鋼結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)方法

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摘要：對(duì)橋梁鋼結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計(jì)的重要性和目標(biāo)進(jìn)行闡述，分析了橋梁鋼結(jié)構(gòu)損傷表現(xiàn)形式，提出了橋梁鋼結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計(jì)方法，包括橫向抗傾覆設(shè)計(jì)、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加勁肋設(shè)計(jì)、橋梁頂板人孔設(shè)計(jì)、計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，以期提高橋梁設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。

關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計(jì)；鋼結(jié)構(gòu)；完整性設(shè)計(jì)

0引言

近年來，我國(guó)交通事業(yè)發(fā)展非常快，承載需求量也在不斷上升，重型車輛的行駛對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量提出了更高的要求。通過調(diào)查分析之后發(fā)現(xiàn)，我國(guó)很多橋梁在最近幾年時(shí)間內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重的質(zhì)量問題，使車輛安全受到嚴(yán)重的威脅。各方面的因素影響造成橋梁的鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷，縮短了橋梁的使用壽命，同時(shí)造成更加嚴(yán)重的安全問題，因此，在今后的橋梁設(shè)計(jì)與施工中應(yīng)該全面提升安全性與完整性。

1橋梁鋼結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計(jì)的意義

1.1橋梁鋼結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計(jì)的重要性

當(dāng)前，鋼結(jié)構(gòu)橋梁主要采用單元筋焊接在一起的方式，其具有較強(qiáng)的承載能力，并且使用年限較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中，盡可能選擇較為成熟的設(shè)計(jì)方案，提升其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，雖然經(jīng)過精準(zhǔn)計(jì)算，但還存在著很多質(zhì)量問題。主要原因在于橋梁的承載能力不能滿足安全性與耐久性的要求。當(dāng)前我國(guó)焊接技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平，而很多橋梁發(fā)生損壞是局部的強(qiáng)度不足造成的，損壞處大多是比較隱蔽的位置，不容易進(jìn)行修補(bǔ)，導(dǎo)致橋梁的使用年限縮短[1]。對(duì)于上述存在的問題，橋梁在設(shè)計(jì)過程中，要充分考慮橋梁的損傷部位及損傷程度，從而全面提升鋼結(jié)構(gòu)橋梁的完整性。橋梁的完整性主要包含了以下兩點(diǎn)：其一，橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)該更具剛度和強(qiáng)度；其二，應(yīng)該具備承受持久性傷害的能力。在設(shè)計(jì)的過程中，滿足以上兩個(gè)方面的要求，既要保證其整體性，又要滿足完整性的基本要求。

1.2橋梁鋼結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計(jì)的目標(biāo)

結(jié)合本文的上述幾點(diǎn)內(nèi)容，進(jìn)行橋梁整體性的設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)方面：保證鋼結(jié)構(gòu)在有效的時(shí)間內(nèi)更具剛度與強(qiáng)度，安全性也能達(dá)到使用的要求。完整性包含了承載能力、材料的性能以及施工的過程等，要求各個(gè)組成構(gòu)件之間緊密聯(lián)系，同時(shí)還能夠有效抵御在使用過程中出現(xiàn)損害，同時(shí)防止出現(xiàn)開裂。

2橋梁鋼結(jié)構(gòu)損傷表現(xiàn)形式

隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，焊接技術(shù)發(fā)展也非常快，而為了提升橋梁質(zhì)量，可以選擇使用更高強(qiáng)度的材料，但是在設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)師往往更加關(guān)注的是工藝性損傷以及材料損傷。深入分析后發(fā)現(xiàn)，橋梁發(fā)生損傷的主要原因可以從材料、工藝、使用環(huán)境等方面進(jìn)行考慮，在實(shí)際工作中要注意以下幾點(diǎn)：第一，非金屬中雜質(zhì)含量過高，如果存在這一情況，容易造成焊接質(zhì)量發(fā)生急劇的變化。第二，焊接位置的力學(xué)性能下降，主要是由于金屬材料結(jié)晶而導(dǎo)致了質(zhì)量問題[2]。第三，焊接過程出現(xiàn)損傷。如果焊接質(zhì)量控制不好，就會(huì)造成焊接部分出現(xiàn)疲勞裂紋的情況。第四，由于結(jié)構(gòu)性能較低而存在損傷，這種情況的出現(xiàn)主要是由于細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)存在問題造成的。第五，使用年限內(nèi)的外界環(huán)境發(fā)生急劇變化而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損傷非常嚴(yán)重。

3橋梁鋼結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計(jì)方法

橋梁的結(jié)構(gòu)完整性的設(shè)計(jì)要求橋梁具備更強(qiáng)的承載能力與耐久性，要求在設(shè)計(jì)的過程中選擇最佳的橋梁設(shè)計(jì)方案。

3.1橫向抗傾覆設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，尤其在半徑小且車道數(shù)量比較多的橋梁工程中，要保證橋梁橫向具備較強(qiáng)的抗傾覆性能，這也是當(dāng)前設(shè)計(jì)師比較重視的一個(gè)方面。設(shè)計(jì)師在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需科學(xué)計(jì)算，保證橫向具備較完善的受力結(jié)構(gòu)，不能造成橫梁外部受到過大的外力，否則非常容易造成橫梁受力不均衡而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞[3]。此外，還可以在橫梁的位置上使用砂石填方施工處理，保證橫梁更加均勻受力，在滿足要求的前提下，適當(dāng)增加車道數(shù)量，確保橋梁的穩(wěn)定性。

3.2焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

要保證橋梁符合完整性的要求，就必須保證焊接質(zhì)量的完整性，但是焊接結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷，說明焊接材料、工藝以及結(jié)構(gòu)形式存在問題。因此，保證焊接完整性就要全面控制材料、工藝、細(xì)節(jié)等方面。焊接完整性的控制需要從以下幾個(gè)方面入手：第一，保證焊接材料、焊接結(jié)構(gòu)具備較強(qiáng)的韌性與強(qiáng)度，必須針對(duì)具體情況合理處理焊接接頭，將其損傷程度降到最低；第二，焊接過程中，容易出現(xiàn)微觀的質(zhì)量問題，這些都是造成微觀損傷的關(guān)鍵，不能只通過改變焊接材料的方式來解決；第三，合理控制焊接次數(shù)以及焊縫規(guī)格，在焊接過程中要選擇符合要求的焊接材料，一般是根據(jù)母材的性能來配置焊接材料。焊接結(jié)構(gòu)的控制也非常重要，橋梁設(shè)計(jì)中需要考慮到如下幾個(gè)方面：第一，根據(jù)橋梁的施工情況、檢測(cè)要求的不同以及疲勞程度來選擇最合適的焊接結(jié)構(gòu)形式；第二，焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要充分考慮到施工的細(xì)節(jié)問題，必須保證所有的焊接結(jié)構(gòu)能夠均勻承受橋梁結(jié)構(gòu)的受力，必須要保證其不會(huì)存在較大的應(yīng)力而影響承載能力；第三，焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要全面開展焊接工程的檢測(cè)，保證焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量符合設(shè)計(jì)的要求。

3.3加勁肋設(shè)計(jì)

加勁肋主要指的是橋梁結(jié)構(gòu)中的加強(qiáng)部件，其主要位于橋梁承載結(jié)構(gòu)部分，目的在于分擔(dān)橋梁主體結(jié)構(gòu)的載荷。在設(shè)計(jì)的過程中是否需要布置加勁肋應(yīng)該采用科學(xué)的方式進(jìn)行計(jì)算確定，如果通過計(jì)算之后發(fā)現(xiàn)必須設(shè)置加勁肋，就應(yīng)根據(jù)橋梁的具體受力形式來設(shè)置加勁肋的形式、需要設(shè)置豎向還是水平方向的加勁肋，全面提升該位置的橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與承載能力。在設(shè)計(jì)加勁肋時(shí)要選擇科學(xué)合理的方法進(jìn)行計(jì)算，必須要保證運(yùn)算數(shù)值精確無誤[5]。

3.4橋梁頂板人孔設(shè)計(jì)

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中設(shè)置人孔是為了更加方便地進(jìn)行施工與檢修，主要是在橋梁腹板或者頂板的位置上設(shè)置孔洞，其也是一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)部分。根據(jù)以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，人孔一般設(shè)計(jì)在跨徑1.5m的位置上；在設(shè)置人孔時(shí)應(yīng)盡量選擇應(yīng)力較小的位置。橋梁工程中，人孔的數(shù)量較多，但不能在一個(gè)斷面上設(shè)置數(shù)量過多的人孔，應(yīng)該錯(cuò)開布置。

3.5結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算

結(jié)構(gòu)內(nèi)力應(yīng)該使用單懸臂的方式來進(jìn)行計(jì)算，一般也可以選擇簡(jiǎn)支梁的結(jié)構(gòu)形式，將橋梁的縱向分成若干個(gè)單元組成部分，并對(duì)各個(gè)單元進(jìn)行標(biāo)記，輸入原始計(jì)算數(shù)據(jù)，根據(jù)工程的需要在滑動(dòng)的部分設(shè)置支座結(jié)構(gòu)，同時(shí)還應(yīng)在橋墩位置上設(shè)置支座結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定。

4結(jié)語

近年來，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，交通設(shè)施的建設(shè)數(shù)量持續(xù)增加，鋼結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用到橋梁施工中，全面提升了橋梁結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性，但還存在很多問題，影響橋梁工程的質(zhì)量。為了有效避免這些質(zhì)量問題的產(chǎn)生，在施工中必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工，及時(shí)解決工程實(shí)際中存在的問題，做好細(xì)節(jié)處理，全面提升橋梁工程的質(zhì)量水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜金斌.現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)[J].中國(guó)建設(shè)信息，2012（9）：60-61.

[2]姜鵬.橋梁鋼結(jié)構(gòu)抗疲勞設(shè)計(jì)分析[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2017，44（12）：115-116.

[3]曹玉玲.城市道路橋梁鋼結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)研究[J].中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)，2013（24）：17，19.

[4]劉建軍，陳建明.橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)[J].交通世界，2017（21）：130-131.

[5]曹揚(yáng).現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)探析[J].江西建材，2016（18）：173，177.

作者：王志文 顏濤 單位：江西省交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司