胡君勝
【摘要】為滿足現(xiàn)代城市日益增長的交通需求,城市一直在持續(xù)開展道路建設(shè)工作,為了保障工程質(zhì)量,在原則上應(yīng)當(dāng)先進(jìn)行相關(guān)設(shè)計,通過設(shè)計方案來引導(dǎo)工程朝著高質(zhì)量方向進(jìn)行,這是保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)。但為了確保設(shè)計方案能夠正確引導(dǎo)工程建設(shè),有必要采用先進(jìn)的設(shè)計方法,對此本文主要研究了結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法,主要了解其在道路設(shè)計中的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)化設(shè)計;道路設(shè)計;應(yīng)用
結(jié)構(gòu)化設(shè)計是一種具有高連續(xù)性特征的設(shè)計方法,可以根據(jù)整個工程的荷載、工程整體結(jié)構(gòu)來分析工程各部位的受力范圍、壓力數(shù)值等,之后針對分析結(jié)果對工程每個結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。該方法的應(yīng)用在現(xiàn)代道路設(shè)計中十分常見,可以對原有設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,降低整體工程的成本總量、提高工程安全水平,因此,結(jié)構(gòu)化設(shè)計的應(yīng)用價值較高。
1、道路設(shè)計中結(jié)構(gòu)化設(shè)計步驟
1.1模型建設(shè)
在結(jié)構(gòu)化設(shè)計應(yīng)用當(dāng)中,模型構(gòu)建是基礎(chǔ)工作。通過建??梢缘玫降缆氛w或某部位的模型,模型可以計算得出當(dāng)前工程載荷因素表現(xiàn),對于表現(xiàn)不佳的部位進(jìn)行優(yōu)化即可。關(guān)于模型建設(shè)工作,主要分為3個步驟,即離散化設(shè)計、模型化設(shè)計、模型簡化設(shè)計,具體內(nèi)容見下文。
1.1.1離散化設(shè)計
離散化設(shè)計主要針對道路整體結(jié)構(gòu),通過細(xì)化方法將其變?yōu)槎鄠€離散結(jié)構(gòu),再從數(shù)學(xué)視角上將其原有的無限自由度調(diào)整為有限自由度,在此前提下,設(shè)計人員可以根據(jù)載荷數(shù)據(jù),判斷每個結(jié)構(gòu)承受載荷是否會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變化是否會超出有限自由度界限,如果超出,則說明結(jié)構(gòu)質(zhì)量不佳,相應(yīng)對其進(jìn)行初步調(diào)整,使結(jié)構(gòu)在理論上達(dá)到合理水平。
1.1.2模型化設(shè)計
在離散化設(shè)計初步調(diào)整之后,需要進(jìn)行模型化設(shè)計,因為離散化調(diào)整只能實現(xiàn)理論合理化設(shè)計,這種設(shè)計結(jié)構(gòu)在實際條件下,可能會存在內(nèi)部矛盾現(xiàn)象,說明其還存在優(yōu)化空間,那么通過模型化設(shè)計則可以繼續(xù)對其進(jìn)行優(yōu)化。在模型化設(shè)計當(dāng)中,主要從力學(xué)表現(xiàn)方面著手,結(jié)合實際條件分析道路工程內(nèi)在的受力規(guī)律,同時了解其中是否存在矛盾點,例如道路工程中,某個結(jié)構(gòu)本身載荷能力良好,但其設(shè)計位置導(dǎo)致受力方向偏移,無法完全發(fā)揮載荷,就有必要進(jìn)行調(diào)整。
1.1.3模型簡化設(shè)計
在模型化設(shè)計完成之后,道路結(jié)構(gòu)化模型建設(shè)工作基本完成,但近年來,隨著道路工程的發(fā)展,工程體積逐漸增大,導(dǎo)致模型化設(shè)計得出的模型十分復(fù)雜,如果直接應(yīng)用會導(dǎo)致施工效率緩慢,因此需要將其簡化應(yīng)用。在模型簡化當(dāng)中,主要從載荷表現(xiàn)以及材料用量方面著手,根據(jù)實際需求來排除模型中不必要的部分,例如模型中某結(jié)構(gòu)部位存在過多的彎曲,那么減少其中不必要的彎曲,可以使模型簡化,同時降低實際建設(shè)的材料用量[1]。
1.2模型計算
在得到相應(yīng)模型之后,需要對模型進(jìn)行計算,那么在計算方法上,為了確保模型與實際環(huán)境相符,要重點選擇計算方法,對此下文將分析兩種常見模型計算方法,即圖解法、求解函數(shù)極值法。
1.2.1圖解法
將模型中任意兩個設(shè)計變量設(shè)定為橫、縱坐標(biāo),此時根據(jù)變量與周邊因素的影響關(guān)系,可以得到相應(yīng)的圖像,此時通過變量函數(shù)不等式,來計算坐標(biāo)中兩個變量的約束范圍,并畫出目標(biāo)函數(shù)的等值線,最終即可得到目標(biāo)函數(shù)值,根據(jù)目標(biāo)函數(shù)值可以確認(rèn)模型與實際條件的差異。圖解法在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)化設(shè)計當(dāng)中應(yīng)用的較為普遍,但其過程較為復(fù)雜,需要操作人員具有較高專業(yè)水平才能實現(xiàn)。
1.2.2求解函數(shù)極值法
將結(jié)構(gòu)化設(shè)計中存在得變量函數(shù)不等式轉(zhuǎn)化為等式,此時可以實現(xiàn)設(shè)計空間縮小要求,此時根據(jù)計算后的設(shè)計空間界限,可以區(qū)分得到每個變量的大小。該方法在應(yīng)用流程上較為簡單,但無法與原值直接比較,所以直觀性較弱。
2、不同道路中結(jié)構(gòu)化設(shè)計的應(yīng)用
2.1防水結(jié)構(gòu)設(shè)計
道路工程體積龐大,所以其面臨的環(huán)境十分復(fù)雜,會面臨各種設(shè)計與施工問題,例如雨水或其他水源造成的積水,此現(xiàn)象會帶來水體侵蝕問題,對工程質(zhì)量有著重大的負(fù)面影響,為了確保工程質(zhì)量,避免水體對工程造成影響,有必要在設(shè)計工作當(dāng)中進(jìn)行防水設(shè)計,而因為防水設(shè)計與道路主體連為一體,所以設(shè)計結(jié)果被視為工程結(jié)構(gòu)之一,可以采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計來開展相應(yīng)工作。在防水結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中,其工作目的主要在于排水,即將工程主體的積水排除,以避免水體侵蝕,具體措施上,重點針對工程路面、路基兩個易出現(xiàn)積水的部位進(jìn)行設(shè)計,其中路面設(shè)計時,可以設(shè)計排水孔,并對路面傾斜度進(jìn)行調(diào)整,此項設(shè)計可以利用水體自流效應(yīng)來實現(xiàn)排水;在路基設(shè)計方面,可以設(shè)計鋼筋網(wǎng)結(jié)構(gòu),通過鋼筋網(wǎng)結(jié)構(gòu),可以有效避免路基裂縫,避免其內(nèi)部受到水體影響,對于整體工程質(zhì)量有巨大幫助[2]。
此外在防水結(jié)構(gòu)設(shè)計方面,還要重視相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),即任何形式的設(shè)計都必須保障結(jié)構(gòu)的整體性,以免出現(xiàn)裂縫或力學(xué)性能不佳的現(xiàn)象;結(jié)構(gòu)擴(kuò)展性與抗拉強度必須滿足載荷要求,且介于道路工程的功能,其載荷要求是動態(tài)性的,所以計算出動態(tài)載荷范圍后再進(jìn)行設(shè)計;排水孔以及管道的設(shè)計規(guī)劃要合理,應(yīng)當(dāng)同時兼顧交通需求以及排水需求。
2.2鋼筋結(jié)構(gòu)設(shè)計
鋼筋是道路框架建設(shè)的主要材料,其對于工程質(zhì)量的影響很大。在鋼筋設(shè)計當(dāng)中,要重視鋼筋結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性、保護(hù)層厚度,在鋼架結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性方面,主要針對整體結(jié)構(gòu)的節(jié)點,檢查其是否達(dá)到了平衡狀態(tài),如不平衡則需要進(jìn)行調(diào)整,同時檢查調(diào)整后是否存在新的問題;針對保護(hù)層厚度方面,主要根據(jù)載荷要求、外界因素影響來設(shè)定。此外,關(guān)于鋼筋保護(hù)層設(shè)計方面,還要重視結(jié)構(gòu)配筋問題,因為當(dāng)配筋出現(xiàn)不良表現(xiàn),很可能造成保護(hù)層開裂,對此應(yīng)當(dāng)依照實際需求對配筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制,在上述設(shè)計要求均被滿足的前提下,可以對道路工程整體質(zhì)量起到保障作用。
2.3混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計
混凝土同樣是道路框架建設(shè)的主要材料,所以有必要進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計工作。在混凝土設(shè)計方面,主要需考慮混凝土強度、用量以及性能問題,在設(shè)計當(dāng)中,首先對混凝土配比進(jìn)行設(shè)計,控制水泥強度等級、水灰比參數(shù)等,同時針對減水劑等輔助原料,要重視其用量控制,其次需要對混凝土的性能進(jìn)行控制,即確認(rèn)混凝土耐久性、穩(wěn)定性等,如果不滿足則需要調(diào)整,最終依照鋼筋結(jié)構(gòu)設(shè)計框架以及保護(hù)層厚度需求來設(shè)計混凝土結(jié)構(gòu),此舉可保障混凝土與鋼筋結(jié)構(gòu)相符合,降低裂縫等不良影響的發(fā)生概率。
2.4主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計
主梁是道路工程中十分重要的結(jié)構(gòu),同時也是受力最大的結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)問題,很容易造成嚴(yán)重的大型安全事故,所以應(yīng)當(dāng)引起重視。在主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中,由于當(dāng)前常用的裝配式簡支梁結(jié)構(gòu),要重視其設(shè)計形式以及裝配位置,在設(shè)計形式方面,常見的設(shè)計形式為箱型、T型,應(yīng)當(dāng)根據(jù)工程整體應(yīng)力分布來進(jìn)行選擇,同時無論采用哪種結(jié)構(gòu),都應(yīng)當(dāng)對其尺寸、高度進(jìn)行控制,即根據(jù)實際載荷表現(xiàn),計算主梁結(jié)構(gòu)需要具備的載荷力,再結(jié)合材料強度來計算出其厚度與高度,計算方法方面可以采用杠桿法或偏心受壓,其中杠桿法應(yīng)用效果最佳;在裝配位置方面,因為主梁結(jié)構(gòu)裝配位置不當(dāng),會導(dǎo)致載荷發(fā)生實際變化,所以必須進(jìn)行設(shè)計,但此項設(shè)計較為簡單,即根據(jù)設(shè)計形式選擇時的載荷數(shù)據(jù),確認(rèn)裝配位置的整體載荷,如果載荷超過設(shè)計形式選擇時的載荷數(shù)據(jù),則需要進(jìn)行調(diào)整。
3、結(jié)構(gòu)化設(shè)計應(yīng)注意的問題
在道路結(jié)構(gòu)化設(shè)計工作中,要遵守相應(yīng)得原則,具體內(nèi)容包括橋梁結(jié)構(gòu)選擇、橋梁橫截等。在橋梁結(jié)構(gòu)選擇方面,除了要保障結(jié)構(gòu)滿足載荷要求以外還要求設(shè)計人員圍繞成本造價進(jìn)行控制,盡可能降低橋梁節(jié)后得重量;在橋梁橫截方面,因為不良橋梁橫截會導(dǎo)致應(yīng)力結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,所以為了確保變化為良性,有必要進(jìn)行控制,控制原則上,可以采用對稱設(shè)計。圖1對稱橋梁橫截設(shè)計。
結(jié)語:
本文主要對結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行了分析,通過分析了解了結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路設(shè)計中應(yīng)用步驟,同時介紹了模型簡化與計算方法;了解了不同道路中結(jié)構(gòu)化設(shè)計的應(yīng)用,說明結(jié)構(gòu)化設(shè)計可以應(yīng)用在所有道路設(shè)計要求中;并提出了在結(jié)構(gòu)化設(shè)計過程中需注意的幾個關(guān)鍵點。
參考文獻(xiàn):
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