拉压杆件模型的公路桥梁下部结构优化设计分析

引言：

公路桥梁工程属于交通基础设施，下部结构的稳定性直接影响着整座桥梁工程使用的安全性，以及使用年限。同时，在公路桥梁下部结构设计期间，一般都是依赖于经验公式与简化模式，但该方式难以精准反映下部结构承受复杂荷载的实际情况，导致优化设计方案可靠性较低，也给后续施工带来不利影响。然而，随着工程理论的不断发展，逐渐将拉压杆件模型融合到公路桥梁下部结构优化设计中，主要是对内部拉杆件系统进行模拟，根据模拟结果精准识别在不同荷载条件下结构受力情况，从而为公路桥梁下部结构优化提供数据支持，以保证优化设计方案的可靠性。

1、拉压杆件模型概述

拉压杆件模型属于一种力学模型，将其运用到公路桥梁下部结构中，可对结构拉力和压力等分布情况进行模拟，根据模拟结构分析是复杂条件下荷载结构受力状态，以便做出优化【1】。同时，下部结构对于公路桥梁工程来说，属于上部结构支撑以及传递的关键部位，对此其稳定性至关重要，通过利用拉压杆件模型可以精准、直观了解结构力学行为，以此做到有针对性进优化。

拉压杆件模型特点主要包括抽象性与概况性、精准模拟性，以及通用性等特点，先从抽象性和概括性特点来说，拉压杆件模型可将公路桥梁下部结构进行简化，通过利用杆件构成力学系统，以此简化下部结构力学分析过程；精准模拟性特点则是拉压杆件模型可以精准对结构拉力和压力等分布情况进行模拟，为设计工作的展开提供精准数据支持，并且也有助于发现和解决潜在力学问题；拉压杆件模型还具有通用性问题，主要因为拉压杆件模型可以适用于不同类型公路桥梁下部结构优化设计，提升设计工作效率。

2、拉压杆件模型在公路桥梁下部结构优化运用

2.1 桥梁内部应力荷载分析

通常公路桥梁下部结构承受的荷载包括温度、制动力等因素所造成的水平力作用，或者是因为永久荷载、可变荷载等所产生的竖向作用力，这些荷载很容易导致下部结构应力集中，出现变形、位移等情况，降低公路桥梁工程安全系数【2】。然而，在公路桥梁下部结构优化设计期间，通过利用拉压杆件模型可对这些应力进行精准模拟和分析，为优化设计作业提供数据支持。

首先，拉压杆件模型在桥梁内部应力荷载分析期间，根据实际情况构建合理的拉压杆件体系，并且根据公路桥梁工程实际受力情况，精准确定杆件之间的关系，精准所承荷载参数，以及杆件的内力参数等，避免数据存在较大误差。

其次，拉压杆件模型可与有限元程序 ANSYS 进行融合，模拟公路桥梁下部结构，以此实现结构渐进拓扑优化功能。同时，拉压杆件模型在桥梁内部应力荷载运用期间，结合实际情况，适当去除低应变能密度单元，直到有限元模型呈现连续受损无法计算为止。另外，在计算过程中，如果公路桥梁下部结构性能指标处于阈值范围内，促使下部结构内部应力荷载达到最佳状态。

最后，桥梁内部应力荷载模拟完成以后，需要对所产生的数据进行深入研究和分析，并且将模拟的应力数据与标准数据进行对比，如果不符合相关要求，则需要立即调整，以保证公路桥梁下部结构的安全性以及耐久性【3】。另外，对于应力集中或者超出阈值的情况，这时需要进一步分析问题产生的原因，有针对性进行优化解决（适当调整杆件的布局、改变杆件的截面尺寸），以保证公路桥梁下部结构能够在各种复杂荷载环境中，都能处于稳定、安全的状态。

2.2 拉压杆模型优化

对于拉压杆模型优化，应根据公路桥梁下部结构实际情况，采用“X”形斜拉杆与斜压杆结构，这样可将两侧两部的同向弯矩传递，主要传递一侧梁顶传到另一侧梁底连续配筋设计，形成有效的传力机制，以保证下部结构的稳定性的。但是，“X”形斜拉杆与斜压杆布置期间，通过利用拉压杆件模型可精准计算杆件长度、角度，以及截面尺寸等，目的是保证在复杂荷载环境中，促使结构可以保持良好的平衡性。另外，还需要结构应力在不同荷载环境中的变化情况，这是需要根据拉压杆件模型情况，对杆件布置和连接方式进行调节，促使拉压杆自身力学性能得以发挥，保证下部结构的承载力。

如果以 ^*Δ ”形斜拉杆与斜压杆为主，可将两侧梁部反向弯矩传递，属于公路桥梁下部结构传力的关键点【4】。同时，在“∆ ”形斜拉杆与斜压杆结构优化设计期间，将拉压杆件模型作为基础，精准确定结构的几何参数（长度、夹角、截面形状、尺寸），目的也是保证公路桥梁下部结构在不同荷载环境下，都能维持良好的稳定状态。

3、拉压杆件模型运用效果分析

根据以上讨论，可知道拉压杆件模型在公路桥梁下部结构中，其应用效果是非常显著的，主要表现以下几点。

第一，在公路桥梁下部结构优化设计期间，通过利用拉压杆件模型可精准对内部结构应力分布情况进行模拟，清楚地了解不同荷载的结构受力状态，为具体优化设计工作提供数据支撑。

第二，由于拉压杆件模型具有较强的适应性，所以不管是哪种结构，拉压杆件模型都可以根据实际情况，准确计算出拉杆和压杆相关参数（长度、角度、截面尺寸），以保证公路桥梁下部结构优化设计方案的精准性【5】。另外，公路桥梁下部结构优化设计 期间，根据拉压杆件模型情况，适当调整杆件局部和连接方式，提升结构的力学性能，以及承载力。

第三，拉压杆件模型通过精准计算，可以减少材料的消耗，降低工程施工难度，获取良好的经济效益。

结束语：

综上所述，本文从公路桥梁下部结构优化设计作为出发点，对拉压杆件模型进行深入研究和分析，在优化设计期间，通过利用拉压杆件模型可以精准对结构应力进行模拟，促使设计人员提前发现和解决潜在问题，并且精准计算各项参数值，避免产生数据偏差，保证设计方案的可靠性，也减少后期施工以及使用的安全隐患，尽可能保证工程长期维持健康状态，延长其使用年限。因此，拉压杆件模型在公路桥梁下部结构设计中，有着十分可观的运用效果和发展前景，值得进一步推广和研究。

参考文献：

[1]张佰果. 公路桥梁下部结构试验检测技术要点探究与实践应用 [J]. 交通科技与管理, 2025, 6(15): 109-111.

[2]翁卫明. 高速公路桥梁工程中下部结构预制拼装技术研究 [J]. 运输经理世界, 2024, (36):104-106.

[3]喻涛 ,修京涛, 童武松, 等. 基于拉压杆件模型的公路桥梁下部结构优化设计研究 [J]. 建筑技术开发, 2024, 51 (10): 15-17.

[4]黄伟彬. 公路桥梁下部结构设计及优化——以山区高速公路为例 [J]. 汽车画刊, 2024, (02):226-228.

[5]曾予欣, 刘爱荣, 陈炳聪. 基于 AHP-TOPSIS 法的桥梁水下结构安全状况评估[C]// 中国力学学会结构工程专业委员会,江西理工大学, 中国力学学会《工程力学》编委会, 清华大学土木工程系, 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室（清华大学）. 第 32 届全国结构工程学术会议论文集（第 II册）. 广州大学风工程与工程振动研究中心;, 2023: 17-25.