结构化设计在桥梁设计中的应用

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摘要：对桥梁采取结构化设计，能有效提高桥梁的稳定性。鉴于此，结合设计工作经验，首先简要阐述了结构化设计的必要性，然后介绍了结构化设计的主要内容，并对桥梁设计中应用结构化设计的可行性进行了分析，最后从离散化结构、模型化结构等方面，深入介绍了结构化设计的计算模型。通过对结构化设计在桥梁设计中的应用研究，希望为相关设计人员提供参考，从而推动结构化设计在我国桥梁设计工作中的运用。

关键词：结构化设计；桥梁设计；离散化结构；模型化结构

0引言

在桥梁设计过程中，结构化设计是桥梁整体设计方案的一个新的发展方向。本文对结构化设计和传统设计方式进行了系统的对比，展示了结构化设计对桥梁建设的意义。针对结构化设计的具体特点，分析了结构化设计对于桥梁建设的作用。对结构化设计中的所有模型进行逐一分析。不同的结构其模型有所不同，但一般情况下不会将不同的模型应用在同一桥梁中。结构化设计的设计解法主要有四个方面，每一种解法的具体作用也是不同的。结构化设计在桥梁建设中的应用逐渐广泛，因此对其具体的应用方向进行了分析，探讨了进行结构化设计时应该遵循的基本原则。

1结构化设计的必要性

结构化设计在传统设计的基础上进行了改良和创新，基本能代替传统设计。在传统设计中，对材料和工艺技术的选择、结构大小等问题上，一般是根据以往的经验进行估计和计算的，最后再进行整体的结构分析，其可行性主要是通过最终检验的方式进行确认的。在传统设计理念中，各个结构的数据并不完全准确，再加上其设计方法存在一定的落后性，因此实际效果存在瑕疵。在结构化设计理念中，其兼顾面较为广泛，能有效覆盖桥梁的每个部位，从而保证桥梁的整体质量。另外，在结构化设计过程中，模块的设计和结构的设计所采用的设计方法都是目前最先进的，从过去的单一结构转变为现在的多模块方式。在当前桥梁设计逐渐复杂的情况下，结构化设计能够更加细致与创新，促进桥梁设计的可持续发展。

2结构化设计的主要内容

结构化的设计方法主要是进行结构化的分解。一般来说，从顶层开始向下进行细化，并对程序结构的设计进行发展。整体思路是将桥梁的设计活动分为几个独立的板块，但板块之间又能够和谐共存，除了概要设计之外，许多环节还需要进行详细设计。结构化设计的表现形式一般为结构图。采取结构化设计，能够提高桥梁建设的可靠度。可靠度是桥梁建设过程中极为重要的一项指标。对于桥梁的可靠度来说，一般有两个重要的影响因素，包括结构构件的荷载效力和抗力。荷载效力受到很多因素的影响。而抗力则很大程度上受材料及其性能的影响。由此可见，对于桥梁的可靠性来说，荷载效力和抗力两方面的模块设计是重中之重，需要进行单独设计。桥梁截面的安全承载指标是首先需要明确的条件，对于桥梁安全来说是最基本的因素。因此，在进行桥梁结构设计时，应首先保证其可靠度。另外，结构的综合荷载效力一般来说不能超过结构的总抗力。因此，在设计过程中应该明确结构的失效标准，其失效模型必须清晰，在此基础之上才能够保证整体桥梁的安全设计。

3桥梁设计中应用结构化设计的可行性

结构化设计为桥梁设计提供了更多的可能性。结构化设计是对设计方案进行综合，选择出最适合的方案。在桥梁设计过程中，结构化设计主要应用在两个方面：首先，是对桥梁整体质量的保障，在当前和今后一段时期之内，结构化设计能够达到国家相关规范和标准的要求；其次，桥梁建成之后，结构化设计能够在最快的时间之内保证桥梁投入正常使用。因此，在桥梁设计过程中，结构化设计具有较高的可行性，其主要的改善途径是提升结构构件的荷载效力和承受力两方面。在设计过程中，需要重点关注这两个方面，这也是结构化设计的重点。通过提高结构构件的荷载效力和承载力，能够提升桥梁的使用性能，提高桥梁的建设水平。在结构化设计中，应该对桥梁设计方案进行科学分析，保证方案的可行性。桥梁的施工环境对于其承载力也会产生一定的影响，因此需要对其安全系数进行分析，模拟相应指标，从而对结构化设计进行完善，保证桥梁的安全使用。

4桥梁结构化设计的基本原则及模型构建

4.1结构化设计的基本原则

对桥梁进行结构化设计，能够在科学的范围内最大程度地减少结构承受的重量。施工中通常会用到不同的施工材料，其刚度和配比需要符合桥梁的截面要求，并且在设计中需要考虑施工的顺利进行。桥梁的施工首先需要保证质量，在保证质量的前提下，节约材料，加快进度。在工程材料以及设备的使用上，结构化设计能够从整体出发，扩大桥梁的使用受力面，对设计方案进行有效优化，从而尽可能地减少不必要的浪费，降低建设成本，延长桥梁的使用寿命。结构化设计有助于维持桥梁的长期性能，安全性能也能够得到有效提高。

4.2离散化结构的构建

离散化结构模型的建立一般来说是将桥梁的设计进行分割，将原来的整体设计细分为多个部分，离散化结构模型能够对新的结构模型进行构建，因此在进行受力分析的过程中，能够有效地对每一个部分进行测试，保证测试的准确性，提高工作效率，并且保证数据的合理性。

5结构化设计的计算模型

5.1离散化结构

离散化的结构是指对结构的无限自由度进行限制，转化为有限自由度，将桥梁细分为多个组成部分，以便更好地进行设计。离散化设计能够将整个工程划分为多个可以自由设计的环节，最后通过整合对不同部分进行分析，主要以分散的模块为主，能够解决较多的实际问题。

5.2模型化结构

模型化结构主要是对力学原理进行应用，对结构内部的规律进行科学的分析，针对主要的矛盾问题进行重点处理。在一般的工程中主要有两种结构，一是刚架结构，二是薄壁结构。通过模型的简化能够将桥梁工程以简洁的方式呈现在图纸中，能够清晰地展示相关结构受力情况，对于可能遇到的受力问题进行预防。

5.3简化材料和荷载

在结构化设计时，会假定工程材料具有理想的塑性和弹性，并且通过有限的参数对无限的随机荷载进行模拟。使用到的参数一般包括两种：一是具有概率的特定的参数，二是解析式的参数。使用结构化的设计方式，使得材料荷载的计算和模拟更加简便。计算模型对于实际施工具有重要的作用，因此，计算模型的选择必须谨慎、严格，根据实际要求进行综合考量，制定出最准确、最适合的计算模型，使其尽可能地符合实际情况，能够反映实际受力，以便针对可能出现的问题及时进行预防。

5.4在混凝土施工中的应用

在桥梁施工过程中，通常采用钢筋混凝土来代替传统混凝土，这就增加了混凝土自身的重量。钢筋混凝土属于混合型材料，性能较为复杂，而且容易受外界环境影响，易被腐蚀。因此，在进行混凝土施工时，需要对钢筋混凝土进行特殊保护，以保证钢筋混凝土的使用寿命。通过结构化设计，可以有效提高混凝土的稳定性、耐久性和抗裂性，保证桥梁的安全性能，提高桥梁的整体使用寿命。

6结语

结构化设计是当前逐渐兴起的新型设计方式，其主要是由程序化设计演变而来，目前在桥梁建设中的应用时间并不长。虽然其本身存在一定的缺陷，但其发展前景非常广阔。在当前的应用中已取得了较为理想的效果，但由于目前还没有得到全面普及，对于结构化设计依然需要加强探索，深入研究，不断改进和完善，以促进桥梁设计水平的提高。

参考文献：

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[3]殷江波，黄红妹.结构化设计在桥梁设计中的应用研究[J].黑龙江交通科技，2016（3）：102-103.

作者：武圣章 徐友才 单位：江西省公路科研设计院