學(xué)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(jié)構(gòu)，一是剛架結(jié)構(gòu)，二是薄壁結(jié)構(gòu)。通過模型的簡化能夠?qū)蛄汗こ桃院啙嵉姆绞匠尸F(xiàn)在圖紙中，能夠清晰地展示相關(guān)結(jié)構(gòu)受力情況，對于可能遇到的受力問題進行預(yù)防。

5.3簡化材料和荷載

在結(jié)構(gòu)化設(shè)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(jié)構(gòu)化的設(shè)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(yù)防。

5.4在混凝土施工中的應(yīng)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(fù)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(jié)構(gòu)化設(shè)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(jié)語

結(jié)構(gòu)化設(shè)計是當前逐漸興起的新型設(shè)計方式，其主要是由程序化設(shè)計演變而來，目前在橋梁建設(shè)中的應(yīng)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(yīng)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(jié)構(gòu)化設(shè)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(shè)計水平的提高。

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作者：武圣章 徐友才 單位：江西省公路科研設(shè)計院