浅析钢结构桥梁设计理念与方法范文

摘要:由于钢结构的抗压性能较为突出，在桥梁建设时经常会选取钢结构进行设计施工。文章阐述了钢结构的完整性设计理念，针对桥梁钢结构损伤表现形式进行相应的研究，提出了桥梁钢结构完整性设计方法，从而确保桥梁结构的完整性并最大限度地提升桥梁的质量。

关键词:钢结构桥梁;完整性设计;结构损伤

1钢结构的完整性设计理念

桥梁的产生是为了解决人们道路交通障碍确保交通便利。当前常见的钢结构桥梁，基本都是由不同的钢结构单元通过螺栓或者焊接处理进行有效连接的一个规模庞大的受力系统，该系统在承载性能以及使用寿命上有着严格的标准。设计人员在进行相关的设计时会严格遵守相关法律或者行业的规定，确保桥梁强度、刚度以及其安全稳定性符合人们的需求，尽管如此，在桥梁不断地接受荷载的过程中，仍会产生不同程度的结构损坏。这样看来，桥梁结构的安全性能以及使用寿命的长短并不是完全由其承载力决定的，破坏桥梁结构的因素有多种，应当综合分析。近十几年来，大多数的桥梁事故都是由于结构的局部损伤逐渐扩大至整个桥梁的，但是对于桥梁整体结构来说局部的损伤表现并不明显，及时发现产生损伤也缺乏较为有效的措施进行修复，所以一旦桥梁出现了局部损伤在缺少相应的补救措施的情况下，在使用过程中损伤也会逐渐扩展，最终造成整体结构的损坏。多起桥梁事故的发生不仅引起了设计人员对局部损伤以及损伤扩展等方面的思考，也让更多的设计人员转向对整体结构完整性的设计。而这类事故的发生，在引起设计者对焊接结构损伤、损伤扩展和结构系统失效过程关注的同时，也引起了设计者对如何保证桥梁钢结构系统完整性的设计。钢结构桥梁的完整性设计通常涉及两方面的内容:(1)设计时满足桥梁强度及刚度的相关要求;(2)充分考虑局部损伤及断裂等问题进行相关设计。该过程应当充分考虑两方面要求，确保所设计的桥梁是一个完整统一的系统。桥梁中钢结构具有较强的承载力以及使用的耐久性，为满足桥梁具有这两方面的良好性能，相关的设计人员应当在设计阶段充分考虑其结构的整体完整性以及建设材料、施工工艺、安装、使用、环境等因素的影响，以及桥梁维修养护工作等。只有将各种影响因素综合全面地进行考虑，才能够从根本上保证桥梁结构的完整稳定，也就是说，在设计时不仅要满足强度刚度的要求，还应当将局部损伤的各种情况考虑在内。在桥梁的安装使用阶段，经常会造成钢结构的内部或者表面形成一定的损伤，并且在桥梁的使用过程中这些损伤也容易受到外部环境等多种因素的影响而逐渐扩展，最后形成难以修复的裂纹，造成了结构的损坏影响了桥梁的整体质量。钢结构完整性受到损伤程度的影响，当损伤扩大至某一程度之后，钢结构的完整性也会受到破坏，这一程度可以用损伤容限进行表示。损伤容限指的是钢结构抵抗由缺陷、裂纹或其他损伤造成破坏的能力，这一参数也表明了钢结构在正式使用前就存在一定的瑕疵，但是可以根据桥梁完整性设计的理念来判定各种缺陷对桥梁安全性能的影响程度。

2桥梁钢结构损伤表现形式

随着科技的进步，越来越多的高性能材料应用到桥梁的建设中，并且借助焊接工艺进行各种材料的有效连接，因此设计人员应当充分考虑焊接技术对材料的损伤以及损伤程度对钢结构完整性的影响。通常情况下，桥梁结构受到施工材料、施工工艺等因素的影响，并且在焊接时经常表现在以下5个方面的问题:(1)在焊接时忽视了母材的使用性能，导致非金属中含有多种杂质;(2)由于金属结晶过程操作不当，导致焊接部位的相关力学性能降低;(3)焊接质量不佳，导致材料表面出现损伤或者产生裂纹;(4)在设计时忽略了相关细节的考虑导致连接处发生损坏;(5)在材料的使用周期内外界环境发生的重大变化从而产生较大的损伤。

3桥梁钢结构完整性设计方法

要确保桥梁的完整性，一方面要确保其具有良好的承载力，另一方面要确保其耐久性满足人们的实际需求，因此需要在设计阶段充分考虑这两方面的内容。

3.1横向抗倾覆设计

对钢结构桥梁，尤其是半径小、车道多的桥梁进行设计时，还应当重点关注其横向抗倾覆性能的设计，这也是目前桥梁研究的主要方向。设计人员在进行设计时要经过严密的计算横梁的偏心受力，避免发生外部受力而内部缺少相应支撑力的情况，防止横梁受力不均。同时还可以在横梁处采用砂石进行一定程度的填方确保横梁内外部受力均衡，在满足车道数量的情况下确保桥梁的稳定性。

3.2焊接结构设计

桥梁结构稳定的关键在于焊缝连接处的完整，但是焊接质量受到了原材料、焊接方式以及工艺的影响从而产生一定程度的损伤。焊接损伤往往出现在应力较为集中的部位，并且也会在桥梁的使用过程中国逐渐扩展，因此合理解决结构细节的损伤应当控制材料、工艺等因素从而确保焊接结构的完整性。在控制焊接结构的完整性方面应注意以下几点:(1)合理控制焊接材料、接头的韧性及强度，另外焊接接头在使用后要进行相应的技术处理，尽可能地降低焊接结构的损伤;(2)接头部位在焊接过程中会造成材料的微观结构以及某些力学性能发生一定的改变，这种改变也是产生结构损伤的原因，而且不能简单地将损伤归结为材料质量的原因;(3)合理控制焊接的次数并保证焊缝质量，选择合适的焊接材料与母材的各种性能向匹配能够提高焊接效果;(4)焊接时注重对细节部位的把控，尽可能地减低细节部位产生焊接损伤;(5)在处理焊接结构时还应当注重防腐措施的设计，并如实准确记录防腐保养的时间与措施。焊接结构的设计方面应当特别注重以下几点:(1)结合桥梁建设的实际情况，需要结合试验所得的静力大小以及抗疲劳等级来选择合适的焊接方式;(2)进行焊接结构的设计时特别要注意对细节部位的研究，做到全面准确，这样才可以保证经过焊接处理结构的受力均匀，尽可能地防止集中应力的出现;(3)焊接结构设计时还应当确保焊接效果的各项参数均满足相关标准中的要求，这样才可以确保焊缝质量，从而提高结构的整体质量。

3.3加劲肋设计

加劲肋通常安装在桥梁的支座或者荷载较大的位置，包括箱梁顶底板的加劲肋和腹板的加劲肋，主要起到加强固定的作用，加强桥梁结构的稳定性并有效的进行力的传递，防止局部失稳。有些条件下加强肋的设置并不是必须的，加强肋的设置需要经过科学严密的计算进行判断，如果需要设置加强肋进行加固时，还应当选择合适的设置方式，比如设置竖向加强肋或者水平加强肋都需要根据施工的实际情况进行综合考虑，当竖向加强肋不能满足工程的要求时还需要在水平方向上进行一定的补充，确保加固效果满足桥梁整体稳定性的需要。由此可见，在设置加劲肋时必须全面搜集施工信息进行科学计算，得出精确的加劲肋设置参数。

3.4施工人孔设计

人孔是为了便于施工或维修保养而在桥梁顶板或者中间位置设置的孔洞，人孔的设置也是桥梁整体结构中重要的组成部分。当人孔设置在顶板部位时，一般情况下直径为1.5m且位于桥梁跨径处;当人孔设置在桥梁的中间腹部位置时，一般要设置在应力较小处，防止因设置人孔而产生受力的不均衡。从整个桥梁工程来说需要设置多个人孔，但是尽量不在同一断面上设置多个，避免过多造成结构的损伤或，因此人孔在设置时也要尽可能地做到均匀分布，错落有致。

3.5计算结构内力

对结构内力进行计算时应当选取单悬臂的相关参数信息，计算中控结构时要选取简支挂梁的相关性能进行计算，还要将桥梁在纵向上划分为若干个单元，并对各单位进行编号，分别采集相关信息数据并准确记录，结合各结构单元的收缩徐变、预应力、荷载等参数值进行准确计算。当桥台出现一定程度的滑动时，应当设置支座，并在桥墩处采取一定的措施对支座加固。

3.6防腐蚀设计

桥梁施工处的外界气候环境是桥梁钢结构进行防腐设计的依据，合理选择防腐途径，通常情况下要在钢结构表面均匀喷涂相关的防腐材料，然后在经过一系列的物理方式对表面进行预处理，确保钢结构表面光滑、清洁。因此，在实际施工过程中也要尽可能地减少钢结构与潮湿空气或水的过多接触，尽可能地降低产生腐蚀的可能性。

4结语

综上所述，可知，桥梁结构的设计与桥梁的稳定性有着密不可分的关系，合理的结构设计是桥梁建设质量的前提。因此为了进一步提升桥梁建设的质量，设计人员应当综合考虑各种细节问题，如焊接、防腐等作业，最大程度地保证桥梁的安全稳定性。

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作者：李勇 杨彩霞 单位：中交第二公路勘察设计研究院有限公司