桥梁工程设计中钢结构系统的完整性设计策略

田德锋，杨新华

(江西省交通设计研究院有限责任公司，江西 南昌 330000)

随着我国经济水平的不断提高，推动了我国交通行业的迅速发展。人们对交通有了更高的需求，随着超限汽车的运输量的持续增多，给我国的公路桥梁工程建设带来了很大的压力。对我国近年的公路桥梁故障进行调查后，发现危险级别高的桥梁工程数量越来越多，给人们的生产生活造成一定的影响，并加大了交通通行能力与桥梁承受能力的矛盾。另外，受到气候环境的逐渐恶化，给桥梁工程中钢结构的稳定性带来影响，减少了桥梁的使用寿命，给人们的生命安全和国家的经济带来威胁。因此，对桥梁工程设计中钢结构系统进行完整性设计是十分有必要的。

1 桥梁工程设计中钢结构系统的完整性设计理念和目标

1.1 桥梁工程设计中钢结构系统的完整性设计的理念

桥梁工程作为一种满足人们交通需求的建筑物，对于人们的生产生活具有十分重要的影响。现代的桥梁工程设计中的钢结构主要是由结构钢加工单元在经过相应的焊接工作后构成的比较复杂的受力系统，能够达到桥梁的承载安全性与服役耐久性的要求。虽然桥梁的设计者严格按照相关的桥梁设计规范对桥梁的刚度、强度和稳定性进行设计，但是依然不能有效地防止桥梁结构出现损坏的情况，其主要是由于桥梁结构的耐久性和安全性不能完全依靠承载力。二十世纪以来，焊接技术越来越广泛的运用在桥梁工程中，大多数桥梁钢结构受到破坏的主要原因在于局部损伤导致的，由于其不能及时的进行维修，进而降低了桥梁的使用寿命。例如韩国的圣水桥和澳大利亚的kigs桥。因此，在这样的形势下，桥梁设计师开始对桥梁的焊接结构的损伤、损伤扩展以及钢结构系统进行关注的同时，还对桥梁钢结构系统的完整性进行进行关注。桥梁工程设计钢结构系统的完整性内容主要包括桥梁的刚度、强度以及桥梁钢结构耐久性的损伤与断裂两个方面的内容，只有实现了这两个方面内容的互相结合，才能够有效的保证桥梁钢结构系统的全面性和综合性。

1.2 桥梁工程设计中钢结构系统的完整性设计的目标

确保桥梁工程设计中钢结构系统的完整性，需要对桥梁的载荷重量、结构构造、安装方式、生产工艺流程、材料性能以及生产环境等各个方面的因素进行考虑。另外，完整性设计不仅要对桥梁结构、构件部分之间的连接进行考虑，而且还要对钢结构的刚度、强度、断裂、损伤以及损伤容限等方面进行考虑。

2 桥梁工程设计中钢结构系统的损伤情况

随着焊接技术的不断发展，在桥梁工程建设中越来越多的使用高强材料，进而就要求桥梁设计者对工艺损伤以及材料给损伤产生的敏感性进行关注。由此可以推断，桥梁钢结构出现的损伤情况和损伤发展情况会给材料和工艺产生影响。其主要有以下五种损伤情况:

(1)在进行焊接的过程中，没有注意到母材Z向性能的要求，进而导致非金属中的夹杂物质含量比较高;

(2)由于金属结晶给桥梁的生产材料带来了负面影响，进而降低了焊接部位的力学性能;

(3)钢结构在焊接的过程中出现损伤现象，如果欠缺过多，那么就容易导致出现疲劳裂纹情况;

(4)受到桥梁细节设计问题的影响，导致钢结构中的不良构造细节出现损伤问题;

(5)进行服役时，受到环境条件的影响，加剧缺口损伤程度，带来威胁。

3 桥梁工程设计中钢结构系统的完整性设计策略

对桥梁工程设计中的钢结构系统进行完整性设计，要对桥梁自身的承受能力、耐久性等因素进行考虑。因此，对桥梁钢结构的横向抗倾覆、焊接结构以及加劲肋部位进行完整性设计，主要运用以下的完整性设计策略:

3.1 对横向抗倾覆进行稳定性设计

通常情况下，桥梁的钢结构具有质量轻、强度高的特点，在特殊性道路方面，例如在半径小、车道多的路段进行设计时，设计者要注重对其横向抗倾覆的稳定性进行考虑。通过对以往桥梁的建设和设计过程进行分析，常常出现由于设计失误原因造成桥梁出现倾斜的情况。由于连续桥梁半径小，所以其跨度就大，如果桥面的宽度比钢梁的宽度大，那么就容易降低活载力，严重者增加横梁外侧的支座受力，降低内侧受力，进而出现受力不平衡的情况，最终导致桥体倾斜。有了上述的经验，桥梁设计者进行设计时，在经过严格的计算后，将横梁的受力控制在一定的范围中，这样不仅能够解决桥梁的荷载问题，而且还能够确保桥梁受力的均匀性。

3.2 对桥梁焊接结构进行完整性设计

确保桥梁焊接结构的完整性，对于保证桥梁整体的安全性和完整性具有十分重要的作用。因此，在对桥梁钢结构的部位进行焊接时，要对其各个部位的受力情况进行分析，进行相应的调整，因为接头部位具有的应力作用会给母材结构和其受力性能产生直接的影响。除此之外，进行焊接的过程中，出现应力是正常的，并且其不能被完全消除，同时，焊接产生的应力会使接头出现变化，产生大量缺陷，不能保证桥梁设计的完整性。所以，在严格按照桥梁完整性设计的前提条件下，要注重桥梁接头的设计。

桥梁设计者为了保证其完整性，首先要对焊接对桥梁检测所产生的静力、疲劳等级进行考虑，选择恰当的焊接形式;其次，对桥梁焊接的重要部位和细节部位进行关注，以便能够减少焊接产生的应力;最后，要严格、认真的根据标准进行检测，有效地提高焊缝的质量。

3.3 对桥梁的加劲肋部位进行完整性设计

由于加劲肋部位位于桥梁的支座位置，是桥梁的集中负荷区域。通过设置一些加强部件，能够有效的确保构件的稳定性，并将其作为集中力进行传送。在对桥梁进行加劲肋设计时，要严格根据相关的计算结果来确定是否设置加劲肋，如果计算结果证明需要设置加劲肋，那么在设计时，适宜选择竖向加劲肋，然后在设置好竖向加劲肋后，在其前提条件下，根据桥梁的距离与腹板的厚度确定竖向加劲肋设置的位置。如果计算的数值高于规定的范围，那么就选择使用水平加劲肋。除此之外，在原构件的截面积不够的情况下，通过设置加劲肋，对于提高抵抗弯矩、增强剪力、减少用钢量以及节约建筑成本具有十分重要的作用。

4 结束语

总而言之，桥梁工程整体建设的质量对于社会的发展、人民的生命安全以及国家的财产安全具有十分重要的影响。因此，为了有效的提高桥梁工程生产建设的质量，需要确保桥梁工程钢结构设计的完整性，通过对桥梁钢结构的横向抗倾覆、焊接结构以及加劲肋部位等方面进行完整性设计，最终有效的保证桥梁钢结构系统的建设质量。另外，要求桥梁设计者在确定桥梁钢结构完整性设计方案和流程时，要树立全局观念，注重细节部位，制定出科学合理的设计方案，实现对桥梁工程的制造和管理。

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