浅论桥梁钢结构的完整性设计

浅论桥梁钢结构的完整性设计

摘 要：综合国内外所发生的桥梁钢结构故障事故，使得设计者越来越关注于桥梁的焊接结构损伤、损伤扩展以及结构系统方面的问题，以此同时也在启发人们在桥梁建设中实现桥梁完整性的思考。基于对对桥梁钢结构的完整性设计目标、损伤以及其损伤的表现等进行详细的分析，提出全新的钢结构完整性设计的观念，以此对于桥梁钢结构的安全建设给予一定的指导。

关键词：桥梁建设；钢结构；完整性设计

现阶段，我国公路交通事业取得巨大的发展，交通需求量不断上升，在此超限汽车的运输量也在不断的增加，这给与公路桥梁造成了很大的压力。据相关的数据表明，我国近几年的危险级别的桥梁的数量在不断的增长，其通行能力和桥梁承受能力之间的矛盾在不断的恶化。再加上环境条件的日益恶化，使得桥梁的钢结构日渐出现不稳定的状况，其寿命被大大缩减，对于国家、社会乃至个人的生命安全都是一个巨大的威胁。由此展开桥梁结构的完整性设计，保证生命财产的安全性，将会成为未来桥梁建设的关键所在。

1 桥梁钢结构完整性设计的理念以及基本目标

1.1 桥梁钢结构完整性设计的理念产生的缘由

现阶段的桥梁结构，主要是将结构钢加单元经焊接连接在一起而组成的受力体系，其承载安全和服役耐久性都是很明确的。设计者尽量的保证其强度、刚度、稳定性，但是还是没有办法避免桥梁在服役期内出现故障。其主要的原因就是结构的安全与耐久性不完全取决于承载力，在焊接技术发展的现在，多数的桥梁钢结构破坏事故都是由于局部的损伤造成的。此类问题的隐蔽性和难以修复性，使得桥梁的寿命大大降低。由此，面对这样威胁的存在，设计师们在关注焊接结构损伤、损伤扩展以及结构系统的同时，还开始注意如何保证桥梁钢结构系统完整性。完整性设计涉及的主要内容有两个方面：其一，保证一定的刚度和强度；其二，关注于关联耐久的损伤和断裂；由此使得两个方面达到最佳的组合，使得其桥梁结构呈现出系统性、整体性和综合性的特点。

1.2 桥梁钢结构完整设计的基本目标

依据上述的缘由，桥梁钢结构完整设计的目标就可以总结为：保证钢结构在一定期限内的可靠性和安全性。其完整设计主要涉及到的内容有：载荷重量、材料性能、结构构造、制作工艺流程、安装的方式以及使用的具体环境等，完整性设计不仅仅要关注于结构、构件部分的连接，还要对于其钢结构的强度、刚度进行限定，对于其损伤与损伤容限、断裂与抗断裂都要做出相关的评定。

2 桥梁钢结构损伤的主要表现

目前，在焊接技术发展的同时，高强材料在桥梁建设中的使用频率越来越高，由此相关的设计者就会格外关注于工艺损伤和材料对损伤的敏感性。从这个角度来讲，桥梁钢结构的损伤和发展在材料、工艺和服役过程中都会出现相关的问题，其主要涉及的情况有以下几种：其一，非金属夹杂物质含量过高，这往往是在焊接的过程中，忽视了对于母材Z向性能要求；其二，焊接部位的力学性能下降，主要由于金属结晶对于材料产生了负面的影响；其三，焊接中出现的损伤情况，一旦出现过多的欠缺，就会诱发疲劳裂纹；其四，不良构造细节出现的损伤情况，这往往是由于细节设计问题，导致损伤出现；其五，服役过程中的环境恶化，使得缺口损伤加剧，出现威胁。

3 桥梁钢结构的完整性设计方案

3.1 横向抗倾覆的稳定性设计

钢结构的桥梁一般情况下，其质量轻，强度大，在一些特殊的路况下，如小半径以及多车道的设计上，它们的横向抗倾覆就成了设计师研究的重点。在以前的桥梁设计和建设过程中，往往会因为设计失误导致桥梁的倾斜现象。其原理是连续桥梁的半径较小，由此带来的就是较大的跨度，一旦桥面比钢梁宽就会导致活载最差，最恶劣的会出现横梁外侧支座受力增大，内侧就不会受力，这样的受力不均匀，极有可能出现桥体的倾斜。

基于这样的经验教训，设计者在其设计的过程中，要严格计算，保证其横梁的受力在合理的范围之内。由此，不仅仅可以满足桥梁的荷载问题，还可以保证桥梁受力均匀。

3.2 焊接结构上的完整性设计

桥梁的焊接结构的完整设计是保证桥梁整体完整性、安全性的关键所在，在处理不同部位的焊接时，要根据其受力的异同，做出相应的调整。因为其接头部位的应力作用将会直接影响母材结构以及受力性能，而且需要注意的是在其焊接的过程中，应力的存在是合理的，难以完全消除，同焊接的应力将会导致接头的形变，会出现大量的缺陷，难以完成桥梁的完整性设计。由此，在遵循桥梁完整性设计的过程中，对于接头的关注显得格外重要。

设计者应该关注的是：其一，有针对性的进行焊接形式的选择，其依据主要来自于焊接性检测出来的静力和疲劳等级。其二，基于减少应力的目的，关注焊接的关键细节部分；其三，严格依据标准来检测，保证焊缝的质量。

3.3 加劲肋部位的完整性设置

加劲肋处于支座位置，是集中负荷的区域，为了保证构件有着良好的稳定性，并作为集中力去传送，常常设置相关的加强部件。加劲肋的设计，在很多的设计者认为是没有多大必要的，其有无的问题不能依据我们的经验，应该遵循计算的结果决定是否设置。如果计算的结果显示需要，竖向加劲肋应该是我们设计的首

选，在此基础上依据其距离和腹板厚度决定其设置的位置。一旦其数值超过范围，就要采用水平加劲肋。由于原构件的截面积不足，加劲肋的设置就会起着这样的作用：增强抵抗弯矩和剪力，降低用钢量，从而极大的节约了建筑的成本。

4 结语

综上所述，桥梁工程的质量关系到人民生命财产，以及社会经济的发展和国家的财产安全。进一步提高桥梁工程建设的质量，保证桥梁钢结构的完整性设计的科学实施，需要国家进一步建立健全相关的法律制度，保证其建筑、监理工作都是基于安全性而进行的。在此我们要认识到桥梁钢结构完整性设计时复杂的流程，其各个部分相互影响，相互制约，环环相扣，我们要保持全局观念，对于每一个细节都给于足够的重视，在设计过程中，对于常见的焊接缺陷要做到心中有数，以正确的焊接工艺，科学的设计方案，全面的视角，强化对于桥梁钢结构完整性的设计观念，切实指导对桥梁的制造、检测和管理。

参考文献

[1] 黄友江.钢结构的稳定设计分析[J].黑龙江科技信息，2009.

[2] 范文理.现代桥梁钢结构的完整性设计[J].电焊机，2009.