现代桥梁设计中钢结构的完整性设计

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东广州 510230）

从实际情况来看，汽车数量的增长、运输量的提升，使目前我国的桥梁工程建设压力增大，产生应用风险，威胁到行车安全。通过对公路桥梁故障的深入调查，我国的危桥工程数量呈现飞速增长的趋势，对人们的生产、日常生活均造成了不良影响，是凸显当下桥梁承受能力与交通通行能力间矛盾的主要原因。我国气候与环境的恶化，将对桥梁工程中的钢结构造成较大的损害，在稳定性无法保证的情况下会缩短桥梁的使用寿命，影响人们的生命安全与国家的经济发展速度。因此，对现代桥梁设计中钢结构的完整性设计环节进行深入分析，具有重要的应用价值。

1 我国的桥梁使用现状

1.1 交通荷载极大

经济的迅速发展使我国汽车总量相较以往有明显提升，近几年由于人们生活水平的提高，汽车数量呈现了整体飞速提升的趋势，奠定了人们出行频率的增加基础[1]。在这种社会背景下，多种情况的共同作用最终结果会导致交通量的变大，会增加道路和载量。我国多个城市均出现了交通拥堵现象，在经济较为发达的城市表现的更明显，人们上下班高峰时间段出行困难已成为困扰人们外出活动的主要问题，阻碍了社会进步。

城市中构建了大量的立交桥与高架桥，该种类型设施数量增加后，有效地缓解了交通压力，降低了交通负担，为人们出行提供了更多的基础路线与出行途径。在凸显桥梁应用优势时，桥梁荷载成为人们关注的新问题。桥梁荷载量随着交通量的增长不断提升，若没有配套的养护手段与完善的设计方案，将在长时间使用后形成多种类型的安全隐患，威胁人们的行车安全。

1.2 超载现象较为严重

我国应用的大部分桥梁修建时间均较早，受限于当时的技术与经济条件，长期使用下会出现部分结构零部件的老化等问题。早期修建的多数桥梁均处于交通流量较为密集的区域，交通量较大使超载现象较为常见，影响桥梁的整体稳定性。车辆违规超载现象在边缘区域较为严重，桥梁负担较重使车辆在实际行驶过程中，对桥梁结构产生交变荷载影响，在此种类型的作用下，桥梁内部结构遭受到严重破坏[2]。

一些使用时间较长的桥梁，其中的零部件由于老化已经出现裂缝或细小裂纹，荷载提升使细小的裂纹逐渐扩大，形成较大的安全隐患，影响桥梁工程结构的整体稳定性，影响行车安全。

2 现阶段桥梁工程设计过程中钢结构系统的具体损伤情况

高强度材料成为桥梁工程建设的重要材料类型，要求桥梁设计人员应明确应用材料的具体性能、结构等[3]。通过对桥梁工程设计中钢结构系统构件实例的深入分析，发现钢结构出现损伤情况与材料、工艺具有密切的关联，是导致桥梁钢结构出现损伤的主要原因。

第一，在实际的焊接过程中，桥梁纵向性能要求并未获得桥梁设计人员足够关注，使这类材料中的金属杂质含量比例较高[4]。

第二，产生的一系列金属结晶将会对桥梁实际的生产材料应用环节造成较大的负面影响，会使结构稳定性下降，影响焊接部位的力学性能，无法保证桥梁参数满足预期的性能目标。

第三，在钢结构的焊接环节若出现大量的欠缺损伤情况，将在后续的持续使用过程中出现较大范围的疲劳裂纹，影响桥梁的整体质量[5]。

第四，不注重桥梁的细节设计，结构细节损伤较多，形成安全隐患后难以解决相应的问题[6]。

桥梁在实际应用过程中，若所处气候环境较为恶劣，未提供足够保养支持的情况下，产生的细小缺口、裂缝会随着时间的推移而逐渐增大。当裂缝已经发展到影响整体结构稳定性时，会威胁行车安全，缩短桥梁的使用寿命，产生大量的无效施工成本，浪费资源，不利于我国基础设施建设事业的长期发展[7]。

3 桥梁工程设计过程中钢结构系统的完整性设计理念

桥梁由于其特殊的应用效果，在人们生活中占据重要的应用地位，钢结构是综合了加工与焊接等多类型技术方法后形成的受力系统，与桥梁的结构稳定性与使用寿命有较为紧密的联系。人们在已经认识到钢结构应用重要优势的情况下，应充分考虑可能影响结构刚度、稳定性及强度的因素，从实际情况来看，无法避免桥梁结构出现损坏的情况[8]。

施工人员应深入分析桥梁结构耐久性、安全性、承载性、交通流量密度等因素，以此达到预期的桥梁结构建设目的。在实际设计钢结构系统时，保证其完整性的主要内容为强度、高度、耐久性损伤断裂，应综合考虑多项因素，充分凸显钢结构设计的应用优势，保证钢结构系统的全面性与综合性，提升其整体承载力[9]。

4 保证桥梁工程设计过程中钢结构系统完整性的设计策略

4.1 横向抗倾覆的稳定性设计

桥梁钢结构的特征主要为强度高、质量轻，若其应用的环境较为特殊，该类型道路的车道数量较多或半径较小的特征较为明显，桥梁的设计人员应重点关注横向抗倾覆稳定性，避免出现多种桥梁倾斜现象，保障社会与经济效益[10]。

以连续桥梁为例，由于其半径较小，使其整体跨度较大，若桥面宽度相比钢梁较大，承载力将明显下降，导致横梁外侧的支座受力增加，在内侧受的同时降低的情况下，易出现受力不平衡的情况，造成桥体倾斜甚至结构坍塌等现象[11]。

综合以上经验，桥梁设计人员在设计钢结构时应基于充分的因素考虑与数据计算，准确把控影响受力控制效果的多类型因素，确保其满足受力范围要求，可有效解决桥梁荷载问题，保障结构整体受力均匀。

4.2 焊接结构的完整性设计

焊接结构是否完整与桥梁整体结构的稳定性、安全性有密切联系，在对此类型的钢结构进行焊接时，首先应对各部位的受力情况进行深入分析，并同时进行相应调整，以免在接头部位的应力作用及母材结构的影响下，导致其受力性能发生变化[12]。应力的产生现象在实际焊接过程中较为正常，使用任何技术手段均无法保证完全消除应力，该种类型的力将会导致接头位置发生不良变化，增加了发生施工风险的概率，影响桥梁的设计整体完整性。施工人员必须严格遵循桥梁的完整性设计原则，并提高对桥梁接头设计环节的重视。桥梁的设计人员为保证整体钢结构的完整性，应对结构材料、应用的工艺类型、焊接过程中可能产生的静力、疲劳等级进行深入分析，综合多种条件后，再选择科学、合理的焊接形式[13]。

施工人员应提高对细节部位的关注度，采取合适手段减少焊接应力的产生，严格遵循检测标准对焊接部位进行核验，发现不合理的焊接结构或焊接效果无法满足预期设计标准，应及时进行返工处理以免影响桥梁的实际应用效果，提高焊缝的整体质量[14]。

4.3 加劲肋部位的完整性设计

桥梁支座位置的重点是加劲肋部位，是负载的主要承担区域，需要强化这一位置的结构，通过加强其中某些部件的质量可提升构件的应用稳定性，并实现集中力的传送目标。实际的加劲肋设计过程中，应结合对桥梁的相关计算数据结果，明确是否需要设置加劲肋部位。若有竖向加劲肋的应用需要，应确定其桥梁距离与腹板厚度数据，进行计算时发现数值结果超出规定的范围，应选择应用水平加劲肋。若原构件的横截面积无法满足设计标准，在面积不够的情况下需要通过设置合理的加劲肋部位，提高抵抗弯矩，增强剪力作用。由于施工过程的应用材料量有明显缩减，可起到有效节约建筑整体建设成本的作用[15]。

5 结语

综上所述，经济的整体发展趋势与桥梁工程整体建设质量有密切关系，桥梁设计人员应明确钢结构系统的设计与应用重要意义，提高对钢结构设计完整性的重视，选择应用横向抗倾覆与加劲肋部位等技术，围绕结构的焊接进行完整性因素考虑与全面设计，确保桥梁钢结构系统的建设质量满足应用标准，为我国的未来基础设施维持可持续性发展趋势奠定坚实的基础。