桥梁钢结构完整性设计要点研究

文 / 中铁建苏州设计研究院有限公司 胡海波

引言

桥梁工程建设，其性能质量影响着运行效果，为了使交通建设水平得到提升，应对桥梁工程建设进行不断优化。在桥梁施工中钢结构作为主体，其性能有着直接的影响，应对其完整性进行合理设计，使其满足使用的需求。当前一些桥梁工程建设由于钢结构不合理而产生了较多的问题，难以保证其安全性。因此，应对桥梁钢结构的设计进行分析，结合其完整性要求开展设计工作，采取有效措施加强设计的效果。

桥梁钢结构完整性设计的重要性

桥梁结构设计中常用的是单元筋焊接方式，该方式可使桥梁使用的时间延长，并且使其承载能力加强。在设计中需要尽量选择适合的方式，使桥梁结构的性能得到提升，桥梁结构的稳定性加强。然而该方式在实际应用中还存在着一些问题，由于运用该方式设计的桥梁无法满足安全及耐久的需求，虽然在施工中使用的焊接技术应用水平已经得到了提升，但是问题主要产生在桥梁比较隐蔽的位置中这些位置不容易被修补好，同时在长年没有进行维修的情况下会使问题加剧，无法保证其使用的寿命。因此，在进行桥梁设计的时候，需要对其结构要求进行分析，使桥梁可能产生损坏的位置得到合理评估，使桥梁结构的刚度显著加强，并且使桥梁结构的承受伤害能力得到提升，进而使桥梁建设的需求得到满足，发挥出桥梁工程的优势。

我国现代桥梁工程的使用现状

桥梁交通荷载大

在当前的交通快速发展下，汽车使用量大大提升，人们的出行方式也呈现出了多样的特点，桥梁在交通工程体系中作为重要的设施，面临着交通量提升的情况，对其自身的性能提出了更高的要求。同时，在交通出行中存在着一定的问题，比如交通拥堵等，为了使问题得到改善，城市高架桥梁及立交桥梁的建设增加，这使交通的建设更加完善有效。但是在桥梁荷载增大的情况下，桥梁结构设计也产生了问题，为了使设计发挥出有效的作用，需要对桥梁结构的设计进行不断优化。

桥梁超载现象严重

在目前的桥梁工程中部分桥梁建设时间比较，桥梁建设技术水平不高，在环境等因素的影响下，其荷载能力有限，可能会产生较多的问题。在交通出行需求提高的趋势下，早期建设的桥梁工程产生的问题也增加。在荷载增加的条件下，超载问题比较显著，无法保证桥梁结构的稳定性，使桥梁的内部结构被破坏，无法发挥桥梁的功能。因此，需要对这种情况产生重视。

桥梁钢结构损伤中的主要问题

材料破损

在桥梁工程建设中钢结构的应用比较多，在施工的时候，钢结构损坏也比较常见，由于材料会受到多种因素的影响，比如人为损坏或者自身材料质量不佳等，这些问题会对钢结构的施工产生影响，无法保证其使用效果。在连接处理钢结构的时候，焊接技术发挥了重要的作用，当焊接技术使用不当的时候，会对钢结构材料产生较大的影响，比如层状断裂等。在进行桥梁结构设计的时候，设计人员需要对施工材料质量有效控制，并且合理选择施工焊接技术，使钢结构的焊接质量得到保障。

焊接头受损

桥梁钢结构损伤问题主要在焊接头部位，在进行钢结构焊接处理的时候，多次焊接会产生金属结晶，应在焊接接头位置提升强度，使钢结构的性能达到要求。在进行桥梁设计的时候，设计人员需要考虑到影响钢结构性能的因素，并且在设计过程中对此进行分析，实现对钢结构设计的优化，当桥梁结构中存在着缺陷的时候，长期的使用会使质量问题更加显著，对桥梁结构的使用造成了威胁。在桥梁结构承载力变大的情况下，桥梁焊接头损伤问题会加快，进而使钢结构性能受到影响。

桥梁工程钢结构完整性设计方法

桥梁钢结构横向抗倾覆设计

由于钢桥自重较轻的特点，在进行桥梁钢结构设计的时候，应使其具有较强的抗倾覆性能。最新的桥梁规范中对抗倾覆系数有了明确的要求，要求其使上部结构稳定的效应设计值与时上部结构失稳效应设计值的比值大于等于2.5。具体公式为：

此公式对与桥梁的抗倾覆计算意义重大，是我国规范第一次对桥梁抗倾覆的计算提出明确的标准。因此在设计过程中对横向抗倾覆设计要进行详细的计算，以避免桥梁在运行中由于过大的倾覆外力，使桥梁失去稳定，可有效防止结构倾覆问题的产生。一般在设计中为保持桥梁的稳定性，可在横梁的位置中使用混凝土或钢砂等填筑的处理工艺，增加桥梁支点处的抗倾覆能力，使桥梁的受力更加均衡，实现对桥梁结构的优化设计。也可增加横向支座的间距，使其稳定性显著加强。

桥梁钢结构焊接设计

为了加强桥梁钢结构完整性，应对焊接质量进行控制，在施工过程中焊接结构容易出现问题，当其出现了损伤的时候，整体材料及工艺中便都会出现问题。在进行焊接施工的时候，需要对材料以及工艺等进行全面优化，避免在焊接中产生损坏的问题。为了加强焊接施工的完整性，应对相关的环节点合理设计。比如，应使焊接材料以及结构有着较强的焊接韧性，在焊接的时候应结合实际情况来对焊接断面进行处理，可使损伤程度有效降低，以保证焊接的效果，提升焊接的质量。在焊接施工中可能会出现微观质量问题，应对微观质量问题产生的原因进行明确，避免在使用中产生更多的问题。应对焊接次数以及焊接规格进行合理控制，在焊接施工中应选择符合要求的相关性，根据钢材的特点来进行配置。焊接结构的控制发挥了有效的作用，在焊接施工中有着一定的要求，在实际操作中需要按照以下要求进行，第一，对桥梁焊接结构进行监测，结合桥梁的受力的特点来进行有效增长。第二，在焊接结构设计中需要考虑到整体的受力，现代焊接技术已经能够使得焊接接头强度等于或者高于母材的强度，也具有良好的抗疲劳性和断裂性，但是在设计时要注意焊接结构能均匀承受桥梁结构的受力，避免其出现局部应力过大的情况。第三，在对焊接结构进行设计的时候，应加强对焊接工程的检测，可使焊接结构的质量符合实际的要求，为焊接环节的质量提供有效的保障。施工规范中对检测的部位及检测等级也有详细的要求，目前较多设计都要求采用超声波探伤的方法，桥梁主要构件的焊缝如顶底板、腹板、横隔板等位置一般都要要求Ⅰ级焊缝。

桥梁钢结构加劲肋设计

通过加劲肋的设计可实现对桥梁结构部件优化，在承载部分中可保证桥梁使用的负荷承载的有效性，达到动力传递的要求。在设计过程中应考虑到现场的情况，使用有效的方法来进行荷载力计算。加劲肋的设置一般根据计算及构造要求设计。如在桥面处由于汽车冲击的影响，尽量应采用刚度较大的U型肋，在采用U型肋较困难的曲线处可采用T型肋。对于人行桥等对加劲肋要求较低的桥梁可采用一字肋等刚度小的加劲肋。加劲肋应根据计算及桥梁的受力形式来设置，通过竖向及水平方向加劲肋的合理设置，可以使桥梁结构的质量得到提升，并且加强其承载性，同时通过科学的方法来进行计算，可使结果更加准确可靠，为桥梁结构的设计提供良好的条件。

桥梁钢结构顶板人孔设计

在结构设计中为使施工顺利完成需设置人孔，在设计人孔的时候可选择桥梁受力较小的部位以减少对桥梁整体结构的影响。由于其在施工及检修作业时重要的作用，在应用中需要符合一定的要求。比如连续梁一般将人孔设置在受力较小的边跨部位，腹板人孔一般设置反弯点附近，如此设置都是为降低对结构的影响程度。在设计人孔的时候，除应选择应力小的位置外，在桥梁施工中人孔的数量比较多时，应避免在同一断面中设置较多的人孔，使人孔的间距得到有效的控制，为结构的设计带来保障。

桥梁钢结构防腐蚀设计

在钢结构设计应结合其材质的特点来进行分析，钢结构一般容易受到腐蚀等影响，为了保证其性能，应对其完整性加强设计，做好防腐蚀工作。应考虑到腐蚀环境及条件因素，将结构防腐涂层设计优化，使防腐涂层可起到有效的保护作用。在防腐涂层直接与金属表面接触的情况下，为了使其处理效果加强，应在涂层前将钢结构的金属表面处理好，使其粗糙度符合要求，可使处理发挥出有效的作用，为结构的保护提供支持。

桥梁车道钢结构宽箱梁设计

在进行桥梁钢结构设计的时候，需要重视对车道钢结构宽箱梁的设计优化，设计人员应结合结构计算的结果以及支座之间双悬臂的衡量计算结果来开展设计，同时兼顾桥梁跨度的大小。在设计过程中要考虑竖向加劲肋的作用及设置间距，使其发挥出有效的作用。在优化车道钢结构宽箱梁的时候，应根据桥梁结构的设计要求来采取有效措施，在计算结果的基础上通过对宽箱梁腹板及横隔板的优化，而不是人为的多设置腹板及横隔板，以免造成材料的浪费。做到在节约造价的基础上兼顾桥梁结构的性能，并且保证桥梁在后期运营过程中的结构安全。

结语

随着桥梁建设的不断完善，桥梁工程结构设计要求提高，为了满足其使用需求，加强其各项性能，需要对钢结构设计进行优化。可结合横向抗倾覆设计、焊接设计、加劲肋设计、顶板人孔设计以及防腐蚀设计等提出明确要求，使设计发挥出有效的作用，保证使桥梁结构的设计优势凸显出来。通过对桥梁钢结构的合理设计，使其整体性能提升，可使桥梁的质量全面提高，为桥梁交通发展创造更好的条件。