浅析现代桥梁钢结构的完整性设计

浅析现代桥梁钢结构的完整性设计

郭加力

郭加力

（哈尔滨石油学院土木工程系150028）

摘要：我国的公路桥梁建设正在如火如荼的进行，但是在公路桥梁建设发展的过程中还是会出现各种各样的问题，这些问题也会出现不少的事故，这也给国家和人民造成了十分严重的经济损失现象，因此人们对桥梁建设的安全也逐渐开始重视起来，桥梁产生事故或者是产生损坏的最为重要的一个原因就是桥梁的钢结构在稳定性上和质量上都存在着很大的问题，所以提高钢结构设计的质量有着十分重要的意义，本文主要分析了现代桥梁钢结构的完整性设计，以供参考和借鉴。

关键词：现代桥梁；钢结构；完整性；设计

在我国桥梁建设的过程中，如果想要更好的保证桥梁的建设任务可以顺利的进行和完成，就必须要采取有效的措施来保证桥梁的设计和建设质量，在建设之前，从设计的层面就要对其进行严格的控制，这样才能从根本上保证桥梁建设的质量，在设计的过程中一定要重充分的考虑到钢结构的完整性，如果钢结构出现了一定的损坏，一定要采取有效的措施对其进行适当的修补，同时还要保证同类的问题不会出现在实际的工作当中。

一、桥梁钢结构完整性设计理念

1、桥梁结构的整体性和设计的实际目标是为了能够更好的保证桥梁的钢结构在其使用期限内都能处在良好的使用状态中，在设计的过程中，材料自身的性能和安装方法等都会对桥梁整体的稳定性和整体性有着十分重要的的影响，所以设计者在设计的过程中要对结构自身的强度和相关的参数进行严格的控制。

2、在进行建设的过程中，钢结构自从加工环节到使用环节其内部的结构都会产生非常微小的变化，这些变化也会使得整个结构在运行的过程中会产生非常明显的缺陷和不足，在多种因素的影响下，这些结构也非常容易产生非常大的裂缝，这样材料自身的质量和性能就会出现非常大的下滑，所以设计者在设计的过程中也一定要对这一点多加注意，完整性如果遭到了一定的损坏就会使得结构自身的功能和强度受到非常不利的影响。因此当今也将损伤限容这一概念逐渐应用在评价体系当中，这是对结构初始缺陷的一种肯定。

二、桥梁钢结构完整性设计的方法

1、焊接结构完整性的设计方法

要想更好的对桥梁的整体性予以保护就一定要在焊接结构当中重视整体性的设计工作，通常情况下，焊接接头的形式会因为结构实际的受力状况发生改变而不断的变化。同时在焊接的过程中还无法将盈利完全忽略，焊接应力的影响会使得焊接的接头出现不同程度的变形状况，因此也会使得焊接结构在设计和制作的过程中会存在一定的问题，所以在实际的设计工作中，设计人员一定要对焊接接头的实际形式予以更加严格的控制，在严格遵守相关规定和要求的同时也要充分的考虑到结构的实际情况。

2、加劲肋设计设置的设计方法

在对结构进行设计的过程中，在一些荷载相对比较集中的地方一定要加设加劲肋，这对提高构件自身的稳定性有着十分重要的作用，但是在实际的设计工作中，相关人员必须要经过严格周密的计算才能得知是否需要加设加劲肋，在设计和施工中，加设加劲肋主要是为了在原有的构件截面面积并不足以承受所有的荷载的时候，其可以很好的增强桥梁的抗弯矩力，这样一来就大大的缩减了截面的实际面积，同时也很好的降低了生产的成本，同时也有效的减少了钢材的使用量。

3、横向抗倾覆稳定性设计方法

钢结构在使用的过程中可以体现出非常明显的优势，它自身的重量并不是非常的大，而且自身的强度也非常好，在桥梁设计工作中，设计者将钢结构横向的抗倾覆能力在小半径和多车道道路行驶中所产生的作用都充分的考虑到了桥梁的设计当中，在桥梁事故当中，很多都是因为横向抗倾覆能力较差而导致的，其最主要的原因就是在最初的设计工作中并没有予以充分的重视。处于正常情况下的钢结构桥梁，在设计方面的缺陷会导致梁体的跨度大大的增加，这样就会使得钢梁的半径和跨度之间存在着非常大的差距，这样就会使得桥梁内部结构的受力很难达到一种比较平衡的状态，严重影响了桥梁结构自身的稳定性。

4、优化车道钢结构的宽箱梁

在设计过程中，如果桥梁的设计的太宽，就必须要优化车道钢结构的宽箱梁。在实际设计过程中，设计者必须要满足其竖向的计算要求，对于横梁的跨径，则需要经过支座间双悬臂简支梁的计算来获得。在实际支座处，可以选择竖向加劲肋相应办法，如果竖向加劲肋也不能满足实际使用需求时，就需要考虑增加横向加劲肋，横向加劲肋的计算和纵向加劲肋的计算方法类似。

三、桥梁钢结构损伤的主要情况

（1）材料损伤。材料损伤顾名思义就是建筑母材在某些工序中物理特性得到破坏，主要是指母材在冶金过程或者压制时产生瑕疵。在焊接热过程进行关联的时候发生了破坏，进而引发了层状的撕裂。损伤指的是在焊接过程中，在焊接区域所形成的一些焊接缺陷，损伤一般主要发生在焊接接近度比较差的构造细节地方，经常会引起疲劳裂纹。

（2）焊接的接头处，母材强度因为金属再结晶过程而逐渐增加，可塑性和其韧性逐渐降低，这就导致母材的力学性能发生不良转变，因此在设计的时候，应注意因焊接缝而倒是的接缝尺寸变大对建筑母材所造成的不良影响。

（3）在桥梁实际使用过程中，也会不断扩展钢结构的原来损伤，尤其在桥梁处于腐蚀环境条件下，损伤的情况会更加严重。几何应力集中累加因缺口的损伤应力比较集中，在交变荷载的作用下，使得早期的损伤变成严重损伤，导致疲劳裂纹的扩散，对于桥梁有着直接威胁。

（4）不良的设计构造细节也会是引发损伤的重要因素。但是这种因素在钢结构的设计中往往会被人们所忽略，加工工艺中的焊接顺序、预热等过程都是有严格要求的，镶嵌等焊接情况若有裂纹发生，也是造成损伤的因素。因此，细节决定上层建筑，在设计中注意控制细节损伤也是抱着结构完整性的关键所在。

四、桥梁钢结构焊接完整性的设计措施

因为桥梁钢结构受力不同，所以所需要的焊接接头型式也会有所不同，因为接头微观组织的不均匀，会导致和母材力学性能的不同。此外，由于焊接残余应力焊接的变形，以及因为构造细节所带来的几何应力等因素，使得焊接接头成为控制部位，这就会对焊接结构的完整性带来不利影响。在实际设计过程中，要想避免这些因素的不利影响，要考虑到以下几个方面：首先要针对疲劳和静力要求，来决定焊缝形式，在实际工艺施工上，作焊接性和可检测性要求。其次，根据荷载、环境以及细节，按照抗疲劳和抗断裂要求，作相应损伤分析以及寿命评估。第三，在关键构造的细节设计上，要遵循简单传力和焊接可行以及方便安装的原则。第四，按照焊接缺陷进行预防，由实际焊接应力和焊接变形焊接收缩量的控制目标，来确定制造工艺标准和焊接工艺的评定要求。第五，要以损伤监测以及维护方法作为内容的使用和维修要求。以上几个方面之间都具有直接或者间接的关联，在进行焊接的完整性设计是，都要将其考虑进去，在工艺市公司，焊接性和可检测性是主要要求，其荷载等细节要符合抗断裂要求，根据损伤做出使用上限的评估。

五、总结：

桥梁钢结构的完整性设计在实际的工作中是存在着很大的复杂性的，它的工作质量对桥梁本身的质量和其运行中所体现出的各种性能都有着十分重要的影响，在设计工作中，设计人员一定要对影响钢结构整体性的各项因素都予以仔细的考量，同时还要在设计中充分的考考虑到工程的实际情况，这样才能更好的保证桥梁钢结构整体的设计质量和设计水平。

参考文献：

[1]郭琦，贺拴海.教育全寿命理念的公路桥梁钢结构抗疲劳设计[J].郑州大学学报，2007（03）.

[2]尹红，周芳龙.锌加防护在桥梁