桥梁设计中结构化设计应用研究

张宇

（新余公路勘察设计院，江西新余 338000）

0 引言

到2020年底，国内已经实现了桥梁工程项目80 万余座。在确保有效的数量前提下，还应该结合桥梁的设计情况，提升整体质量。根据相关机构的统计数据显示，在2007—2011年期间，我国国内共发生了17 次大型的桥梁坍塌事故，对人民的生命财产安全带来了严重的威胁。从桥梁事故诱发的原因来看，主要是建筑过程中质量不达标导致的。因此，结构化设计成为桥梁整体设计方案的一个新的发展方向。针对结构化设计的具体特点，分析了结构化设计对桥梁的作用，从而推动结构化设计在桥梁设计工作中的应用，有效提高桥梁的稳定性。

1 优化结构设计的重要性

1.1 确保桥梁设计结构质量的全面提升

从传统的桥梁设计来看，我国的桥梁结构设计具有较强的技术优势，但依旧存在一些局限性，很难适应当代桥梁的发展。桥梁设计要结合结构化设计的具体内容，不仅能够保证桥梁的安全质量效果，而且也可以提升整体的稳定性，确保结构成本的优化升级，以提升桥梁的耐久性与承载力。从专业视角出发，设计人员要严格按照要求，做好自身综合素养的提升，全面推动桥梁领域的各项处理工作，寻找有效的施工经验和方法，更好地适应当代桥梁发展的整体需要[1]。

1.2 桥梁工程设计的未来发展趋势

桥梁结构设计是行业所关注的对象，设计人员要结合传统的设计理念，设计出具有创新的设计方案，不但能够更好地适应当代交通行业的建设需求，还可以满足人们多样的社会生活。因此要做好建设材料的选择工作，了解具体的桥梁结构布局，更好地适应全新的工艺需求。结构化设计是一种全新的理念，是当前桥梁建设技术变革的一种突出表现。在实际发展的历史中，需要充分发挥BIM 技术、云计算机计算技术等各项现代化技术的优势，更好地推动桥梁的整体发展和建设。

在建设桥梁工程过程中，工作人员应该严格按照功能性的需求，优化设计方案，平衡内部的逻辑关系，全面提升设计人员和建设人员的综合素养。在选择建筑材料时，还要以项目的整体结构作为基础，确保力学理论的全方位落实，实现当前设计方案的优化升级，满足多样化的设计需求，为今后的桥梁结构设计提供有效的方案[2]。

1.3 桥梁施工可行性的提升

设计人员要结合具体的桥梁形态构造，选择合适的材料和设备进行施工处理，确保结构的稳定性和有效性。在进行力学分析时，要对当前的数据进行精确把握，尽最大的可能进行优化升级。从目前桥梁结构来看，面对日益复杂的桥梁结构形式，设计的难度也在逐渐上升。然而桥梁施工在结构化设计的支持下，不仅要对自身的设计可行性进行评估，还要在安全性达标的前提基础上提升桥梁的最佳效果。只有做好设计和施工之间的衔接，才能够满足施工的整体需求。相关人员还要结合有效的施工环境做出处理，通过灵活的设计方案保证施工质量的有效性，进而增加桥梁的安全系数，做好风险性识别，严格按照标准化的生产流程，提升桥梁的承载力，更好地保证桥梁的使用性能发挥。

2 结构化设计模型的构建

2.1 简化材料的荷载设计

在进行结构化设计的操作过程中，应该充分分析相对应的材料，通过理想的弹性和塑性模型的构建，做好科学的设置和分析，只有做好参数的分析工作，才能确保结构材料的自由性，进而引起内部结构的变化和升级。与此同时，可以通过相关软件进行建档处理，分析立体化结构设计的整体思路，充分考虑荷载力和材料的各项因素，并对当前的设计方案进行全面调整和优化。在材料荷载设计的全面支持下，能够充分了解材料的性能，进一步对材料的各项指标进行审核升级，保证材料的整体荷载能力[3]。除此之外，在计算机模型的合理选择过程中，还要结合桥梁的实际结构，形成统一的规划，充分了解桥梁的实际受力情况，更好地展现出桥梁结构的真实受力变化值，保证计算结果符合设计规范。为了能够让结构化设计方案适应桥梁的实际建设需求，设计人员要充分计算构件的具体模型，了解模型内部的具体状况，形成三位一体的立体模型布局，通过与实际场景的对比分析，保证计算模型的科学性和有效性。

2.2 模型化设计

在进行结构化设计时，所设计的模型化结构一般会通过力学原理对桥梁结构进行拆分，并对拆分的部分做出适当的调整。因此，为了使得桥梁结构设计更加科学具体，应当严格按照指定的顺序逐步推进，把握桥梁结构的主体矛盾，充分运用原理知识，明确内部结构的规律，确保施工的便捷性。

2.3 离散式模型

所谓的离散式模型就是将原来的结构进行多个部分的拆分，进而获取全新的结构化设计模型形式。这种模型目前已经被广泛地应用到当前的工作中。在进行结构化设计时，为了确保不同结构之间的受力效果，要充分了解模型的基本形态，严格把握结构的自由度，通过理想化的设计理念，提升整体结构设计目标。只有将结构无限地进行自由度的调节，才能凭借理想化的结构设计来提高设计的效果和水平。

3 桥梁设计中结构化设计的应用情况

3.1 防水设计

首先，选择合适的施工材料并参考地形地貌和自然条件特征，做好设计的全方位处理，避免雨水和积水给路面结构带来全面的破坏。所以要做好排水管道的设计和安装工作，根据项目规模的大小以及地形地貌特征，合理设计管道的类型。同时施工人员要严格按照图纸规划做出调整，全面推动排水管道的位置建设，并使其能在较短的时间内进行排放。除此之外，排水管道的位置和密度也要结合各项考量标准对管道质量进行把控，选择质量较高的排水管道，避免出现水渗出管道的现象。

其次，在进行防水设计时，为了保证管道的延展性和抗拉伸性，一定要形成稳定的防水材料和路面结构，为后期的防水结构提供更多的抗拉强度和黏性目标，必要时将混凝土和路面摊铺形成一个完整的整体。

再次，为了保证路面的完整状态，合理安排路面和混凝土结构，需要做好整体的抗拉强度提升工作，确保路面的黏结性，使其符合相应的标准，避免出现脱落和起皮的现象。

最后，技术人员在进行防水层的设计时，要选择合适的材料进行处理，尤其是要关注密实性较好的混凝土材料，通过复合纤维混凝土的规整，不断提升桥梁的防水性能。除此之外，要在设计的过程中增加钢筋网，将钢筋网和混凝土充分融合，降低混凝土出现的各种变化，避免出现严重的裂缝，更好地提升混凝土的强度，维持混凝土的整体态势，进而达到良好的防水目标[4]。

3.2 混凝土施工设计

首先，更好地保证混凝土的效果，维持有效的功能和状态，一定要做好混凝土的各项开裂处理，了解具体的形式，优化构造配筋，降低混凝土开裂的概率。从某种程度上来说，这样可以延长桥梁的使用周期，避免整体的结构受到破坏。

其次，为了保证混凝土的配合比符合要求，要严格约束当前的施工行为，做好混凝土设计标准控制工作，维持混凝土施工的耐久性。混凝土材料的质量会给整体的材料质量带来影响，因此在设计过程中要选择优良的原材料，并对设计的整体结构和布局做出调整。传统的桥梁设计往往更加关注的是整体的可行性与安全性，而忽略了耐久性的提升，从而导致造成桥梁的使用寿命缩短，进而引起较大的安全隐患，甚至引发安全事故。所以在桥梁结构设计过程中，要充分考虑整体的稳定性与耐久性，通过原材料的控制，把握其中的耐久性能，避免出现偷工减料的现象。

做好混凝土保护层的全方位设计，保证混凝土的整体系数，强化混凝土的抗腐蚀性。在桥梁设计的环节中，还要结合混凝土的基本特征，做好优化升级，增强混凝土的保护厚度。

在实际使用过程中，因为受到外部的因素干扰和影响，可能会给桥梁的使用寿命带来影响，进而影响到最终的强度和安全系数。所以为了确保混凝土的使用效果，技术人员应该充分把握混凝土的厚度，保护混凝土的内在形式，增加混凝土铺设的力度，优化混凝土内部的防腐效果和目标。除此之外，要动态控制开裂的状态，一般会增加额外的钢筋混凝土来提升整体的抗裂效果。

3.3 主梁结构的施工设计和规范

桥梁工程的建设关乎城市的整体发展，甚至也会影响到人民群众的生命财产安全。在进行设计时，不仅要确保桥梁结构的基本能力，而且也要尽最大的可能控制整体的传递性，全面把握其中的安全性和可靠性。在建筑材料的选择中，由于存在不一样的性能和适用范围，在具体的实施环节中要严格按照要求，选择低成本、高质量的建筑材料。从整体的视野出发，我们要充分发挥装配式简支结构的优势，在独立吊装和运输的前提下，实现科学的安装和拼凑。为了降低成本，消除外部自然条件变化的影响，一定要了解主梁桥梁结构的承重部分，提升内部的均匀性。只有通过合理的计算，对杠杆法进行优化，才能找到偏心受压的形式，进而更好地实现标准化的生产和施工[5]。

比如，我国某地为了缓解周围的交通压力，设计双向4 车道的高架桥，该桥最高车速可达80km/h，能够承受7 级以上的地震。高架桥的设置可以有效地缓解当前的交通压力，满足各项组织化需求，降低不必要的成本开支和造价管控。在进行施工操作时，应当从综合考虑的角度出发，了解结构优化的形式，把握桥梁结构的稳定性和有效性。而在对桥梁桩基进行勘察时，基本判定为当地属于软土地基。由于地下管道会存在许多方面的问题，因此会选择预制钢筋混凝土打入桩的形式进行处理。为了强化当前的施工效果，要结合管线的具体走向合理选择有效的技术形式，从而减少周围土层带来的影响和制约。在桥墩设计的过程中，为了减少外部的车辆影响，应该将宽度和厚度分别设置为14.1m 和2.6m。同时，在进行基础设计时，也要做好悬臂长度的控制，进而降低整体的造价，提升实际的稳定[6]。

3.4 应用于抗震结构设计

当减隔震技术运用到桥梁结构中，从外表面无法看出其与普通桥梁之间是否存在一定的差异，这种结构设计方案要保证桥梁的底部和地基能够实现充分的融合。首先，在二者之间需要增加隔震层的桥梁，在底部位置上加入隔震层装置。只有该装置与地面实现完美的贴合，才能够起到减震的效果。其次，在进行结构设计的过程中，应当充分考虑桥梁的美观度，发挥其真正的内在形式，尤其是要保证水平刚度中心与隔震层之间的重心处于一致的状态。最后，要做好水平方向位移的限定，保证桥梁结构的灵活性，有效抵抗外部力量带来的损坏，使其符合整体的交通运行需求。

在全面提升整体的刚度之后，还要保证竖向的负载能力，即便受到水平压力的影响，也能够实现最低水平的调整。尤其是地震发生较为强烈的状态下，为了保证抗震效果，一定要维持桥梁整体结构的稳定，避免出现大面积的坍塌现象。桥梁不仅可以在地震的过程中维持其原有的复位性能，还可以在较短的时间内自动恢复到地震前的整体水平。从国内现行的桥梁工程情况来看，因为缺乏有效的自我修复能力，因此大多数桥梁在受到外部影响之后，都需要有人工进行干预，才能够进行性能的恢复。

4 结语

在当前社会经济快速发展的背景下，对桥梁结构进行设计时，需要从现代社会的发展需求出发，全面提升桥梁的稳定性和整体性。坚持结构化设计理念与技术相协调，围绕标准化的建设需求，全面推动桥梁质量的提升工作，更好地发挥桥梁的整体性能。只有做好质量控制、关键点的全面处理，才能够推动国内交通行业的快速发展，为人们营造一个良好安全的交通环境。