桥梁钢结构完整性设计要点

桥梁钢结构完整性设计要点

许娜娜

摘要：随着近年来技术的不断进步，钢结构桥梁被广泛应用于公铁两用桥、双层公路桥、大跨度跨江大桥、大跨度跨峡谷大桥中。钢结构桥梁安装划分节段多为重、大、长结构，桥位安装架设涉及水上作业、高空作业、起重吊装、跨路跨线施工等危险作业，施工安全风险较大。同时，我国钢桥建设起步晚，理论研究和技术规范有所滞后和欠缺，设计方面存在重计算、轻构造和重强度、轻稳定等问题。本文以桥梁设计中钢结构的完整性设计为探讨主题，分析当前我国大部分钢桥的使用现状，指出材料损伤、焊接损伤等常见问题，阐述强度、刚度、稳定性、疲劳以及防腐等结构完整性设计的要点内容。

关键词：桥梁设计；钢结构；完整性

引言

在当前建筑工程发展中，合理应用大跨度钢箱梁安装施工技术，可有效提高施工计划在实施过程中的科学性，降低施工问题发生的机率，因而在桥梁工程建设中得到了广泛应用。随着交通运输产业的蓬勃发展，道路桥梁等基础设施面临的通行压力逐步加大，对设施结构的强度性能与承载能力提出了更高要求。优化钢结构完整性设计，关键在于综合把握并全面考虑桥梁的使用现状，在实际使用过程中出现的质量问题，采取改进与应对策略，保障桥梁结构在使用阶段的安全性。

1 桥梁钢结构损伤的主要表现

1.1 材料损伤

钢材在冶炼和浇铸过程中会产生冶金缺陷。如磷和硫等有害元素都是在炼钢过程中不能完全清除，浇铸时FeO与C作用产生的CO气体不能充分逸出而在钢材中形成微小气泡等。这些缺陷都会影响材料性能，使钢材塑性、韧性有所下降。另一方面，钢材受温度影响较大，温度升高和降低都会使钢材性能发生变化。当温度降低到一定程度时，材料破坏由韧性破坏转变成脆性破坏，因此低温性能尤为重要。温度越低，材料冲击韧性要求更高，寒冷地区如东北地区的钢结构桥梁需采用E级钢。此外，孔洞、支点、牛腿以及不良的构造设计带来的应力集中也会引发材料损伤，诱发板材开裂。

2.2 焊接损伤

焊缝附近钢材因焊接的高温作用而形成热影响区，其金相组织和机械性能发生变化，某些部位材质变脆。焊接过程中钢材受到不均匀的高温和冷却，使结构产生焊接残余应力和残余变形，影响结构的承载力、刚度和使用性能。设计常片面提高焊接标准、增大焊缝尺寸，除了大量增加焊接工作量和工程成本外，还会因结构的过度焊接、反复加热而产生大量的焊接残余应力、残余变形和延迟裂纹隐患，从而降低结构安全及使用寿命。

2 桥梁钢结构完整性设计要点

2.1 对桥梁受力进行计算

在对钢结构桥梁进行设计时，在整体计算中，不仅需要对桥梁进行第一体系计算，还需要考虑桥梁第二体系产生的应力。另外，还需要对结构的翼缘，支座，等进行设计。但是仅仅从内力和应力控制还是远远不够，桥梁的支座反力及整体抗倾覆还需要满足规范要求。由于钢结构自重较轻，往往支座会出现负反力，这时需要对钢结构进行压重，或者调整支座间距。

2.2 弦杆制造技术

弦杆为双节点的箱型杆件构造，最大长度10.8m，焊缝长度较长，节点板开挡尺寸、杆件直线度等都是重点控制项。将节点板、腹板分别高精度数控下料，预留焊接收缩量，埋弧自动焊施焊对接焊缝，拼缝后修正节点中心线，有效控制板件焊接变形，两端预留切割余量，确保箱型杆件最终直线度成型；箱型杆件制作完成后两端配切，确保杆件长度。弦杆两端孔群均采用“后孔法”，利用三维数控钻床同时钻制孔群，顶底板孔群以已钻腹板孔为基准划线卡样板钻制，有效控制孔群精度。

2.3 拖拉安装施工技术

施工单位在将大跨度钢箱梁安装施工技术应用在路桥建设中时，需要考虑到拖拉系统、反力支架等相关要素，以此保证拖拉安装施工技术在使用中的效率，进而针对性实施大跨度钢箱梁安装施工方案。施工单位首先要选择专业技能强且经验丰富的施工人员，最大程度地发挥拖拉安装施工技术的作用，以确保工程建设有序进行。在具体施工操作中，需要施工技术人员做好以下几点：（1）在进行拖拉前，应做好全面检查，并在各个临时墩设置水准点，这样做主要是为了对沉降进行更好的观测，并确保电路处于完好状态、人员到位等。（2）准备开始进行拖拉，按照要求实施2~3次点动，并对顶推相关设施进行检查。（3）在确定拖拉力大小方面，需要施工人员根据摩擦阻力进行适当调整，按照要求进行千斤顶的校定及油表的标定。在具体施工期间，若已经施加到最大的拖力时，梁体依然未移动，相关人员则需要进行深入检查，在明确拖拉力后，才能够继续开展顶推作业。（4）位移观测。在此环节中，需要施工技术人员从施力开始阶段到梁体进行移动连续观测，期间，若位移明显超过设计允许值，则立即停止施力。

2.4 稳定性

整体稳定主要包含横向抗倾覆验算和宽高比、宽跨比计算等设计内容，因近年来车辆超载引起的箱梁倾覆失稳直至垮塌事故频发，钢桥的横向抗倾覆性能是设计的重点。横向抗倾覆设计主要是依托于精确的计算分析，对桥梁关键部位的实际受力情况予以深入研究，确保桥梁横向方向上受到相对均匀的作用力，防止因受力分析不准确、结构设计不到位等问题，导致桥梁结构受力不均，进而加快钢结构遭受损坏的速度。由此可见，设计桥梁钢结构的横向抗倾覆性能，应该以综合性、完整性的受力分析为基础，在合理适宜的范围内科学控制横梁的受力情况。在条件允许的情况下，可以在桥梁横梁处选定一个适当的位置，使用铁砂混凝土或铸铁等材料对其进行填充压重处理，确保钢结构在实际使用阶段的受力更加均匀，全面提升桥梁的稳定性与安全性。

3结束语

完善钢结构的完整性设计，不仅在于提高桥梁设计水平，也是确保桥梁工程被安全有效地投入到正式使用中的基础条件。设计工作的组织与开展需紧密贴合桥梁的施工建设要求，综合考虑其所处地理位置的实际情况，除了满足传统的结构强度，刚度的要求外，优化稳定性、疲劳和防腐的完整性设计是结构耐久的重要保证。

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