桥梁设计中钢结构的完整性设计

黄杰

江苏旭道城建设计研究院有限公司

摘要：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

钢结构桥梁具有使用寿命长、全寿命周期成本低、回收利用率高等优点，应用较广泛。随着我国钢材产量增加、品质提升、加工能力提高，在公路建设中推广钢结构桥梁的条件已经成熟。我国交通运输部于2016年印发了《关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见》，2017年印发了《关于开展公路钢结构桥梁典型示范工程建设的通知》，大力推进钢结构桥梁的建设，各地按照交通运输部意见，在建设高速公路中均加大了钢结构桥梁的推广应用力度，部分项目采用了钢结构高架桥的方案。从根本上提高钢结构桥梁的整体安全性，需要从钢结构桥梁设计完整性方面着手，正确处理好桥梁作用与安全状态之间的关系，确保桥梁结构全使用周期的安全性。

1我们现状桥梁运行中存在的问题

1.1交通荷载大

改革开放以来，中国经济飞速发展，尤其以习总书记为核心的的新一代领导人的带领下，我们实现了全面小康社会，全行业飞速发展，带动沿线交通运输业飞速发展，给城市交通带来很多挑战。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对高架桥梁、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，给现代桥梁带来很多新的问题。

1.2超载现象严重

我国现有的桥梁工程中，一部分桥梁修建年代较早，这些早期修建的桥梁工程受当时技术条件的限制，桥梁的承载能力有限。随着经济社会的飞速发展，生产运输需求的增加，很多地方超载现象严重，尤其对这些早期修建的桥梁，严重影响了桥梁的正常使用，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结构的破坏，例如无锡桥梁的侧翻事故。

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钢板焊接的方式，具有较强的承载能力，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，桥梁整体结构虽然经过精准计算，但部分桥梁运行过程中仍会发生安全问题。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桥梁钢结构完整性设计方法

3.1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，使得桥梁横向受力相对均匀，避免受力分析不到位所造成的桥梁结构损坏情况。以匝道连续桥梁为例，由于其 纵曲线半径相对较小，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。

3.2结构内力计算

桥梁设计中钢结构完整性的设计还要求有关的设计人员要加强结构内力的计算。在结构内力分析上，可以应用单悬臂方式，有时也会应用简支梁选择、桥梁纵向分割等方式进行计算，在计算过程中，需要对各个纵向分割单元做好相应的标记，将原始计算数据带入相关的计算过程，根据计算结果，如果在桥梁工程的滑动部分，需要进行支座结构的设置，要及时设置，在桥墩区域内进行支座的固定。

3.3焊接结构设计

钢结构桥梁主要是通过焊接来实现各个构件的连接处理的，因此，桥梁焊接的质量决定着桥梁结构的稳定性与安全性。焊接结构是影响焊接效果的重要因素，桥梁设计钢结构完整性设计方面，需要结合桥梁工程的具体施工情况、疲劳程度，来科学确定焊接结构形式。在焊接结构设计上，需考虑工程施工细节问题，使得焊接结构设计能够与桥梁的受力相协调，避免在桥梁工程中，由于焊接结构应力对桥梁承载力产生的不利影响。焊接结构设计中，需要做好焊接检测工作。焊接结构设计最为关键的就是焊角尺寸、焊缝的设置，避免在焊接过程中，焊接工艺所引发的质量损伤问题。对不同的钢结构焊接接头而言，需要根据焊接的工艺、质量要求，对焊缝加以科学设置，尤其是要尽量实现对肋、附连件数量的控制。焊接接头需要具备较好的抗疲劳能力，通过焊接工艺的选择与应用来实现。在桥梁钢结构中，正交异性板的疲劳裂纹往往具有不可修复的特征。

3.4优化车道钢结构的宽箱梁

桥梁钢结构设计过程中，有关设计人员还需要进行车道钢结构宽箱梁的优化，在有关过程中，设计人员需要以竖向计算标准、支座间双悬臂支架的计算结果，来推算桥梁的跨度大小。在实际的桥梁工程中，竖向加劲肋的方式可以提高桥梁本身的承载能力，而如果经由此种方式无法满足桥梁安全通行的要求，此时可以考虑横向加劲肋方式。横向加劲肋设置时，设计人员要经由精细的计算，使得其能够起到应有的作用。

3.5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。

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：
　　[1]李勇，杨彩霞.钢结构桥梁完整性设计理念与具体设计方法[J].公路交通科技（应用技术版），2019（6）：258～259.
　　[2]姜鹏.桥梁钢结构抗疲劳设计分析[J].建筑技术开发，2017（12）：115～116.