钢结构的完整性设计方法

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摘要：对桥梁钢结构完整性设计的重要性和目标进行阐述，分析了桥梁钢结构损伤表现形式，提出了桥梁钢结构完整性设计方法，包括横向抗倾覆设计、焊接结构设计、加劲肋设计、桥梁顶板人孔设计、计算结构内力，以期提高桥梁设计钢结构设计水平。

关键词：桥梁设计；钢结构；完整性设计

0引言

近年来，我国交通事业发展非常快，承载需求量也在不断上升，重型车辆的行驶对桥梁结构质量提出了更高的要求。通过调查分析之后发现，我国很多桥梁在最近几年时间内发生严重的质量问题，使车辆安全受到严重的威胁。各方面的因素影响造成桥梁的钢结构出现损伤，缩短了桥梁的使用寿命，同时造成更加严重的安全问题，因此，在今后的桥梁设计与施工中应该全面提升安全性与完整性。

1桥梁钢结构完整性设计的意义

1.1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单元筋焊接在一起的方式，其具有较强的承载能力，并且使用年限较长，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，虽然经过精准计算，但还存在着很多质量问题。主要原因在于桥梁的承载能力不能满足安全性与耐久性的要求。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[1]。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。

1.2桥梁钢结构完整性设计的目标

结合本文的上述几点内容，进行桥梁整体性的设计主要有以下几个方面：保证钢结构在有效的时间内更具刚度与强度，安全性也能达到使用的要求。完整性包含了承载能力、材料的性能以及施工的过程等，要求各个组成构件之间紧密联系，同时还能够有效抵御在使用过程中出现损害，同时防止出现开裂。

2桥梁钢结构损伤表现形式

随着科学技术水平的提高，焊接技术发展也非常快，而为了提升桥梁质量，可以选择使用更高强度的材料，但是在设计的过程中，设计师往往更加关注的是工艺性损伤以及材料损伤。深入分析后发现，桥梁发生损伤的主要原因可以从材料、工艺、使用环境等方面进行考虑，在实际工作中要注意以下几点：第一，非金属中杂质含量过高，如果存在这一情况，容易造成焊接质量发生急剧的变化。第二，焊接位置的力学性能下降，主要是由于金属材料结晶而导致了质量问题[2]。第三，焊接过程出现损伤。如果焊接质量控制不好，就会造成焊接部分出现疲劳裂纹的情况。第四，由于结构性能较低而存在损伤，这种情况的出现主要是由于细节设计存在问题造成的。第五，使用年限内的外界环境发生急剧变化而导致结构损伤非常严重。

3桥梁钢结构完整性设计方法

桥梁的结构完整性的设计要求桥梁具备更强的承载能力与耐久性，要求在设计的过程中选择最佳的桥梁设计方案。

3.1横向抗倾覆设计

钢结构设计的过程中，尤其在半径小且车道数量比较多的桥梁工程中，要保证桥梁横向具备较强的抗倾覆性能，这也是当前设计师比较重视的一个方面。设计师在进行设计的过程中，需科学计算，保证横向具备较完善的受力结构，不能造成横梁外部受到过大的外力，否则非常容易造成横梁受力不均衡而导致结构损坏[3]。此外，还可以在横梁的位置上使用砂石填方施工处理，保证横梁更加均匀受力，在满足要求的前提下，适当增加车道数量，确保桥梁的稳定性。

3.2焊接结构设计

要保证桥梁符合完整性的要求，就必须保证焊接质量的完整性，但是焊接结构出现损伤，说明焊接材料、工艺以及结构形式存在问题。因此，保证焊接完整性就要全面控制材料、工艺、细节等方面。焊接完整性的控制需要从以下几个方面入手：第一，保证焊接材料、焊接结构具备较强的韧性与强度，必须针对具体情况合理处理焊接接头，将其损伤程度降到最低；第二，焊接过程中，容易出现微观的质量问题，这些都是造成微观损伤的关键，不能只通过改变焊接材料的方式来解决；第三，合理控制焊接次数以及焊缝规格，在焊接过程中要选择符合要求的焊接材料，一般是根据母材的性能来配置焊接材料。焊接结构的控制也非常重要，桥梁设计中需要考虑到如下几个方面：第一，根据桥梁的施工情况、检测要求的不同以及疲劳程度来选择最合适的焊接结构形式；第二，焊接结构的设计要充分考虑到施工的细节问题，必须保证所有的焊接结构能够均匀承受桥梁结构的受力，必须要保证其不会存在较大的应力而影响承载能力；第三，焊接结构设计时要全面开展焊接工程的检测，保证焊接结构的质量符合设计的要求。

3.3加劲肋设计

加劲肋主要指的是桥梁结构中的加强部件，其主要位于桥梁承载结构部分，目的在于分担桥梁主体结构的载荷。在设计的过程中是否需要布置加劲肋应该采用科学的方式进行计算确定，如果通过计算之后发现必须设置加劲肋，就应根据桥梁的具体受力形式来设置加劲肋的形式、需要设置竖向还是水平方向的加劲肋，全面提升该位置的桥梁结构的质量与承载能力。在设计加劲肋时要选择科学合理的方法进行计算，必须要保证运算数值精确无误[5]。

3.4桥梁顶板人孔设计

桥梁结构设计中设置人孔是为了更加方便地进行施工与检修，主要是在桥梁腹板或者顶板的位置上设置孔洞，其也是一个重要的结构部分。根据以往的实践经验，人孔一般设计在跨径1.5m的位置上；在设置人孔时应尽量选择应力较小的位置。桥梁工程中，人孔的数量较多，但不能在一个断面上设置数量过多的人孔，应该错开布置。

3.5结构内力计算

结构内力应该使用单悬臂的方式来进行计算，一般也可以选择简支梁的结构形式，将桥梁的纵向分成若干个单元组成部分，并对各个单元进行标记，输入原始计算数据，根据工程的需要在滑动的部分设置支座结构，同时还应在桥墩位置上设置支座结构进行固定。

4结语

近年来，我国的经济发展速度较快，交通设施的建设数量持续增加，钢结构被广泛应用到桥梁施工中，全面提升了桥梁结构的安全性与稳定性，但还存在很多问题，影响桥梁工程的质量。为了有效避免这些质量问题的产生，在施工中必须严格按照设计方案进行施工，及时解决工程实际中存在的问题，做好细节处理，全面提升桥梁工程的质量水平。

参考文献：

[1]姜金斌.现代桥梁设计中钢结构的完整性设计[J].中国建设信息，2012（9）：60-61.

[2]姜鹏.桥梁钢结构抗疲劳设计分析[J].建筑技术开发，2017，44（12）：115-116.

[3]曹玉玲.城市道路桥梁钢结构的完整性设计研究[J].中国建筑金属结构，2013（24）：17，19.

[4]刘建军，陈建明.桥梁结构设计中钢结构的完整性设计[J].交通世界，2017（21）：130-131.

[5]曹扬.现代桥梁设计中钢结构的完整性设计探析[J].江西建材，2016（18）：173，177.

作者：王志文 颜涛 单位：江西省交通设计研究院有限责任公司