浅论桥梁钢结构设计策略及注意事项

黄嘉伟 龙 华

（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，550000）

浅论桥梁钢结构设计策略及注意事项

黄嘉伟 龙 华

（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，550000）

钢结构具有轻质、高强，抗拉、抗压性能强等优势，因而在我国桥梁建设中应用十分广泛，钢结构桥梁整体性能的好坏，与其整体设计密切相关。以下本文就对桥梁钢结构设计展开探讨。

桥梁钢结构设计；问题；措施

引言

桥梁是为满足交通功能的建筑物，有明确的承载安全和服役耐久性要求。桥梁钢结构设计必须要符合钢结构桥梁的特性，并结合桥梁建设所处的复杂环境进行设计。所以，桥梁钢结构设计成为了桥梁建设的重点工作，必须给予充分重视。

1.桥梁钢结构疲劳设计的基本原则

1.1 在选取桥梁钢结构细节时，在经济条件允许的情况下，尽量选取疲劳强度等级较高的细节构造或采取提高构件疲劳强度等措施。

1.2 在桥梁钢结构疲劳计算时应考虑构造的可更换性，同时照顾施工、营运、维修、养护等桥梁寿命期内的各种因素，对构造进行分类，在进行疲劳计算时要采用不同的保证率；对于重要但无法更换的构件，取其中最高的保证率，对于可以更换的构造按更换和维修费用高低分别取不同的保证率，费用较高的保证率就高，反之则较低，但最低保证率不得低于97%。

1.3 在低温地区建造钢桥或钢筋混凝土叠合桥梁，必须考虑冷脆性和动态负载耦合作用的影响，材料的选择要有比较高的韧性，要提高材料断裂韧性的水平。应明确结构工作温度的最底限，设计时要将连接部位的承载力比其相连的杆件承载力高20～50%。在设计构件的断面时，在满足应力和结构稳定的情况下，尽量使用相对较薄的断面。

1.4 在结构设计上，当结构不能避免应力集中和焊接缺陷时，或由于结构形状限制而不能进行非破坏性检验，或结构中小于临界尺寸的缺陷有被漏检的可能时，选用的材料和焊条必须韧性要高。

1.5 在进行焊接结构的设计时，避免焊缝集中和重叠交叉，尽量减少焊接产生的残余应力。结构设计应尽量使由于缺陷所引起的应力集中减小到最低限度，如不采用尖锐角，尽量用较大半径的圆弧代替，尽量保证结构的几何连续性和刚度连贯性。除特殊情况外，不得使用间断焊。焊缝端尽量设置在应力较低处，对重要构件焊缝位置应打磨平顺，保证应力流线平顺通过。

2.桥梁中的钢结构设计问题

2.1 设计方面

对任何一个工程来说，核心部分是设计，其优劣在很大程度上影响着工程的造价、质量、施工难度以及工期。我国虽然有一些优秀的设计，但大多都存在一定的设计问题，设计上的不合理不仅给经济带来损失使得投资加大，还给桥梁工程的质量埋下了安全隐患，严重阻碍了我国桥梁建设技术的进步。尤其是桥梁钢结构的设计，基本上遵循相同的模式，套用现成的设计，没有创新思维，也很少采用一些新材料或新结构，不能根据实际地域情况、周遭环境进行设计。加之在设计的过程中，没有充分计算钢结构的性能参数，往往为了追求稳固的效果，而随意增大强度系数，造成不必要的材料和物资的浪费。另外在参数计算中对实际使用情况考虑的不够全面，使桥梁在使用过程中出现失稳以及应力屈服的现象。这些都是钢结构桥梁设计的常见问题。

2.2 质量

桥梁钢结构在选材方面一定要注意质量问题，因为针对于桥梁来说，受力的主体是钢筋和混凝土，所以影响桥梁使用性能的决定性因素就是钢结构的质量。在设计时要严格遵守国家强制规范设计，不得随意降低标准设计，另外在制作钢结构时要严格按照规范进行操作，严格执行每一道工序以保证桥梁的工程质量，避免出现安全事故。

2.3 锈蚀现象

钢材的主要成分是铁，所以对于钢材而言不可避免的就会发生自然锈蚀现象，这也是造成桥梁设计危害的一个因素。如果钢结构锈蚀到一定程度就会严重危及桥梁安全和使用寿命。锈蚀会使结构本身的受力能力降低，使桥梁在行车荷载的作用下，整体受力不稳定，部分锈蚀严重的位置出现弯曲现象，严重的还会引发交通事故，后果不堪设想。

2.4 焊接工艺

焊接质量对工艺方法的依赖性较强，在影响工序质量的各因素中占有更重要的地位。其影响主要来自两个方面：一方面是工艺制订的合理性；另一方面是执行工艺的严肃性。钢结构主要是靠焊接工艺结合在一起的，焊接过程如严格不按合理的工艺执行就会产生焊接缺陷，焊接缺陷不仅给生产带来了许多困难，而且可能带来灾难性的事故。据统计很多钢结构事故中，绝大多数是由焊接缺陷而引起的。这种焊接缺欠比较容易出现在钢结构焊接的细节上，这些焊接细节问题都会影响钢结构整体受力的稳定性，不加以防范，就会埋下安全隐患。

2.5 不良细节构造

不良的构造细节会使几何应力集中，这在钢结构设计中是最容易被忽视的地方，也是比较容易引发事故的原因之一。桥梁钢结构因为细节设计不良致使桥梁在使用过程中，几何应力集中叠加，在可变荷载的作用下，这些细小的损伤不断扩展，导致疲劳应力的扩大，最终导致事故发生。桥梁是一个整体结构，一些不起眼的细节可能就会使整个桥梁的受力系统遭到破坏，如果某个细小的构造出现应力集中或者应力疲劳，就容易出现变形，使钢结构出现应力屈服。

3.桥梁钢结构整体设计策略

3.1 横向抗倾覆稳定设计。钢结构的桥梁普遍比较轻而且强度非常高，然而，在小半径以及多车道设计时，其横向抗倾覆是当前研究的热点内容。早前的桥梁施工中，由于设计原因，导致在施工过程中或者桥梁使用过程中发生桥体倾覆。因为连续钢梁的半径比较小，所以相对而言，其跨度显得较大，如果再加上桥面宽于钢梁，这一必定显得活载不是最优，弄不好横梁外侧支座受力增大，而内侧支座出现不受力，这样横梁受力极其不均匀，发生梁体的倾覆。在设计过程中，通过合理的计算，来设计横梁的偏心受力情况，这样即可满足桥梁的荷载要求，也能似的桥体均匀受力。在横梁处采取灌砂措施，并在满足规范的条件下，增加多车道时的桥梁整体稳定度。

3.2 焊接结构完整性设计要点。桥焊接结构的完整性设计是保障桥梁整体稳定性的重要因素，其焊接的接头形式因受力的不同而各有差异，其接头部位的应力作用导致了母材结构以及受力性能的不同，同时，在焊接过程中不能100%消除应力，焊接应力通常导致焊接接头的变形，造成焊接接头形成大量缺陷，不能满足桥梁整体性设计要求。所以在桥梁整体设计中，必须考虑焊接接头的设计，在满足相干规范的前提下，必须做到：因地制宜地选择形式，并通过焊接性检测要求来获取静力和疲劳等级，来决定焊缝相关形式；在焊接设计中，必须详细设计其关键细节，达到焊接中受力均匀，尽可能降低应力；在设计中必须考虑焊接检测相关要求，必须以无损检测等相关控制指标来检测焊缝质量。

3.3 钢箱梁横梁设计。当桥梁主道设计过宽时，必须优化车道钢结构宽箱梁，在设计中，重点满足其竖向计算要求，对于横梁的跨径，需要从支座间双悬臂简支梁的计算中得知，在支座处可采取竖向加劲肋相关措施，当竖向加劲肋不能满足要求时，考虑横向加劲肋，其计算措施与纵向计算措施相仿。

3.4 结构内力计算。结构内力计算是以边孔采用单悬臂，中孔采用简支挂梁作为结构的计算模式。将桥梁纵向划分为多个单元，并对每个单元截面进行编号，然后进行项目原始数据输入。输入的数据信息有：项目总体信息、单元特征信息、预应力钢束信息、施工阶段和使用阶段信息。按全预应力构件对全桥结构安全性进行验算，计算的内容包括预应力、收缩徐变及活载计算。桥台处滑动设支座，桥墩处设固定支座，碇梁与挂梁间存在主从约束，挂梁一端设置固定支座，另一端设滑动支座。

4.结束语

综上所述，桥梁钢结构设计必须要讲究一定的原则，采取一定的设计策略。对于设计中存在的重点问题，应该给予重点关注。最后，要从具备设计的整体意识，从整体上提高设计质量。必须从整体性角度出发，全面分析桥梁受力情况，加强焊接形式的优化设计，才能保障桥梁钢结构的整体质量。

[1].王伟光.探析桥梁钢结构的整体设计策略[J].科学与财富，2011(08)

[2].杜红艳.现代桥梁设计中钢结构的设计[J].交通世界，2012(16)

TU7

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1007-6344（2015）09-0133-01