橋梁工程設計中鋼結構系統(tǒng)的完整性設計策略

田德鋒，楊新華

(江西省交通設計研究院有限責任公司，江西 南昌 330000)

隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高，推動了我國交通行業(yè)的迅速發(fā)展。人們對交通有了更高的需求，隨著超限汽車的運輸量的持續(xù)增多，給我國的公路橋梁工程建設帶來了很大的壓力。對我國近年的公路橋梁故障進行調查后，發(fā)現(xiàn)危險級別高的橋梁工程數(shù)量越來越多，給人們的生產(chǎn)生活造成一定的影響，并加大了交通通行能力與橋梁承受能力的矛盾。另外，受到氣候環(huán)境的逐漸惡化，給橋梁工程中鋼結構的穩(wěn)定性帶來影響，減少了橋梁的使用壽命，給人們的生命安全和國家的經(jīng)濟帶來威脅。因此，對橋梁工程設計中鋼結構系統(tǒng)進行完整性設計是十分有必要的。

1 橋梁工程設計中鋼結構系統(tǒng)的完整性設計理念和目標

1.1 橋梁工程設計中鋼結構系統(tǒng)的完整性設計的理念

橋梁工程作為一種滿足人們交通需求的建筑物，對于人們的生產(chǎn)生活具有十分重要的影響?，F(xiàn)代的橋梁工程設計中的鋼結構主要是由結構鋼加工單元在經(jīng)過相應的焊接工作后構成的比較復雜的受力系統(tǒng)，能夠達到橋梁的承載安全性與服役耐久性的要求。雖然橋梁的設計者嚴格按照相關的橋梁設計規(guī)范對橋梁的剛度、強度和穩(wěn)定性進行設計，但是依然不能有效地防止橋梁結構出現(xiàn)損壞的情況，其主要是由于橋梁結構的耐久性和安全性不能完全依靠承載力。二十世紀以來，焊接技術越來越廣泛的運用在橋梁工程中，大多數(shù)橋梁鋼結構受到破壞的主要原因在于局部損傷導致的，由于其不能及時的進行維修，進而降低了橋梁的使用壽命。例如韓國的圣水橋和澳大利亞的kigs橋。因此，在這樣的形勢下，橋梁設計師開始對橋梁的焊接結構的損傷、損傷擴展以及鋼結構系統(tǒng)進行關注的同時，還對橋梁鋼結構系統(tǒng)的完整性進行進行關注。橋梁工程設計鋼結構系統(tǒng)的完整性內容主要包括橋梁的剛度、強度以及橋梁鋼結構耐久性的損傷與斷裂兩個方面的內容，只有實現(xiàn)了這兩個方面內容的互相結合，才能夠有效的保證橋梁鋼結構系統(tǒng)的全面性和綜合性。

1.2 橋梁工程設計中鋼結構系統(tǒng)的完整性設計的目標

確保橋梁工程設計中鋼結構系統(tǒng)的完整性，需要對橋梁的載荷重量、結構構造、安裝方式、生產(chǎn)工藝流程、材料性能以及生產(chǎn)環(huán)境等各個方面的因素進行考慮。另外，完整性設計不僅要對橋梁結構、構件部分之間的連接進行考慮，而且還要對鋼結構的剛度、強度、斷裂、損傷以及損傷容限等方面進行考慮。

2 橋梁工程設計中鋼結構系統(tǒng)的損傷情況

隨著焊接技術的不斷發(fā)展，在橋梁工程建設中越來越多的使用高強材料，進而就要求橋梁設計者對工藝損傷以及材料給損傷產(chǎn)生的敏感性進行關注。由此可以推斷，橋梁鋼結構出現(xiàn)的損傷情況和損傷發(fā)展情況會給材料和工藝產(chǎn)生影響。其主要有以下五種損傷情況:

(1)在進行焊接的過程中，沒有注意到母材Z向性能的要求，進而導致非金屬中的夾雜物質含量比較高;

(2)由于金屬結晶給橋梁的生產(chǎn)材料帶來了負面影響，進而降低了焊接部位的力學性能;

(3)鋼結構在焊接的過程中出現(xiàn)損傷現(xiàn)象，如果欠缺過多，那么就容易導致出現(xiàn)疲勞裂紋情況;

(4)受到橋梁細節(jié)設計問題的影響，導致鋼結構中的不良構造細節(jié)出現(xiàn)損傷問題;

(5)進行服役時，受到環(huán)境條件的影響，加劇缺口損傷程度，帶來威脅。

3 橋梁工程設計中鋼結構系統(tǒng)的完整性設計策略

對橋梁工程設計中的鋼結構系統(tǒng)進行完整性設計，要對橋梁自身的承受能力、耐久性等因素進行考慮。因此，對橋梁鋼結構的橫向抗傾覆、焊接結構以及加勁肋部位進行完整性設計，主要運用以下的完整性設計策略:

3.1 對橫向抗傾覆進行穩(wěn)定性設計

通常情況下，橋梁的鋼結構具有質量輕、強度高的特點，在特殊性道路方面，例如在半徑小、車道多的路段進行設計時，設計者要注重對其橫向抗傾覆的穩(wěn)定性進行考慮。通過對以往橋梁的建設和設計過程進行分析，常常出現(xiàn)由于設計失誤原因造成橋梁出現(xiàn)傾斜的情況。由于連續(xù)橋梁半徑小，所以其跨度就大，如果橋面的寬度比鋼梁的寬度大，那么就容易降低活載力，嚴重者增加橫梁外側的支座受力，降低內側受力，進而出現(xiàn)受力不平衡的情況，最終導致橋體傾斜。有了上述的經(jīng)驗，橋梁設計者進行設計時，在經(jīng)過嚴格的計算后，將橫梁的受力控制在一定的范圍中，這樣不僅能夠解決橋梁的荷載問題，而且還能夠確保橋梁受力的均勻性。

3.2 對橋梁焊接結構進行完整性設計

確保橋梁焊接結構的完整性，對于保證橋梁整體的安全性和完整性具有十分重要的作用。因此，在對橋梁鋼結構的部位進行焊接時，要對其各個部位的受力情況進行分析，進行相應的調整，因為接頭部位具有的應力作用會給母材結構和其受力性能產(chǎn)生直接的影響。除此之外，進行焊接的過程中，出現(xiàn)應力是正常的，并且其不能被完全消除，同時，焊接產(chǎn)生的應力會使接頭出現(xiàn)變化，產(chǎn)生大量缺陷，不能保證橋梁設計的完整性。所以，在嚴格按照橋梁完整性設計的前提條件下，要注重橋梁接頭的設計。

橋梁設計者為了保證其完整性，首先要對焊接對橋梁檢測所產(chǎn)生的靜力、疲勞等級進行考慮，選擇恰當?shù)暮附有问?其次，對橋梁焊接的重要部位和細節(jié)部位進行關注，以便能夠減少焊接產(chǎn)生的應力;最后，要嚴格、認真的根據(jù)標準進行檢測，有效地提高焊縫的質量。

3.3 對橋梁的加勁肋部位進行完整性設計

由于加勁肋部位位于橋梁的支座位置，是橋梁的集中負荷區(qū)域。通過設置一些加強部件，能夠有效的確保構件的穩(wěn)定性，并將其作為集中力進行傳送。在對橋梁進行加勁肋設計時，要嚴格根據(jù)相關的計算結果來確定是否設置加勁肋，如果計算結果證明需要設置加勁肋，那么在設計時，適宜選擇豎向加勁肋，然后在設置好豎向加勁肋后，在其前提條件下，根據(jù)橋梁的距離與腹板的厚度確定豎向加勁肋設置的位置。如果計算的數(shù)值高于規(guī)定的范圍，那么就選擇使用水平加勁肋。除此之外，在原構件的截面積不夠的情況下，通過設置加勁肋，對于提高抵抗彎矩、增強剪力、減少用鋼量以及節(jié)約建筑成本具有十分重要的作用。

4 結束語

總而言之，橋梁工程整體建設的質量對于社會的發(fā)展、人民的生命安全以及國家的財產(chǎn)安全具有十分重要的影響。因此，為了有效的提高橋梁工程生產(chǎn)建設的質量，需要確保橋梁工程鋼結構設計的完整性，通過對橋梁鋼結構的橫向抗傾覆、焊接結構以及加勁肋部位等方面進行完整性設計，最終有效的保證橋梁鋼結構系統(tǒng)的建設質量。另外，要求橋梁設計者在確定橋梁鋼結構完整性設計方案和流程時，要樹立全局觀念，注重細節(jié)部位，制定出科學合理的設計方案，實現(xiàn)對橋梁工程的制造和管理。

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