探究现代桥梁设计中钢结构的完整性设计

2020-01-10路庆

科学技术创新 2020年19期

路庆

（黑龙江哈尔滨150000）

1 概述

桥梁建设的重要性已经是众所周知的,为了能够符合现代化社会的发展,保证未来经济社会可以更好更快地可持续发展,重视桥梁建设工程质量是非常重要的。随着经济的发展,越来越多的车辆驶入桥梁,桥梁承担的重量和负担也在不断增加,久而久之,桥梁建设中就会出现越来越多的超载问题,而正是由于超载问题的存在才会直接影响桥梁的使用质量和寿命。因此,有效延长桥梁使用寿命才是解决问题的根本,而重视桥梁结构完整性设计又是提升桥梁建设质量最本质的方式,只有正确处理好桥梁运载力和承受力之间的关系,才能够减少桥梁结构变化。

2 桥梁钢结构完整性设计的重要性

目前最常见的焊接桥梁结构方式是单元筋焊接的方式,这种方式能够延长桥梁使用年限,增加桥梁承载能力,因此在桥梁设计过程中,工作人员应该尽可能多地选择这种方式优化桥梁结构,保证桥梁的承载强度和稳定性。但是这种方式还是存在一定的弊端,主要是由于这种方式建设的桥梁很难满足我国现存的安全性和耐久性要求。虽然我国目前的焊接技术已经达到世界先进水平,但是目前存在的问题多发生在桥梁比较隐蔽的位置,这些位置是不太容易被修补,而且由于年久失修会越来越严重,从而直接缩短桥梁的使用寿命。因此在桥梁设计初期,应该充分考虑这种现象,将桥梁可能出现损伤的位置以及损伤程度都进行全面评估,一方面需要提升桥梁的刚度和强度,还有一方面就是要重视桥梁承受持久性伤害的能力,只有满足以上两方面的需求,才能够确保桥梁建设更加完整。

3 我国现代桥梁的使用现状

3.1 交通荷载大

经济社会发展导致家用车辆使用数量越来越多,这一现象是不可避免的,由于人们的出行模式越来越多样化,而且道路越来越发达,导致人们的出行频率也大大提高。但正是由于这种情况导致交通压力与日俱增,对于桥梁工程建设而言带来较大威胁。交通量不断增大,负载也在不断增大,尤其是大一点的城市,交通拥堵问题已经是老生常谈,这种情况不仅影响城市的发展,对于道路桥梁建设而言也是带来许多不便。为了缓解交通压力,对于高架桥梁的投资逐年增多,虽然这种方式能够改善城市交通,但是道路建设又会面临更多问题,尤其是桥梁结构的损坏。

3.2 超载现象严重

目前我国现存的桥梁工程中,有许多是早期修建的,但是受限于技术工艺,桥梁荷载能力十分有限,面对现代化城市建设就会显的承载能力不足。尤其是在一些大城市,交通压力逐日增高,早期修建的桥梁工程或多或少会存在荷载增加的问题,同时超载问题也是不可避免的,因此相关部门应该重视桥梁工程的定期维修,这样才能够保证内部结构不会因为年久失修而遭到破坏,尤其是针对桥梁工程的稳定性和安全性,应该投入更多的人力物力财力,从而可以从根本上解决桥梁超载问题,恢复桥梁正常使用。

4 桥梁钢结构损伤表现形式

科学技术的发展直接关系到桥梁建设质量,为了能够更好地保证我国桥梁建设质量有所提高, 最关键的就是重视材料的选择,在设计初期,应该选择高强度材料,从而保证桥梁建设刚度和强度。正是由于现代化技术的不断普及,我国桥梁结构设计工作者已经将设计重点转移到施工工艺损伤方面,也就是说利用材料强度来抵抗桥梁损伤。一般而言,桥梁钢结构损伤的表现形式多样化,主要集中在以下几点：第一,杂质问题。应用于桥梁建设中的材料不仅限于一种,而是存在多种选择,尤其是针对非金属材料,会有较多杂质产生,这样一来对于桥梁建设而言影响较大,如果杂质种类较多,材料不纯会直接影响桥梁结构建设。第二,功能问题。进行钢结构焊接的时候,如果不能对金属结晶进行有效处理, 会直接影响焊接部位功能,导致整体性下降,为日后道路使用埋下隐患。第三,损伤问题。在处理桥梁损伤部位的时候,如果焊接技术或者操作不到位,会出现焊接损伤,导致疲劳裂纹出现,影响桥梁使用质量。第四,细节问题,面对桥梁钢结构损伤处理时,存在许多复杂的细节,因此应该对各个细节工作提高重视,防止出现更严重的结构损伤。第五,环境问题,由于桥梁结构出现损伤离不开环境的变化,尤其是钢结构的腐蚀问题更是由于环境的多变而日积月累形成的。

5 桥梁钢结构完整性设计方法

5.1 横向抗倾覆设计

由于桥梁钢结构的完整性设计包含内容繁多,尤其是针对半径较小的一些桥梁工程而言更是需要在设计过程中投入更多的安全保障措施,这种情况下就需要确保桥梁具备横向抗倾覆能力。为了能更好地保证横向抗倾覆能力可以提升桥梁安全性,就应该在设计该能力过程中重视精确计算过程, 尤其是重视桥梁的受力分析,保证横向受力的稳定性,防止受力不均而引起的桥梁结构损坏问题的出现。尤其是针对连续桥梁,因其跨度较大,如果设计人员在一开始不能做好全面而充分的受力分析, 会导致桥面宽度超过桥梁宽度,导致内测受力降低而出现受力不均的情况, 最终导致桥梁发生倾斜。所以针对横向抗倾覆能力设计,一定要重视受力分析工作,确保桥梁的受力能够在合理的范围内, 如果条件允许可以使用砂石填方,这样一来可以保证桥梁钢结构更加稳固,提升桥梁安全性。横向抗倾覆设计对于桥梁建设而言至关重要,关乎桥梁的使用质量同时还直接影响桥梁的使用寿命,因此应该对此提高重视。

5.2 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 防腐蚀设计

对钢结构桥梁工程而言,由于其钢材性质的特殊性,在一定的条件下,钢结构极易受到腐蚀等的影响,因此,完整性设计方面,还需要做好防腐蚀设计工作,充分考虑腐蚀环境、条件因素,做好钢结构防腐涂层的设计,使得在一定的时间范围内,防腐涂层可以起到重要的保护作用。防腐涂层直接与金属表面接触,因此,为了保障防腐涂层的处理效果, 需要在涂层设置之前做好钢结构金属表面的处理,比如,保障金属表面的粗糙度。

5.4 提升焊接工艺

具备科学性与合理性的焊接结构形式,就要按照要求来明确具体的焊角尺寸,从而可以避免过热而损坏其结构性能。对于不同的接头形式来说,要根据耐用性的要求来合理的设计焊缝,不能过多的应用连接件。因为正交异性板的疲劳裂纹一旦出现,就会导致其无法正常的修复, 所以需要根据需要采取良好的细节设计方案,但是需要有良好的工艺作为支持。

5.5 焊接结构设计

在桥梁钢结构的完整性设计上,设计人员还需要做好焊接结构设计工作。钢结构桥梁主要是通过焊接来实现各个构件的连接处理的,因此,桥梁焊接的质量决定着桥梁结构的稳定性与安全性。需要保障焊接材料、焊接结构的韧性与强度性能,使得在焊接过程中,能够实现对焊接接头的控制,降低焊接接头的损伤程度。其次,在焊接过程中,有时也存在一些微观损伤,此时,不仅需要从焊接材料方面着手,还需要加强细节处理。最后,结合钢结构的具体特征,对焊接次数加以控制,严格根据焊接的要求来进行焊接处理。