桥梁设计中钢结构的完整性设计方法

秦静

贵州苏交科工程勘察设计有限公司 贵州省贵阳市 550000

摘要：科技的发展，各领域的技术水平逐渐提高，信息技术应用更加广泛的今天，钢结构在现代桥梁中应用比较普遍，其强度大小与整个桥梁的抗压能力有关，加之桥梁的建设环境较为复杂，易于损及钢结构的使用寿命，因此，钢结构桥梁的耐久性受到广泛关注。

关键词：桥梁设计；钢结构；完整性；设计方法

引言

建设单位在开展桥梁工程建设时，钢结构桥梁设计质量会对其安全性、稳定性产生重大影响，因此应引起设计相关人士的高度重视。

1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。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。

2桥梁设计中钢结构的完整性设计方法

2.1放样流程

1)立面放样立面放样也称为高程放样，根据设计图纸，将设计高度(相对高度或假定高程系)放到施工实体上，标出各隔板高度的具体位置，放样结果称为立面图或竖曲线图。2)平面放样平面放样根据设计图纸，将顶板平面和底板平面的设计中心线、外轮廓线、隔板平面定位线、纵向加劲肋(U肋、T肋或板肋)定位线按实际位置放样，放样结果称为平面图或平曲线图。3)隔板放样根据原设计图纸、立面图及平面图，将隔板截面按真实尺寸绘制完成，根据桥梁结构形式的差异，放样得到的隔板截面尺寸和数量也不同。4)三维放样使用AutoCAD等计算机辅助软件，根据立面图(竖曲线图)、平面图(平曲线图)、隔板截面图，在三维空间精确反映出钢结构桥梁主结构相对位置关系。放样结果为三维线模，此过程在整个放样阶段耗时最长，也最繁琐。

2.2对结构总体布置进行优化

在进行建筑形状设计的过程中需保证其具有规则性，这是因为形状简单能够具有更加明确的受力性，即使出现地震之后也能够减轻破坏的程度。因此在进行抗震设计时需根据桥梁功能对桥梁的设计进行简化，在保证结构对称的情况下来减小桥梁的质量中心和刚度中心存在的偏差问题。强度连续变化和刚度连续变化均可以起到良好的抗震效果，因此对桥梁设计时应分析强度和刚度的变化状态。在桥梁设计和建设时要保证刚度和承载力在同一平面内处于均匀的状态，在竖向结构上应处于连续、均匀的状态。

2.3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。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。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。

2.4注重采取加劲肋设计

１）要注重通过科学的仿真模拟计算来获取相应的控制性指标参数，以达到精确设计；同时要综合考虑实际使用阶段钢结构桥梁受力的复杂性及不可控性，在受力复杂难以明确分析的结构部位，以及易发生翘曲畸变的结构构件处，均应设置合理尺寸及性能的加劲板，以确保结构的安全性。２）在钢结构桥梁顶底板，均有必要采取水平加劲肋来提高结构受力性能。由大量工程实践经验可知，通过准确设置加劲肋位置，能够大幅度提高桥梁的抗弯能力，节省钢材的实际用量，提高项目的经济效益。如果桥梁工程主体为竖向支承结构设计，在后续的工程施工当中，为了有效提升桥梁结构的承载力，就应当增设必需的竖向加劲肋。倘若采取上述方式并未达成预期效果，还应当适配合适的横向加劲肋，从而提高建设成效。

2.5梁柱刚性连接抗震设计

美国和日本在20世纪末均发生过地震，导致较多钢结构出现断裂状况，使得桥梁的使用受到了影响，给国家造成了较为严重的经济损失。基于这一问题，有关领域开始对钢结构进行了改进，提升构件的延展性，防止节点连接位置因延展性不佳而出现脆性破坏的问题。当前在梁柱刚性连接中最为常用的一种形式是栓焊混合连接形式，构造较为简单，并且施工便捷，但是因其容易出现断裂的问题，需实施补焊处理。补焊位置在梁腹板以及抗剪板之间，能够提升节点部位的塑性转动能力。现场焊接会受到多种因素的影响，因此必要时可以选择拼接的连接方式，可以降低连接问题的发生几率。

2.6除湿

从跨江、海大桥建造历史记载上看，由于江海表面上大量水分的蒸发，使得大桥始终处于极高的湿度环境中，这对大桥的维护、保养及安全工作带来极大困难。特别是在钢结构大桥中，腐蚀、生锈的现象时有发生，严重地影响了大桥的使用寿命，并大大增加了大桥的维护、保养费用和工作量。受空气相对湿度的影响，当空气中相对湿度超过60%以上时，钢铁的腐蚀速率呈指数曲线上升、空气相对湿度低于50%时，腐蚀速率极低。20世纪70年代在欧洲首次采用了转轮除湿设备对大桥钢结构进行干燥除湿、防腐保护，从而实现了大桥使用过程中，所有钢体内部接触的空气相对湿度被控制在所要求的低湿范围之内。通过这种全新的除湿技术应用，从根本上防止了钢梁、锚室、鞍室和索套缆索内部腐蚀、生锈的可能性，从而确保了大桥的正常寿命及运行和安全，而且维护成本仅为原来的10%～20%。

结语

综上所述，相关设计人员在钢结构桥梁工程完整性设计工作中，应当综合考虑多方面的因素。要根据施工建设的实际情况，优化桥梁的焊接结构并提升其抗倾覆能力，科学选取加劲肋设置位置、加劲肋形式、加劲肋构造，做好设计中的细节要求与检测工作标准，针对其中存在的难以规避的缺陷与问题采取针对性较强的改善处理措施，以此提高完整性设计的效率和质量，确保钢结构桥梁的安全稳定，发挥其良好的跨越通行功能，创造较高的社会和经济价值。

参考文献

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