探究现代桥梁设计中钢结构的完整性设计

刘松

摘    要：城市化进程的加快，使交通事业的也迅猛发展起来，它不仅改善了人们的出行条件，方便了人们日常的生产生活，还有效的促进了建筑行业的发展，特别是对于桥梁建设行业而言，其作为公路交通系统中非常重要的一个组成部分，受益非常大。在桥梁架设的过程中，会使用到大量的钢结构材料，钢结构材料的质量可以说是公路桥梁安全性的有效保障。本文阐述了钢结构桥梁完整性设计的方法，降低桥梁使用的危险系数，发挥桥梁工程的经济与社会价值。

关键词：现代桥梁;设计;钢结构;完整性设计

1  引言

经济社会的快速发展为交通事业创造了良好的发展条件，尤其是桥梁工程逐步增多，桥梁承担着越来越重要的运输与通行任务。随着车辆的增多，很多车辆在使用过程中存在着超载问题，这些超载车辆严重影响了桥梁的正常使用，使得桥梁存在着一定的运行问题，很多桥梁面临着严重的威胁。因此，从根本上提高桥梁的整体质量，需要从桥梁钢结构完整性设计方面着手，正确处理好桥梁运载力、承受力之间的关系，减少钢结构在使用过程中存在的结构变化。

2  桥梁钢结构完整性设计的重要性

当前，钢结构桥梁主要采用单元筋焊接在一起的方式，其具有较强的承载能力，并且使用年限较长，设计人员在设计过程中，尽可能选择较为成熟的设计方案，提升其强度和稳定性，虽然经过精准计算，但还存在着很多质量问题。主要原因在于桥梁的承载能力不能满足安全性与耐久性的要求。当前我国焊接技术已经达到了世界先进水平，而很多桥梁发生损坏是局部的强度不足造成的，损坏处大多是比较隐蔽的位置，不容易进行修补，导致桥梁的使用年限缩短。对于上述存在的问题，桥梁在设计过程中，要充分考虑桥梁的损伤部位及损伤程度，从而全面提升钢结构桥梁的完整性。桥梁的完整性主要包含了以下两点：其一，桥梁结构应该更具刚度和强度;其二，应该具备承受持久性伤害的能力。在设计的过程中，满足以上两个方面的要求，既要保证其整体性，又要满足完整性的基本要求。

3  我国现代桥梁的使用现状

3.1  交通荷载大

近年来，经济社会的发展使得汽车使用量与需求量呈现逐年递增的趋势，人们的出行方式更为多样化，出行频率增大。作为一种重要的交通设施，桥梁工程面临着交通量变大、荷载增大的现状。在很多城市，交通拥堵问题严重阻碍了城市的发展，为改善这种交通局面，很多城市逐步加大了在高架桥梁、立交桥等桥梁工程方面的资金与技术投入，虽然在一定程度上可以改善城市的交通局面，但是桥梁荷载逐步增大，使得这些桥梁工程面临着新的问题，比如桥梁钢结构的损坏。

3.2  超载现象严重

我国现有的桥梁工程中，一部分桥梁是早期修建的，这些桥梁工程在当时的建设条件下，受到技术条件的限制，桥梁的荷载能力有限。在当前的发展环境下，随着人们通行需求的增加，这些早期修建的桥梁工程面临着荷载增加的问题，超载现象严重，对维护桥梁工程的稳定性与安全性极为不利，一些超载问题甚至直接造成了桥梁内部结构的破坏，影响了桥梁的正常使用。

4  桥梁钢结构损伤表现形式

随着科学技术的不断进步，人们的认知水平也在不断的提升，对于关系到广大人民群众出行安全的桥梁建设方面，设计工作者会选取高强度的材料，将设计的重点转移到施工工艺损伤以及所选材料对于损伤所展现出来的反映。通常情况下，桥梁结构在施工及使用的过程中可能出现的主要问题包括了以下几个方面：第一，杂质问题。在进行桥梁结构建设的过程中，材料使用特别是非金属材料的使用过程中会有大量的杂质出现。第二，功能问题。在对钢结构进行焊接时，如果金属结晶处理不当，就有可能致使焊接部位的功能出现下降，给整个工程造成一定的隐患。第三，损伤问题。焊接的时候，如果焊接工人操作不当或是技术水平有限，就有可能导致出现焊接损伤，甚至导致疲劳裂纹的出现。第四，细节问题。桥梁钢结构设计工作是一项复杂的工作，涉及到很多的细节设计工作，一旦未能做好，就有可能造成结构损伤。第五，环境问题。这项问题的出现多是由于桥梁所处地理区域的外部环境发生大的变化所引起的，并且一旦出现环境问题，对于桥梁钢结构造成的损害时非常巨大的。

5  桥梁钢结构完整性设计方法

5.1  横向抗倾覆设计

桥梁钢结构完整性设计方面，包含的设计内容相对较多。对于一些半径相对较小而车道数量相对较多的桥梁工程而言，在设计过程中，为保障钢结构的稳定性与安全性，需要使得桥梁具备横向抗倾覆能力。在横向抗倾覆设计中，必须经由精确的计算，尤其是要重点分析桥梁的受力情况，使得桥梁橫向受力相对均匀，避免受力分析不到位所造成的桥梁结构损坏情况。比如，以连续桥梁为例，由于其半径相对较小，为保持桥梁的稳定性，其桥梁的跨度就相对较大，当设计人员在设计过程中没有做好桥梁的受力分析时，可能会存在桥面宽度远远超过钢梁宽度的情况，在这种情况下，桥梁横梁外侧支座受力增大，而内侧受力反而减小，存在严重的受力不平衡，会加大桥梁倾斜发生的概率。因此，在横向抗倾覆设计时，需要做好受力分析，将横梁的受力控制在合理的范围内，必要情况下在桥梁横梁位置处进行砂石填方，使得受力更为均匀，桥梁钢结构更为稳定。

5.2  加劲肋设计

加劲肋主要指的是桥梁结构中的加强部件，其主要位于桥梁承载结构部分，目的在于分担桥梁主体结构的载荷。在设计的过程中是否需要布置加劲肋应该采用科学的方式进行计算确定，如果通过计算之后发现必须设置加劲肋，就应根据桥梁的具体受力形式来设置加劲肋的形式、需要设置竖向还是水平方向的加劲肋，全面提升该位置的桥梁结构的质量与承载能力。在设计加劲肋时要选择科学合理的方法进行计算，必须要保证运算数值精确无误。

5.3  防腐蚀设计

对钢结构桥梁工程而言，由于其钢材性质的特殊性，在一定的条件下，钢结构极易受到腐蚀等的影响，因此，完整性设计方面，还需要做好防腐蚀设计工作，充分考虑腐蚀环境、条件因素，做好钢结构防腐涂层的设计，使得在一定的时间范围内，防腐涂层可以起到重要的保护作用。防腐涂层直接与金属表面接触，因此，为了保障防腐涂层的处理效果，需要在涂层设置之前做好钢结构金属表面的处理，比如，保障金属表面的粗糙度。只有保障了良好的金属处理效果，方能够保障防腐涂层良好的应用效果，提升钢结构的抗腐蚀性能。

5.4  提升焊接工艺

具备科学性与合理性的焊接结构形式，就要按照要求来明确具体的焊角尺寸，从而可以避免过热而损坏其结构性能。对于不同的接头形式来说，要根据耐用性的要求来合理的设计焊缝，不能过多的应用连接件。因为正交异性板的疲劳裂纹一旦出现，就会导致其无法正常的修复，所以需要根据需要采取良好的细节设计方案，但是需要有良好的工艺作为支持。

6  结束语

近年来，随着我国交通运输网络的逐步完善，桥梁工程项目中，钢结构的应用越发普遍，为保障桥梁的稳定性与安全性，必须实现对钢结构的完整性设计，保障设计质量。钢结构完整性设计有效避免了各种设计缺陷的出现，提高了桥梁工程的稳定性，有利于桥梁工程发挥其良好的通行作用，创造巨大的经济与社会价值。

参考文献：

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[3] 刘建军，陈建明.桥梁结构设计中钢结构的完整性设计[J].交通世界，2017（21）：130～131.