現代橋梁鋼結構整體設計與優化

朱玲林

（江蘇鴻海建設工程有限公司，江蘇 鹽城 224001）

1 簡述鋼結構橋梁整體設計理念

1.1 鋼結構整體設計目標

我國橋梁鋼結構設計的完整性設計目標是能夠保證在橋梁的使用年限內，有足夠的使用安全性和可靠性。鑒于國際標準，我國橋梁的完整性設計在考慮橋梁材料性能、制造工藝、安裝方法、機構細節構造以及橋梁使用環境和定期維護方式方法等因素后，確定使用年限一般為100a。完整性設計目標，不僅需要考慮結構的強度、鋼度等，還需要進一步評定損傷和損傷容限斷裂與抗斷裂等相關問題，以確保實現橋梁鋼結構的完整性最終設計目標。

1.2 鋼結構損傷及損傷容限

通過工程材料學，可以知道材料在一定的時間內由于受到各種因素的影響，必將引起內部金相結構的相關變化。而在橋梁結構中，同樣需要注意到，由于鋼結構在加工、施工和服役期間，必定會受到來自外界的影響，如溫度的變化，雨水的腐蝕等，諸如這些不可避免的影響，將不斷使得材料形成擴展裂紋，最終使得材料的力學性能降低。為此，在橋梁設計中，必須考慮鋼結構的損傷和損傷容限，當鋼結構損傷到達其極限時，也將導致其結構的失效，因而影響到橋梁完整性。設計中考慮鋼結構的損傷容限，使得鋼結構能夠有足夠的能力，在規定的使用年限內抵抗來著外界作用引起的裂紋而不致使破壞。

1.3 鋼結構橋梁設計的應用

鋼結構為橋梁設計所重用，是因為其有強度高而質量輕的特點，同時在抗壓性和抗拉性能上較之其他材料結構更佳，且在外觀上相比于混凝土而言更為直觀，其強度等級也更高，不僅如此，在考慮到施工周期問題上，鋼結構在較之混凝土橋的施工上，也有利于施工周期的縮短。鑒于諸多優點，現階段鋼結構橋梁設計應用很多，如在城市立交橋上，如大跨徑海、江、河橋梁等，我國的長江大橋、杭州灣大橋等，由于混凝土結構滿足不了大跨徑要求，故而只能使用鋼結構設計。不僅是我們國家，在世界范圍內，鋼結構使用于橋梁設計中都是十分廣泛的。

2 橋梁整體性設計與優化策略

2.1 設計中關于焊接結構的問題

在橋梁的整體性設計中，首先需要注意的問題是焊接結構，由于焊接結構中，牽涉到的相關因素較多，如來自母材的結構和材料質量等，或是其受力情況和相關性能，而諸多問題的共同作用也將致使焊接結構直接影響到橋梁的穩定性。焊接結構中，不僅需要注意焊接的接頭形式，同時需要注意焊接工藝獨有的特點，如焊接過程中將產生焊接應力，通常這會造成焊件的局部變形，同時接頭處由于應力變化，也將形成結構缺陷。為此，橋梁的整體性設計中對于焊接結構來講，需要做到以下幾點：分析焊件結構，根據橋梁的實際情況進行焊縫形式的確定工作，并檢測其靜力和疲勞等級；需要設計人員充分掌握焊接工藝實操知識，并在對待焊接的結構進行充分計算之后，確定焊接位置，使得焊接后各部分受力均衡；焊料和母料的焊接過程，需要設計人員進行充分調查，確保焊接質量的高標準實現。

2.2 設計中關于橫向抗傾覆的問題

在關于橋梁的橫向抗傾覆設計中，需要認識到橫向抗傾覆問題的重要性，在現階段的鋼結構中，橋梁設計一般會傾向于質量更輕而強度較高的設計方案，在設計中，由于在施工過程中或是在使用過程中，都發生過橋體的傾覆現象，為此在其橫向抗傾覆問題上，設計人員有必要認識其重要性并對其進行深入的研究；在設計過程中通過進行對橋體的合理計算，確定橫梁的偏心受力情況。

2.3 設計中關于施工人孔設置問題

橋梁整體性設計中，需要注重的環節較多，比如說十分重要的人孔設置，便是一個值得著重考慮的問題。現代橋梁設計中設計人孔，通常是為了在施工上能夠提供快捷和方便，故而一般都開設在橋梁箱梁頂板和腹板上，在施工人孔中，為了橋梁的整體性，需要注意一下幾個問題：在關于數量較多的人孔設計上，需要盡可能的避免將所用的人孔放置在同一斷面上，并將其分散開；人孔設置應盡可能避免應力集中的橋梁部位，如果人孔設置在橋梁局部應力較大的地方，應該采取相關措施對其進行加強鞏固；在腹板中設置人孔，應選取應力相對薄軟的地方，如跨中位置，如果是連續梁，當選取剪力最小的地方進行人孔施工設置，而在頂板中設置人孔，則需要將其放置在1.5跨徑出，為此需要設計人員進行相關精確的測量和計算。

3 結語

新時代下，我國在30a的改革開放中取得了巨大的成果，各行各業都在競爭中得到了飛躍式的發展，人民生活也在日益提高。在眾多基礎建設過程中，橋梁技術的發展始終未曾離開專家學者們的視野，在長期的發展之下，橋梁鋼結構的設計和優化問題也為學者所提及，在廣泛關注也研究之下，現階段已然有了一定的研究成果。橋梁的整體性設計，不僅需要考慮到橋梁各方面受力情況，同時還應該結合現實情況，通過橋梁所處環境進行實地探查，并在全面的數據分析和計算中考慮對橋梁設計上的優化，本文提到的關于焊接問題、橫向抗傾覆的問題以及施工人孔設置問題都需要設計人員注意，以此保障橋梁鋼結構完整性設計質量的提高。

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