关于我国桥梁设计中钢结构完整性设计的探讨

李爱华

摘要：随着我国国民经济的飞速发展，交通工程的建筑量也在逐渐上升。道路改善的要求也变得越来越高，因此，桥梁建设显得至关重要。我国的桥梁建设正处于蓬勃发展时期，而桥梁的设计理念、思路以及最终的设计方案都将影响到桥梁的质量和人们的生命、财产安全。文章作者针对桥梁工程设计中钢结构系统的完整性设计策略进行了详细的分析，旨在能够促进桥梁工程的又好又快建设。

关键词：桥梁设计；钢结构；完整性设计

中图分类号：U442.5+9 文献标识码：A

前言

随着经济的快速发展，桥梁建设也在逐渐更新，到现在，桥梁已经成为各个城市和公路并肩的一种交通方式。桥梁作为公路建设的重要组成部分，在道路施工中占有重要位置。在桥梁工程设计中，设计师在桥梁设计中需要具有极高的工程力学知识及设计能力，而设计过程要考虑的元素很多。稍有疏忽或考虑不全，就会造成日后投入使用的隐患发生，影响桥梁的使用寿命，甚至造成重大安全事故危机人民群众的生命安全。通过对我国近年来的公路桥梁故障进行调查，发现危险级别高的桥梁工程数量越来越多，给人们的生产生活造成一定的影响，并加大了交通通行能力与桥梁承受能力的矛盾。另外，气候环境的逐渐恶化，给桥梁工程中钢结构的稳定性带来影响，减少了桥梁的使用寿命，给人们的生命安全和国家的经济带来威胁。因此，对桥梁工程设计中钢结构系统进行完整性设计是十分必要的。

一、我国现代桥梁的使用现状分析

1、交通荷载大

近年来，经济的飞速发展使的我国的汽车总量急剧上升，人们生活水平的提高也大大增加了出行的频率，以上种种情况最终的结果就是导致交通量变大，道路的荷载增加。在我国的很多城市都出现了不同程度的交通拥挤现象。为了解决这个问题，各个城市建设了很多高架桥以及立交桥，虽然缓解了交通沉重的负担，但是桥梁的荷载也成了新的问题。交通量的增加使桥梁的荷载不断增加，特别容易出现损害。

2、超载现象严重

从目前来看，我国现在的桥梁中有很大一部分是在早期修建的，这些桥梁在修建的时候因为受到当时经济等方面的制约，所以荷载能力比较低。而这些早期建设的桥梁大部分又是处于交通紧要的地方，所以在交通量庞大的今天，经常会出现超载的现象，导致桥梁的稳定性遭到破坏。其次，为了追求利润，还有很多车辆违规超载，这些车辆的存在也使桥梁严重超载，在车辆行驶的过程中，桥梁受到交变荷载的作用，内部结构遭到破坏，尤其是一些细小的裂纹会逐渐扩大，留下安全隐患。【1】

二、桥梁工程设计中钢结构系统的损伤情况

随着焊接技术的不断发展，在桥梁工程建设中越来越多的使用高强材料，进而就要求桥梁设计者对工艺损伤以及材料给损伤产生的敏感性进行关注。由此可以推断，桥梁钢结构出现的损伤情况和损伤发展情况会给材料和工艺产生影响。其主要有以下五种损伤情况：

1、在进行焊接的过程中，没有注意到母材Z 向性能的要求，进而导致非金属中的夹杂物质含量比较高；

2、由于金属结晶给桥梁的生产材料带来了负面影响，进而降低了焊接部位的力学性能；

3、钢结构在焊接的过程中出现损伤现象，如果欠缺过多，那么就容易导致出现疲劳裂纹情况；

4、受到桥梁细节设计问题的影响，导致钢结构中的不良构造细节出现损伤问题；

5、进行服役时，受到环境条件的影响，加剧缺口损伤程度，带来威胁。

三、桥梁工程设计中钢结构系统的完整性设计理念

桥梁工程设计中钢结构系统的完整性设计理念。桥梁作为一种满足人们交通需求的建筑物，对于人们的生产生活具有十分重要的意义。现代的桥梁工程设计中的钢结构主要是由结构钢加工单元在经过相应的焊接工作后构成的比较复杂的受力系统，能够达到桥梁的承载安全性与服役耐久性的要求。虽然桥梁的设计者严格按照相关的桥梁设计规范对桥梁的刚度、强度和稳定性进行设计，但是依然不能有效地防止桥梁结构出现损坏的情况，其主要是由于桥梁结构的耐久性和安全性不能完全依靠承载力。桥梁工程设计钢结构系统的完整性内容主要包括桥梁的刚度、强度以及桥梁钢结构耐久性的损伤与断裂两个方面的内容，只有实现了这两个方面内容的互相结合，才能够有效的保证桥梁钢结构系统的全面性和综合性。【2】

四、桥梁工程设计中钢结构系统的完整性设计策略【3】

对桥梁工程设计中的钢结构系统进行完整性设计，要对桥梁自身的承受能力、耐久性等因素进行考虑。因此，对桥梁钢结构的横向抗倾覆、焊接结构以及加劲肋部位进行完整性设计，主要运用以下的完整性设计策略：

1、对横向抗倾覆进行稳定性设计

通常情况下，桥梁的钢结构具有质量轻、强度高的特点，在特殊性道路方面，例如在半径小、车道多的路段进行设计时，设计者要注重对其横向抗倾覆的稳定性进行考虑。通过对以往桥梁的建设和设计过程进行分析，常常出现由于设计失误原因造成桥梁出现倾斜的情况。由于连续桥梁半径小，所以其跨度就大，如果桥面的宽度比钢梁的宽度大，那么就容易降低活载力，严重者增加横梁外侧的支座受力，降低内侧受力，进而出现受力不平衡的情况，最终导致桥体倾斜。有了上述的经验，桥梁设计者进行设计时，在经过严格的计算后，将横梁的受力控制在一定的范围中，这样不仅能够解决桥梁的荷载问题，而且还能够确保桥梁受力的均匀性。

2、对桥梁焊接结构进行完整性设计

确保桥梁焊接结构的完整性，对于保证桥梁整体的安全性和完整性具有十分重要的作用。因此，在对桥梁钢结构的部位进行焊接时，要对其各个部位的受力情况进行分析，进行相应的调整，因为接头部位具有的应力作用会给母材结构和其受力性能产生直接的影响。除此之外，进行焊接的过程中，出现应力是正常的，并且其不能被完全消除，同时，焊接产生的应力会使接头出现变化，产生大量缺陷，不能保证桥梁设计的完整性。所以，在严格按照桥梁完整性设计的前提条件下，要注重桥梁接头的设计。桥梁设计者为了保证其完整性，首先要对焊接对桥梁检测所产生的静力、疲劳等级进行考虑，选择恰当的焊接形式；其次，对桥梁焊接的重要部位和细节部位进行关注，以便能够减少焊接产生的应力；最后，要严格、认真的根据标准进行检测，有效地提高焊缝的质量。

3、对桥梁的加劲肋部位进行完整性设计

由于加劲肋部位位于桥梁的支座位置，是桥梁的集中负荷区域。通过设置一些加强部件，能够有效的确保构件的稳定性，并将其作为集中力进行传送。在对桥梁进行加劲肋设计时，要严格根据相关的计算结果来确定是否设置加劲肋，如果计算结果证明需要设置加劲肋，那么在设计时，适宜选择竖向加劲肋，然后在设置好竖向加劲肋后，在其前提条件下，根据桥梁的距离与腹板的厚度确定竖向加劲肋设置的位置。如果计算的数值高于规定的范围，那么就选择使用水平加劲肋。除此之外，在原构件的截面积不够的情况下，通过设置加劲肋，对于提高抵抗弯矩、增强剪力、减少用钢量以及节约建筑成本具有十分重要的作用。

五、结语

总而言之，桥梁设计是一个复杂的过程，桥梁工程整体建设的质量对于社会的发展、人民的生命安全以及国家的财产安全具有十分重要的影响。因此，为了有效的提高桥梁工程生产建设的质量，需要确保桥梁工程钢结构设计的完整性，通过对桥梁钢结构的横向抗倾覆、焊接结构以及加劲肋部位等方面进行完整性设计，最终有效的保证桥梁钢结构系统的建设质量。

参考文献：

[1] 苏红云，徐培培：《高速公路桥梁上部结构设计的要点分析》，《技术与市场》，2012 年07 期

[2] 姜金斌：《现代桥梁设计中钢结构的完整性设计》，《中国建设信息》，2012 年09 期

[3] 范文理：《现代桥梁钢结构的完整性设计》，《电焊机》，2009 年10期