橋梁工程設計中鋼結構系統的完整性設計策略

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)

隨著我國經濟水平的不斷提高，推動了我國交通行業的迅速發展。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，發現危險級別高的橋梁工程數量越來越多，給人們的生產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，受到氣候環境的逐漸惡化，給橋梁工程中鋼結構的穩定性帶來影響，減少了橋梁的使用壽命，給人們的生命安全和國家的經濟帶來威脅。因此，對橋梁工程設計中鋼結構系統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，對于人們的生產生活具有十分重要的影響。現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過相應的焊接工作后構成的比較復雜的受力系統，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范對橋梁的剛度、強度和穩定性進行設計，但是依然不能有效地防止橋梁結構出現損壞的情況，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進行關注的同時，還對橋梁鋼結構系統的完整性進行進行關注。橋梁工程設計鋼結構系統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的全面性和綜合性。

1.2 橋梁工程設計中鋼結構系統的完整性設計的目標

確保橋梁工程設計中鋼結構系統的完整性，需要對橋梁的載荷重量、結構構造、安裝方式、生產工藝流程、材料性能以及生產環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的損傷情況

隨著焊接技術的不斷發展，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生的敏感性進行關注。由此可以推斷，橋梁鋼結構出現的損傷情況和損傷發展情況會給材料和工藝產生影響。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損傷現象，如果欠缺過多，那么就容易導致出現疲勞裂紋情況;

(4)受到橋梁細節設計問題的影響，導致鋼結構中的不良構造細節出現損傷問題;

(5)進行服役時，受到環境條件的影響，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的完整性設計策略

對橋梁工程設計中的鋼結構系統進行完整性設計，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，常常出現由于設計失誤原因造成橋梁出現傾斜的情況。由于連續橋梁半徑小，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，進而出現受力不平衡的情況，最終導致橋體傾斜。有了上述的經驗，橋梁設計者進行設計時，在經過嚴格的計算后，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生直接的影響。除此之外，進行焊接的過程中，出現應力是正常的，并且其不能被完全消除，同時，焊接產生的應力會使接頭出現變化，產生大量缺陷，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生的靜力、疲勞等級進行考慮，選擇恰當的焊接形式;其次，對橋梁焊接的重要部位和細節部位進行關注，以便能夠減少焊接產生的應力;最后，要嚴格、認真的根據標準進行檢測，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域。通過設置一些加強部件，能夠有效的確保構件的穩定性，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。如果計算的數值高于規定的范圍，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展、人民的生命安全以及國家的財產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，注重細節部位，制定出科學合理的設計方案，實現對橋梁工程的制造和管理。

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