有关现代桥梁钢结构的完整性设计

【摘 要】随着现代社会科学技术与经济的不断飞速发展,我国公路桥梁建设也开始迅速发展起来.近几年,我国经常出现桥梁坍塌以及桥梁损坏事故,给国家和人民造成了严重的损失,随之人们对于桥梁安全也开始渐渐重视起来.桥梁事故发生的主要原因,就在于桥梁的刚结构质量损坏所引起的,所以完善桥梁的钢结构就显得十分重要.本文对于现代桥梁钢结构的完整性设计,进行细致的分析与探讨,并提出几点改善措施.

【关 键 词】现代桥梁；钢结构；完整性；设计

对于我国桥梁建设来说,要想顺利完成建设任务,并且保证桥梁的实际质量,就必须要从建设前的设计入手,在这几阶段就注意细节等个方面因素,才能在整体上保证建设的质量.此外,在实际建设过程中,要重视钢结构的完整性保护,对于出现钢结构的损伤要及时进行修补,对于出现的问题进行经验总结,以此避免同样问题再次出现,也能够更好的促进桥梁建设.

一、桥梁钢结构完整性设计理念

现代桥梁的钢结构主要受力系统是由结构钢加工而成的,可以承载安全而且具有很好的耐久性.在实际设计过程中,虽然设计者在设计时都会按照相应规定和标准进行设计,并考虑其满足强度、刚度、稳定性和承载目标系数等,但却无法避免桥梁钢结构在实际使用中的内部损坏.究其主要原因就在于因为局部损伤而扩展到桥梁的整体损坏,影响到桥梁的安全性以及实际使用耐力.这就急需桥梁设计者对桥梁钢结构的整体性进行细致的设计.现代桥梁的钢结构完整性,要求既要满足传统透钢结构的强度和刚度的要求,又要与耐久度和其断裂度想关联,因此在进行桥梁钢结构设计过程中要考虑以下几点设计理念：

1.桥梁钢结构的整体性设计目标,是要确保桥梁钢结构在规定的使用年限内保证安全.在实际设计中,材料性能、安装方法、制造工艺以及结构细节构造等多种因素,都影响着桥梁钢结构的整体性设计.设计者不但要考虑到结构以及构造细节的实际强度和刚度的要求,还要对损伤和损伤容限以及断裂和抗断裂方面进行准确的评价.

2.在实际建设过程中,钢结构从材料加工过程一直到使用过程中,其内部以及表面会形成很多微小的变化,容易造成一些缺陷.在荷载、腐蚀以及温度等因素影响下,这些细小的缺陷很有可能会扩展成宏观的裂缝,大大降低了材料和材料力学的性能,这是需要设计者注意的地方.对于桥梁钢结构来说,完整性和损伤是对应来说的,实际损伤程度会影响结构的完整性.所说的损伤容限指的是,钢结构在规定的使用周期以内,抵抗因为缺陷和裂纹等其它损伤破坏的能力.损伤容限概念的使用,是承认桥梁钢结构在使用之前存在有初始缺陷,但是通过对结构完整性的有效设计,来对其安全性进行评判.

二、桥梁钢结构完整性设计的方法

1.焊接结构完整性的设计方法

保证桥梁整体稳定性的重要一点就是焊接结构的完整性设计.一般来说,焊接的接头形式主要会因为受力的不同而产生不同的变化,母材结构和受力性能的接头部位的应力作用影响也会有所不同.此外,在实际焊接过程中,不能全部消除应力,焊接应力经常会导致焊接接头发生变形情况,所以经常会导致焊接结构形成大量缺陷,达不到桥梁整体性设计要求.所以在实际设计过程中,桥梁设计者必须要考虑到焊接接头的设计,在满足相关规定的前提下,选择方式要结合实际情况,还要通过焊监测的方法来获得疲劳以及静力的实际等级.

2.加劲肋设计设置的设计方法

在实际设计中,在有集中荷载的地方,为了保证构件的局部稳定性并且能够传递集中力,必须要设置加劲肋.一般来说,大部分设计者都认为加劲肋的设计是多此一举,没有实际作用.但实际上,我们必要通过计算才能够决定是否增设加劲肋.增设加劲肋的主要目的,在于在原有构件截面不足的时候,可以用来增强桥梁的抵抗弯矩以及剪力,可以有效的缩小原构件的截面大小,从而实现降低生产成本,减少用钢量.

3.横向抗倾覆稳定性设计方法

钢结构的优点是质量轻便,强度大.桥梁设计者在钢结构桥梁的设计中,将钢结构横向抗倾覆在小半径和多车道中的影响和用途纳入到设计和考虑范围之内.发生的多少桥梁损坏事故中,包括在施工过程中以及桥梁的实际使用过程中出现的桥体倾覆,大部分倾覆根源都是在起初的设计上有所失误.就其倾覆的主要原因是处于正常情况下的钢结构桥梁,在连续使得钢梁半径小于一般情况是,这样就会导致梁的跨度增加,两者相对而言会有大的偏差,即这时候桥面宽度大于钢梁,就会使得横梁外侧支座受力加大,而内侧支座却没有受力.因此横梁上受力不平衡,就会出现梁体倾覆的现象.

4.在设计过程中,如果桥梁的设计的太宽,就必须要优化车道钢结构的宽箱梁.在实际设计过程中,设计者必须要满足其竖向的计算要求,对于横梁的跨径,则需要经过支座间双悬臂简支梁的计算来获得.在实际支座处,可以选择竖向加劲肋相应办法,如果竖向加劲肋也不能满足实际使用需求时,就需要考虑增加横向加劲肋,横向加劲肋的计算和纵向加劲肋的计算方法类似.

三、桥梁钢结构损伤的主要情况

当前在我国桥梁建设过程中,焊接技术以及高强度材料已经广泛应用到桥梁钢结构的设计中.现阶段,桥梁研究者对工艺损伤和材料算数的敏感性逐步上升,并逐渐成为大家共同关注的焦点问题.碳素结构和低合金强度钢结构的算数已经不能改变这些材料本身固有的物理特性,但是却使得其破坏形态得到了明显的改变,这些都主要表现在低能量的破坏,虽然应力水平都不算高,但是危险系数却一直没有得到降低.实际设计中,桥梁钢结构的损伤以及发展在工艺上和使用过程中有以下表现：

（1）材料损伤.材料损伤顾名思义就是建筑母材在某些工序中物理特性得到破坏,主要是指母材在冶金过程或者压制时产生瑕疵.在焊接热过程进行关联的时候发生了破坏,进而引发了层状的撕裂.损伤指的是在焊接过程中,在焊接区域所形成的一些焊接缺陷,损伤一般主要发生在焊接接近度比较差的构造细节地方,经常会引起疲劳裂纹.（2）焊接的接头处,母材强度因为金属再结晶过程而逐渐增加,可塑性和其韧性逐渐降低,这就导致母材的力学性能发生不良转变,因此在设计的时候,应注意因焊接缝而倒是的接缝尺寸变大对建筑母材所造成的不良影响.

（3）在桥梁实际使用过程中,也会不断扩展钢结构的原来损伤,尤其在桥梁处于腐蚀环境条件下,损伤的情况会更加严重.几何应力集中累加因缺口的损伤应力比较集中,在交变荷载的作用下,使得早期的损伤变成严重损伤,导致疲劳裂纹的扩散,对于桥梁有着直接威胁.

（4）不良的设计构造细节也会是引发损伤的重要因素.但是这种因素在钢结构的设计中往往会被人们所忽略,加工工艺中的焊接顺序、预热等过程都是有严格要求的,镶嵌等焊接情况若有裂纹发生,也是造成损伤的因素.因此,细节决定上层建筑,在设计中注意控制细节损伤也是抱着结构完整性的关键所在.

四、桥梁钢结构焊接完整性的设计措施

因为桥梁钢结构受力不同,所以所需要的焊接接头型式也会有所不同,因为接头微观组织的不均匀,会导致和母材力学性能的不同.此外,由于焊接残余应力焊接的变形,以及因为构造细节所带来的几何应力等因素,使得焊接接头成为控制部位,这就会对焊接结构的完整性带来不利影响.在实际设计过程中,要想避免这些因素的不利影响,要考虑到以下几个方面：首先要针对疲劳和静力要求,来决定焊缝形式,在实际工艺施工上,作焊接性和可检测性要求.其次,根据荷载、环境以及细节,按照抗疲劳和抗断裂要求,作相应损伤分析以及寿命评估.第三,在关键构造的细节设计上,要遵循简单传力和焊接可行以及方便安装的原则.第四,按照焊接缺陷进行预防,由实际焊接应力和焊接变形焊接收缩量的控制目标,来确写作造工艺标准和焊接工艺的评定要求.第五,要以损伤监测以及维护方法作为内容的使用和维修要求.以上几个方面之间都具有直接或者间接的关联,在进行焊接的完整性设计是,都要将其考虑进去,在工艺市公司,焊接性和可检测性是主要要求,其荷载等细节要符合抗断裂要求,根据损伤做出使用上限的评估.而在关键的细节设计上,要注意焊接等方面的原则,根据焊接所产生的缺陷因素.

五、总结：

综上所述,在桥梁设计阶段对于现代桥梁钢结构的完整性设计,是一项复杂而又繁琐的工作,同时也是一项十分重要的工作.在实际设计过程中,桥梁设计工作者必须要把握好设计目标以及设计理念,在国家规定的制度下进行施工,在整体上进行设计,充分考虑到影响桥梁钢结构完整性的各个影响因素,保证桥梁的质量.要把理论知识和实际工作有效结合起来,从实际情况出发,制定科学的施工方案,在设计过程中,不断总结工作经验和教训,以促进我国桥梁建筑业更好的发展.