鋼結構橋梁完整性設計及質量控制要點

楊 俊

（貴州省公路工程集團有限公司,貴州 貴陽 550000）

0 引言

橋梁受使用年限及外部環境等方面的影響，易出現結構的局部損傷，如果不及時進行有效的補救處理，會造成損傷面積的快速擴大，影響橋梁整體的結構安全。因此，在橋梁施工設計方案中，要從結構的完整性考慮，綜合分析橋梁剛度強度要求，結合當地的環境特點，合理選擇建設材料、施工工藝及安裝方式，避免橋梁的局部損傷[1]。該文針對這一問題，提出了保障鋼結構完整性的施工設計方案及質量控制要點，為相關工程建設提供借鑒。

1 橋梁鋼結構損傷表現形式

橋梁結構強度會受施工材料及工藝等方面的影響。因此，在焊接施工過程中，應格外重視以下幾點問題：

（1）由于焊接施工缺乏對母材使用性能的考慮，導致非金屬材料中的雜質含量多且復雜。

（2）施工人員缺乏金屬結晶操作的經驗，降低了焊接處的力學性能。

（3）焊接后材料表面發現裂紋、損傷等質量問題。

（4）缺乏對設計細節的考慮，連接處易有損壞問題。

（5）材料使用周期內，外部環境條件出現較大變化，影響材料的穩定性，造成損傷。

2 橋梁鋼結構完整性設計方法

提高橋梁結構的承載力和耐久性是保證橋梁完整性和使用性能的重要前提，要想提高人們的使用效益，應當著重考慮這兩方面因素，不斷加強施工方案設計的合理性與科學性[2]。

2.1 橫向抗傾覆設計

對于半徑較小但車道較多的鋼結構橋梁，要加強橫向抗傾覆設計，這也是現階段有關橋梁設計研究的重點。

嚴格計算橫梁偏心受力的承載力要求，確定科學合理的結構尺寸，保證橋梁在受到外力作用時有足夠的強度，避免橫梁出現受力不均的情況。

2.2 焊接結構設計

為保證橋梁結構的穩定，應格外注重焊縫連接的處理，使用滿足設計需要的原材料，選用最佳的焊接工藝及手段，保證焊接縫的完整性，避免造成損傷。

2.2.1 控制焊接結構的完整性方面

焊接材料的及接頭的強度和韌性應當符合設計需要，減少焊接結構的損傷[3]。

（1）焊接時，結構材料的力學性能可能會發生變化，其微觀結構也會受到影響，易出現結構損傷。由此可見，施工材料的質量并不是導致結構損傷的唯一因素，還需從多方面進行綜合防治。

（2）焊接次數要適度，分析現有母材的各項性能，保證挑選的焊接材料能與之相匹配，從多方面保證焊接質量。

（3）重視焊接細節的處理，盡量避免因細節處理不當造成的損傷。

（4）加強防腐施工設計，定期完成焊接結構的防腐保養，并做好日常記錄。

2.2.2 焊接結構的設計方面

根據橋梁建設需要，需通過試驗測量焊接需滿足的靜力值，確定科學的抗疲勞等級，選用合理的焊接工藝[4]。

（1）設計焊接結構時，應多注意細節部位，保證焊接完工后的橋梁結構能均勻受力，避免集中應力帶來的安全隱患。

（2）設計焊接結構時，要分析焊接完工后的各項數據參數是否符合工程相關規定，提高焊縫的質量。

2.3 加勁肋設計

根據計算資料和結構受力類型，為提高結構整體剛度或穩定性，可增設加勁肋于橋梁支座或其他和荷載力較大的部位，如：箱梁頂底板、腹板等。

設置加強肋之前，需要計算出詳盡周密的數據，為更好地提高項目建設整體的穩定性，需要根據施工條件合理確定加強肋的加固部位。此外，在進行加強肋施工前，需全方位搜集必要的施工信息，計算出精準的參數值，保證加強肋的施工效果。

2.4 施工人孔設計

為了提高維修保養的效果，還需要設計施工人孔。通常會將人孔設置在橋梁底板靠端頭處，這是橋梁設計施工中不可或缺的一環[5]。

橋梁結構部位需要設計一定數量的人孔，為了防止結構損傷，應在不同斷面上均勻錯落設置人孔，防止人孔集中在同一斷面上，造成受力不均的問題。

2.5 計算結構內力

計算結構內力時，需嚴格核算并模擬現場工況選取合適的參數。應從縱向上將橋梁劃分成若干單元，對各計算單元分別編號，分別采集實際工況的數據信息，依據每個結構單元不同預應力特性、收縮徐變大小、荷載作用情況等參數值，確保分析數據的準確無誤。

2.6 防腐蝕設計

根據當地橋梁施工的外部氣候環境，制定相應的防腐設計方案，選擇合理的防腐辦法，將有效的防腐材料均勻噴涂在鋼結構的表面，做好鋼結構表面的預處理，使其始終保持干凈清潔、光滑的狀態[6]。

鋼材表面質量經檢查合格后，進行熱鍍鋅，再涂刷防腐底漆、中間層漆及面漆，選擇涂料時應考慮與環境的匹配性，以及底漆與面漆的匹配組合。底漆有鐵紅油性漆、紅丹酚醛漆、鐵紅純酚醛漆；中間層漆有環氧云鐵漆，面層漆可選各色油性調和漆。

3 鋼結構橋梁質量控制要點

3.1 鋼結構工程質量控制流程

鋼結構工程施工階段質量控制由鋼構件加工制作階段以及鋼構件安裝與驗收階段兩部分組成。

（1）橋梁鋼結構工程質量控制流程見圖1。

圖1 鋼結構工程質量控制流程圖

（2）鋼結構工程加工階段質量控制要點：1）控制拼接縫的尺寸，翼緣板與腹板之間的拼接縫間距應控制為200 mm；翼緣板的拼接長度應該大于板寬的2 倍，腹板拼接的寬度和長度要分別控制為300 mm 和600 mm；2）加強連接表面的質量管控，組裝鋼結構前，要先清理焊縫周邊30～50 mm 的區域，保證該范圍無油污、毛刺和鐵銹，高強度螺栓連接頂和鉚接接觸的區域應保證至少75%的緊貼面積，檢查時常使用0.3 mm 的塞尺，保證全部塞入面積不超過總面積的25%，控制邊緣最大間隙在0.8 mm 范圍內；3）組裝鋼結構時，選用合適的工具及設備，確保組裝精度符合規定要求；嚴格按照國家對焊接處型鋼尺寸的要求選擇符合標準規定的材料，并完成連接組裝，保證尺寸偏差在規定范圍內；鋼構件外形尺寸應符合國家工程質量驗收標準規定；防止吊車梁及吊車桁架出現下撓[7]。

（3）鋼結構工程吊裝階段質量控制要點：1）做好裝吊準備工作：綜合吊點位置及鋼柱的重量，準備不同規格、長度標準的卡環及鋼絲繩，以應對不同的施工情況。2）確定吊點：方便安裝、結實穩固的原則，將吊點位置設置在鋼柱的外側頂部，在臨時連接板上預留吊裝孔；通常要在鋼柱上設計4 塊厚度為20 mm，規格為Q345B的鋼板吊裝耳板；若需設置重型構件耳板，還應重新測量確定耳板的厚度；3）為提高保吊裝過程的平衡性，保證施工安全，可在吊鉤下掛上四根具有一定強度的鋼絲繩，并在鋼柱下方墊上枕木，避免鋼柱起吊時在地面上拖拉，損害鋼柱及地面；4）鋼柱吊起后，要確保鋼柱的中心線與下段鋼柱的中心線相對齊，同時兼顧四面，將上下節柱之間的安裝耳板對應連接，并將雙夾板用螺栓固定。

3.2 施工質量監控的主要內容

連續鋼桁架橋梁的施工控制，包括以下三個方面：

（1）控制好結構線形：通常，施工控制的主要內容包括對橋梁結構線形的控制。因為橋梁施工過程中，無法避免結構的輕微變形，且施工人員的操作能力有限，合理范圍內的誤差也屬于正常現象。但這也導致實際的橋梁線形與設計標準存在一定的差距，要想進一步提高結構線形與設計線形之間的吻合度，需要加強控制，盡可能減少兩者之間的差距[8]。

（2）控制好結構內力：桁架橋施工時，影響結構內力的因素主要有：橋梁施工的荷載和臨時支撐的方式；鋼梁水平位移距離和安裝的精度；荷載的均勻性、平衡性；外部氣候環境、溫濕度、風力情況等；要想提高橋梁的穩定性，還需要對施工的關鍵工況做出科學合理的驗算與判斷。

（3）控制結構的穩定性：結構穩定性的控制工作主要從以下幾方面開展：一是檢查施工過程中已完工的結構構件是否存在整體或局部的不穩定情況；二是檢查施工設施的使用性能是否穩定；三是考慮外部環境因素：如風、天氣等因素。現階段控制橋梁穩定性的有效手段是驗算施工中各關鍵工程的開展及進度情況。建立健全施工—檢測—施工的質量控制循環體系，在施工全階段檢驗每一個工序結束后的結構數據，經專業人員檢查分析計算后，得出現存誤差值，反思誤差產生的原因[9]。在后續施工中盡可能消除影響誤差水平的因素，提高施工控制效果，實現施工過程的良性循環。圖2 為施工質量監控的流程圖。

圖2 施工質量監控流程

3.3 質量管理要素及評價指標的確立

按照規定的橋梁鋼結構施工要求，總結施工經驗，得出以下鋼結構施工質量評價標準，并以此為依據完成質量等級的評價，如表1 所示。評價工程質量的程序應當在項目竣工后開啟，主要檢查驗收的是整體工程的質量以及施工過程中的各類質管資料。在檢驗相關資料時，采用專家打分法，使用模糊質量打分的方式對主要質量要素進行量化評價。

表1 橋梁鋼結構工程質量管理要素與評價等級

邀請多位專家對各質量要素進行評價打分，要獨立進行審核評價。對所有的資料隨機抽查的數量點不少于30%，在該工程的竣工驗收階段，每一質量要素實得分為打分的平均分。最后需設定各質量要素的權重，各質量要素的權重根據公司質量管理體系評價標準中的有關規定取值，以加權平均分作為判斷標準[10]。

4 結論

經研究，為保證橋梁整體鋼結構的穩定性，須做出完整的鋼結構設計方案，綜合各構件設計細節及外部環境影響，確保焊接施工工藝水平，做好各項防腐措施，保證竣工驗收后的橋梁整體結構達到規定質量標準，為車輛通行創造良好的條件。此外，實際施工中須全面把握質量控制的要點，嚴格按照質量管理流程開展質監工作，項目竣工驗收后做好質量檢測的綜合性評價。將質檢工作貫穿于項目設計、施工全過程及竣工驗收后，實現全方位的質量管理過程。