結構化設計在道路橋梁設計中的應用

張德平

摘 要：現在我國經濟建設已經取得了一定的成果，并且仍然在不斷發展之中。同時與之配套的交通運輸事業發展也非常迅速。在交通行業之中，道路橋梁是一種非常重要的基礎設施，其設計工作本身也已經得到了人們的重視，結構化設計這種理念已經得到了人們的廣泛認可。本文首先探討了結構化設計的重要性，之后簡要說明了其應用要點和原則，希望可以給相關工作的開展提供一些參考。

關鍵詞：結構化設計；道路橋梁設計；計算模型；應用原則；使用價值

對于道路橋梁工程來說，首先保證其結構的安全性和穩定性，才能保證工程能夠正常使用，發揮社會價值。除此之外，在道路橋梁設計和建設的基本原則包括經濟性和適用性。在過去一段時間內我們的設計工作采用的是定值設計，這樣才能滿足于設計規范，但這種設計方式上也存在一定的不完善之處。舉例來說，這種設計方式是不能描述出其結構中的一些不確定因素的，并且也無法通過設計和計算直接確定其實適用性和安全性，很多指標之間存在一些矛盾并且難以調和。但是在新型結構化設計的理念之下， 很多舊有設計方法中存在的問題都會得到有效解決，經過實踐證明效果很好，值得推廣使用。

1 結構化設計重要性探討

在舊有的道路橋梁設計工作當中，設計人員憑借自身的經驗首先判斷出該工程的大衣概況，例如建材的選擇、結構尺寸的確定、制造法工藝的選擇等等，之后才進行結構的分析，之后結合設計的具體情況開展力學實驗，確定結構的可行性，結合實際需要來進行更改?？傮w上來說，這種設計方式可以保證整個工程的安全性和可靠性，但目前我國橋梁設計工作已經變得越來越復雜，所以這種舊有的設計方式已經無法適應時下的要求，并且也難以做到設計的優化，這就需要我們改變設計理念。

結構化設計這種理念是自上而下的細化和模塊化的設計，并且結合結構化程序設計等技術和理念不斷發展最終形成的設計方式。結構化設計的主要思想就首先將整個工程進行拆解，將其分為數個相互獨立的結構。這種設計方式通過結構圖來表示各個設計階段。這種設計方式不僅可以適應當前道路橋梁設計的需求，并且也能直接選出最為合理、最具有經濟性的設計方案。

2 結構化設計的相關原則探討

（1）首先應該選用最為合理的剛度配置，進而確定合理的截面形式。如果想要減輕整個結構的重量，就需要我們不斷對整個結構進行調整，內力分布處于合理狀態，同時所選材料也應該符合于具體的要求。（2）簡化力傳遞的路線，這樣才能更好地提高外荷載的作用，通過有效設計來平衡外荷載，提供支撐反力，這樣才能減輕整個結構的重量，讓材料得到了有效節約。（3）整個橋梁設計應該具有足夠的連續性，讓橋梁各個部分的結構都能整合成一個整體，這樣一來，一方面可以簡化力的傳遞路線，還能提高力的受力面積，提高整個結構的穩定性，同時還能起到節約成本、減輕建筑工程重量的作用。（4）設計過程中重視材料組合所發揮出的作用，并且考慮到不同形狀之下建筑工程所呈現出的受力特點。其實不同材料進行組合，其表現出的整體結構質量也是有所不同的。（5）最后需要我們隊受力構件性能進行研究，這樣才能不斷挖掘整個結構的潛力。橋梁結構的施工內環境本身具有一定的復雜性，所以需要我們提高受力桿的作用，減少材料是用量。

3 結構化設計的不同計算模型

3.1 離散化結構

在道路橋梁結構設計時需要把結構的無限自由度轉化為有限的自由度，也就是把整個結構分為有限個部分，這種劃分就把整個結構進行了離散化的劃分。這種結構化設計形成的離散化的結構有利于受力分析，更容易進行設計施工。

3.2 模型化結構

道路橋梁設計中要運用力學原理對各種結構的內在規律性進行分析，結構化設計能夠做到抓住主要矛盾對結構進行模型化處理，模型化的結構使整個設計變得更加具體，易于施工的正常進行。

3.3 簡化的材料和荷載

結構化設計通常會假設結構的材料是具有理想塑性和理想彈性的，而且用有限的參數來模擬具有無限自由度的隨機荷載。這些有限的參數可以是具有概率特性的參數，也可以是解析式的參數。結構化設計使材料和荷載在計算時變得更加簡化，也利于更好的進行施工前的結構設計。要想使計算結果能夠吻合實際的結構狀況，在很大程度上取決于對計算模型的選取，因要慎重的選擇計算模型，要保證選取的計算模型能夠真正地反映出橋梁結構的實際受力狀況。選取計算模型時，要充分考慮結構化設計在橋梁結構設計中的具體情況，具體情況具體分析，從而制定出最合理的計算模型。

4 結構化設計常用的解法

4.1 圖解法

圖解法適合各種二維結構的設計分析，圖解法的基本思想就是把一個設計變量作為橫坐標，另一個設計變量作為縱坐標，做出符合兩種約束條件的曲線圖形，進而得到上下界限的約束區域，在約束區域內做出目標函數的等值線，這一系列的等值線與可行區域的外邊界相切，所得的切點就是目標函數值。

4.2 求解函數極值

計算函數的極值，首先要把約束不等式變為等式形式，然后再去消除目標函數中的變量，使目標函數變為僅含一個變量的函數，從而可以求出函數的最大最小值，達到結構化設計的目的。

4.3 同態設計法

把不等式約束換作等式約束，縮小了設計空間的可行性，這就是同態設計法。這種方法得到的解是劣于原解的，有時同態設計會得不到解。雖然這種方法有不足之處，但在實際結構設計中仍然有許多的結構構件需要用同態設計法來解決。結構化設計中的同態設計法能使復雜的結構計算問題變得更易于計算。

4.4 網絡搜索的方法

作為一種直觀切原始的方法，網絡搜索法把問題在一定的范圍內劃分成許多的網格點，每個點代表不同的設計，按照一定的規律進行循序漸進的搜索，從而能夠找到代表最優解的網格點。使用該法進行橋梁設計時，首先要固定一個變量，在對其他變量進行由小到大的驗算，在驗算時要使所有的點滿足約束條件。在最后得出的可行的解中，選出最能滿足目標函數的點，這就是所求的最優的解。

5 結束語

經過前文總結，我們已經知道，在社會的發展和經濟的建設過程中，交通運輸事業起到的作用是非常明顯的，而在交通運輸行業中，道路橋梁又是非常重要的基礎設施，所以如果想要推動交通運輸事業的進步，就應該采取有效手段做好道路橋梁工程的設計和建設工作。經過一系列相關實踐我們不難發現，結構化設計這種理念不僅能夠保證整個工程建設的質量，還能讓整個工程具有更高的安全系數，并且也能節約大量資源，這樣看來，這種設計理念是非常適合于當下時代的發展的。

參考文獻

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