現代橋梁設計中鋼結構的完整性設計

（中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東廣州 510230）

從實際情況來看，汽車數量的增長、運輸量的提升，使目前我國的橋梁工程建設壓力增大，產生應用風險，威脅到行車安全。通過對公路橋梁故障的深入調查，我國的危橋工程數量呈現飛速增長的趨勢，對人們的生產、日常生活均造成了不良影響，是凸顯當下橋梁承受能力與交通通行能力間矛盾的主要原因。我國氣候與環(huán)境的惡化，將對橋梁工程中的鋼結構造成較大的損害，在穩(wěn)定性無法保證的情況下會縮短橋梁的使用壽命，影響人們的生命安全與國家的經濟發(fā)展速度。因此，對現代橋梁設計中鋼結構的完整性設計環(huán)節(jié)進行深入分析，具有重要的應用價值。

1 我國的橋梁使用現狀

1.1 交通荷載極大

經濟的迅速發(fā)展使我國汽車總量相較以往有明顯提升，近幾年由于人們生活水平的提高，汽車數量呈現了整體飛速提升的趨勢，奠定了人們出行頻率的增加基礎[1]。在這種社會背景下，多種情況的共同作用最終結果會導致交通量的變大，會增加道路和載量。我國多個城市均出現了交通擁堵現象，在經濟較為發(fā)達的城市表現的更明顯，人們上下班高峰時間段出行困難已成為困擾人們外出活動的主要問題，阻礙了社會進步。

城市中構建了大量的立交橋與高架橋，該種類型設施數量增加后，有效地緩解了交通壓力，降低了交通負擔，為人們出行提供了更多的基礎路線與出行途徑。在凸顯橋梁應用優(yōu)勢時，橋梁荷載成為人們關注的新問題。橋梁荷載量隨著交通量的增長不斷提升，若沒有配套的養(yǎng)護手段與完善的設計方案，將在長時間使用后形成多種類型的安全隱患，威脅人們的行車安全。

1.2 超載現象較為嚴重

我國應用的大部分橋梁修建時間均較早，受限于當時的技術與經濟條件，長期使用下會出現部分結構零部件的老化等問題。早期修建的多數橋梁均處于交通流量較為密集的區(qū)域，交通量較大使超載現象較為常見，影響橋梁的整體穩(wěn)定性。車輛違規(guī)超載現象在邊緣區(qū)域較為嚴重，橋梁負擔較重使車輛在實際行駛過程中，對橋梁結構產生交變荷載影響，在此種類型的作用下，橋梁內部結構遭受到嚴重破壞[2]。

一些使用時間較長的橋梁，其中的零部件由于老化已經出現裂縫或細小裂紋，荷載提升使細小的裂紋逐漸擴大，形成較大的安全隱患，影響橋梁工程結構的整體穩(wěn)定性，影響行車安全。

2 現階段橋梁工程設計過程中鋼結構系統(tǒng)的具體損傷情況

高強度材料成為橋梁工程建設的重要材料類型，要求橋梁設計人員應明確應用材料的具體性能、結構等[3]。通過對橋梁工程設計中鋼結構系統(tǒng)構件實例的深入分析，發(fā)現鋼結構出現損傷情況與材料、工藝具有密切的關聯，是導致橋梁鋼結構出現損傷的主要原因。

第一，在實際的焊接過程中，橋梁縱向性能要求并未獲得橋梁設計人員足夠關注，使這類材料中的金屬雜質含量比例較高[4]。

第二，產生的一系列金屬結晶將會對橋梁實際的生產材料應用環(huán)節(jié)造成較大的負面影響，會使結構穩(wěn)定性下降，影響焊接部位的力學性能，無法保證橋梁參數滿足預期的性能目標。

第三，在鋼結構的焊接環(huán)節(jié)若出現大量的欠缺損傷情況，將在后續(xù)的持續(xù)使用過程中出現較大范圍的疲勞裂紋，影響橋梁的整體質量[5]。

第四，不注重橋梁的細節(jié)設計，結構細節(jié)損傷較多，形成安全隱患后難以解決相應的問題[6]。

橋梁在實際應用過程中，若所處氣候環(huán)境較為惡劣，未提供足夠保養(yǎng)支持的情況下，產生的細小缺口、裂縫會隨著時間的推移而逐漸增大。當裂縫已經發(fā)展到影響整體結構穩(wěn)定性時，會威脅行車安全，縮短橋梁的使用壽命，產生大量的無效施工成本，浪費資源，不利于我國基礎設施建設事業(yè)的長期發(fā)展[7]。

3 橋梁工程設計過程中鋼結構系統(tǒng)的完整性設計理念

橋梁由于其特殊的應用效果，在人們生活中占據重要的應用地位，鋼結構是綜合了加工與焊接等多類型技術方法后形成的受力系統(tǒng)，與橋梁的結構穩(wěn)定性與使用壽命有較為緊密的聯系。人們在已經認識到鋼結構應用重要優(yōu)勢的情況下，應充分考慮可能影響結構剛度、穩(wěn)定性及強度的因素，從實際情況來看，無法避免橋梁結構出現損壞的情況[8]。

施工人員應深入分析橋梁結構耐久性、安全性、承載性、交通流量密度等因素，以此達到預期的橋梁結構建設目的。在實際設計鋼結構系統(tǒng)時，保證其完整性的主要內容為強度、高度、耐久性損傷斷裂，應綜合考慮多項因素，充分凸顯鋼結構設計的應用優(yōu)勢，保證鋼結構系統(tǒng)的全面性與綜合性，提升其整體承載力[9]。

4 保證橋梁工程設計過程中鋼結構系統(tǒng)完整性的設計策略

4.1 橫向抗傾覆的穩(wěn)定性設計

橋梁鋼結構的特征主要為強度高、質量輕，若其應用的環(huán)境較為特殊，該類型道路的車道數量較多或半徑較小的特征較為明顯，橋梁的設計人員應重點關注橫向抗傾覆穩(wěn)定性，避免出現多種橋梁傾斜現象，保障社會與經濟效益[10]。

以連續(xù)橋梁為例，由于其半徑較小，使其整體跨度較大，若橋面寬度相比鋼梁較大，承載力將明顯下降，導致橫梁外側的支座受力增加，在內側受的同時降低的情況下，易出現受力不平衡的情況，造成橋體傾斜甚至結構坍塌等現象[11]。

綜合以上經驗，橋梁設計人員在設計鋼結構時應基于充分的因素考慮與數據計算，準確把控影響受力控制效果的多類型因素，確保其滿足受力范圍要求，可有效解決橋梁荷載問題，保障結構整體受力均勻。

4.2 焊接結構的完整性設計

焊接結構是否完整與橋梁整體結構的穩(wěn)定性、安全性有密切聯系，在對此類型的鋼結構進行焊接時，首先應對各部位的受力情況進行深入分析，并同時進行相應調整，以免在接頭部位的應力作用及母材結構的影響下，導致其受力性能發(fā)生變化[12]。應力的產生現象在實際焊接過程中較為正常，使用任何技術手段均無法保證完全消除應力，該種類型的力將會導致接頭位置發(fā)生不良變化，增加了發(fā)生施工風險的概率，影響橋梁的設計整體完整性。施工人員必須嚴格遵循橋梁的完整性設計原則，并提高對橋梁接頭設計環(huán)節(jié)的重視。橋梁的設計人員為保證整體鋼結構的完整性，應對結構材料、應用的工藝類型、焊接過程中可能產生的靜力、疲勞等級進行深入分析，綜合多種條件后，再選擇科學、合理的焊接形式[13]。

施工人員應提高對細節(jié)部位的關注度，采取合適手段減少焊接應力的產生，嚴格遵循檢測標準對焊接部位進行核驗，發(fā)現不合理的焊接結構或焊接效果無法滿足預期設計標準，應及時進行返工處理以免影響橋梁的實際應用效果，提高焊縫的整體質量[14]。

4.3 加勁肋部位的完整性設計

橋梁支座位置的重點是加勁肋部位，是負載的主要承擔區(qū)域，需要強化這一位置的結構，通過加強其中某些部件的質量可提升構件的應用穩(wěn)定性，并實現集中力的傳送目標。實際的加勁肋設計過程中，應結合對橋梁的相關計算數據結果，明確是否需要設置加勁肋部位。若有豎向加勁肋的應用需要，應確定其橋梁距離與腹板厚度數據，進行計算時發(fā)現數值結果超出規(guī)定的范圍，應選擇應用水平加勁肋。若原構件的橫截面積無法滿足設計標準，在面積不夠的情況下需要通過設置合理的加勁肋部位，提高抵抗彎矩，增強剪力作用。由于施工過程的應用材料量有明顯縮減，可起到有效節(jié)約建筑整體建設成本的作用[15]。

5 結語

綜上所述，經濟的整體發(fā)展趨勢與橋梁工程整體建設質量有密切關系，橋梁設計人員應明確鋼結構系統(tǒng)的設計與應用重要意義，提高對鋼結構設計完整性的重視，選擇應用橫向抗傾覆與加勁肋部位等技術，圍繞結構的焊接進行完整性因素考慮與全面設計，確保橋梁鋼結構系統(tǒng)的建設質量滿足應用標準，為我國的未來基礎設施維持可持續(xù)性發(fā)展趨勢奠定堅實的基礎。