现代桥梁钢结构整体设计与优化

朱玲林

（江苏鸿海建设工程有限公司，江苏 盐城 224001）

1 简述钢结构桥梁整体设计理念

1.1 钢结构整体设计目标

我国桥梁钢结构设计的完整性设计目标是能够保证在桥梁的使用年限内，有足够的使用安全性和可靠性。鉴于国际标准，我国桥梁的完整性设计在考虑桥梁材料性能、制造工艺、安装方法、机构细节构造以及桥梁使用环境和定期维护方式方法等因素后，确定使用年限一般为100a。完整性设计目标，不仅需要考虑结构的强度、钢度等，还需要进一步评定损伤和损伤容限断裂与抗断裂等相关问题，以确保实现桥梁钢结构的完整性最终设计目标。

1.2 钢结构损伤及损伤容限

通过工程材料学，可以知道材料在一定的时间内由于受到各种因素的影响，必将引起内部金相结构的相关变化。而在桥梁结构中，同样需要注意到，由于钢结构在加工、施工和服役期间，必定会受到来自外界的影响，如温度的变化，雨水的腐蚀等，诸如这些不可避免的影响，将不断使得材料形成扩展裂纹，最终使得材料的力学性能降低。为此，在桥梁设计中，必须考虑钢结构的损伤和损伤容限，当钢结构损伤到达其极限时，也将导致其结构的失效，因而影响到桥梁完整性。设计中考虑钢结构的损伤容限，使得钢结构能够有足够的能力，在规定的使用年限内抵抗来着外界作用引起的裂纹而不致使破坏。

1.3 钢结构桥梁设计的应用

钢结构为桥梁设计所重用，是因为其有强度高而质量轻的特点，同时在抗压性和抗拉性能上较之其他材料结构更佳，且在外观上相比于混凝土而言更为直观，其强度等级也更高，不仅如此，在考虑到施工周期问题上，钢结构在较之混凝土桥的施工上，也有利于施工周期的缩短。鉴于诸多优点，现阶段钢结构桥梁设计应用很多，如在城市立交桥上，如大跨径海、江、河桥梁等，我国的长江大桥、杭州湾大桥等，由于混凝土结构满足不了大跨径要求，故而只能使用钢结构设计。不仅是我们国家，在世界范围内，钢结构使用于桥梁设计中都是十分广泛的。

2 桥梁整体性设计与优化策略

2.1 设计中关于焊接结构的问题

在桥梁的整体性设计中，首先需要注意的问题是焊接结构，由于焊接结构中，牵涉到的相关因素较多，如来自母材的结构和材料质量等，或是其受力情况和相关性能，而诸多问题的共同作用也将致使焊接结构直接影响到桥梁的稳定性。焊接结构中，不仅需要注意焊接的接头形式，同时需要注意焊接工艺独有的特点，如焊接过程中将产生焊接应力，通常这会造成焊件的局部变形，同时接头处由于应力变化，也将形成结构缺陷。为此，桥梁的整体性设计中对于焊接结构来讲，需要做到以下几点：分析焊件结构，根据桥梁的实际情况进行焊缝形式的确定工作，并检测其静力和疲劳等级；需要设计人员充分掌握焊接工艺实操知识，并在对待焊接的结构进行充分计算之后，确定焊接位置，使得焊接后各部分受力均衡；焊料和母料的焊接过程，需要设计人员进行充分调查，确保焊接质量的高标准实现。

2.2 设计中关于横向抗倾覆的问题

在关于桥梁的横向抗倾覆设计中，需要认识到横向抗倾覆问题的重要性，在现阶段的钢结构中，桥梁设计一般会倾向于质量更轻而强度较高的设计方案，在设计中，由于在施工过程中或是在使用过程中，都发生过桥体的倾覆现象，为此在其横向抗倾覆问题上，设计人员有必要认识其重要性并对其进行深入的研究；在设计过程中通过进行对桥体的合理计算，确定横梁的偏心受力情况。

2.3 设计中关于施工人孔设置问题

桥梁整体性设计中，需要注重的环节较多，比如说十分重要的人孔设置，便是一个值得着重考虑的问题。现代桥梁设计中设计人孔，通常是为了在施工上能够提供快捷和方便，故而一般都开设在桥梁箱梁顶板和腹板上，在施工人孔中，为了桥梁的整体性，需要注意一下几个问题：在关于数量较多的人孔设计上，需要尽可能的避免将所用的人孔放置在同一断面上，并将其分散开；人孔设置应尽可能避免应力集中的桥梁部位，如果人孔设置在桥梁局部应力较大的地方，应该采取相关措施对其进行加强巩固；在腹板中设置人孔，应选取应力相对薄软的地方，如跨中位置，如果是连续梁，当选取剪力最小的地方进行人孔施工设置，而在顶板中设置人孔，则需要将其放置在1.5跨径出，为此需要设计人员进行相关精确的测量和计算。

3 结语

新时代下，我国在30a的改革开放中取得了巨大的成果，各行各业都在竞争中得到了飞跃式的发展，人民生活也在日益提高。在众多基础建设过程中，桥梁技术的发展始终未曾离开专家学者们的视野，在长期的发展之下，桥梁钢结构的设计和优化问题也为学者所提及，在广泛关注也研究之下，现阶段已然有了一定的研究成果。桥梁的整体性设计，不仅需要考虑到桥梁各方面受力情况，同时还应该结合现实情况，通过桥梁所处环境进行实地探查，并在全面的数据分析和计算中考虑对桥梁设计上的优化，本文提到的关于焊接问题、横向抗倾覆的问题以及施工人孔设置问题都需要设计人员注意，以此保障桥梁钢结构完整性设计质量的提高。

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