現代橋梁設計中鋼結構的完整性設計

橋梁建設在我國的發展歷史悠久，最早在漢唐時期，我國就出現了浮橋，并且被廣泛的運用，隨著經濟的發展，橋梁建設也在逐漸更新，到現在，橋梁已經成為各個城市和公路并肩的一種交通方式。在我們享受橋梁帶來的便利的同時，橋梁也出現了一些病害，使橋梁在發揮交通作用的時候，發生一些安全事故，造成了巨大的經濟損失。本文筆者就針對鋼結構引發的病害問題做詳細的分析。

一、我國橋梁使用現狀

1、交通荷載大

經濟的飛速發展使我國在近些年汽車總量急劇上升，人們的生活水平的提高也大大增加了出行的頻率，以上種種情況最終的結果就是導致交通量變大，橋梁的荷載增加。在我國的很多城市都出現了不同程度的交通擁擠現象。為了解決這個問題，各個城市建設了很多高架橋以及立交橋，雖然緩解了交通沉重的負擔，但是橋梁的荷載也成了新的問題。交通量的增加使橋梁特別容易出現損害。

2、超載現象嚴重

首先，我國現在的橋梁中有很大一部分是在早期修建的，這些橋梁在修建的時候因為受到當時經濟等方面的制約，所以荷載能力比較低。而這些早期建設的橋梁大部分又是處于交通緊要的地方，所以在交通量龐大的今天，經常會出現超載的現象，導致橋梁的穩定性遭到破壞。

其次，為了追求利潤，還有很多車輛違規超載，這些車輛的存在也使橋梁嚴重超載，在車輛行駛的過程中，橋梁受到交變荷載的作用，內部結構遭到破壞，尤其是一些細小的裂紋會逐漸擴大，留下安全隱患。

二、橋梁中的鋼結構問題

1、設計方面

對于任何一個工程來說，設計都是核心，設計的優劣在很大程度上直接決定工程的造價、質量、施工的難易程度以及工期。自從改革開放之后，我國雖然也有一些優秀的設計，但是大多數設計都存在著一定的問題，這些設計上的不合理不僅造成經濟的浪費，還給工程質量埋下了安全隱患，給我國橋梁建設技術的進步帶來了阻礙。尤其是鋼結構的設計，基本是千篇一律，沒有創新，也很少采用一些新材料或者新結構，在設計的過程中，沒有充分計算鋼結構的性能參數，往往為了追求穩固的效果，隨意增大強度系數，造成了不必要的浪費，或者在參數計算中對實際使用情況考慮不全面，使橋梁在使用過程中出現失穩以及應力屈服，這些都是鋼結構橋梁的常見問題。

2、質量方面

橋梁鋼結構的質量問題主要表現在選材方面，對于一個橋梁來說，鋼筋和混凝土是受力的主體，所以鋼結構的質量直接影響橋梁的使用性能。所以對于鋼結構的選材是非常重要的。在橋梁設計過程中，就要對一些特殊受力部位進行反復的計算和嚴密的檢測，確定其抗力系數以及抗震、彈性系數，然后根據設計標準確定鋼材的型號和數量。在制作鋼結構的時候要嚴格按照規范進行操作，以保證橋梁的工程質量，避免出現安全事故。

3、銹蝕現象

鋼材的主要成分是鐵，所以對于鋼材而言，銹蝕屬于自然現象，也是造成危害的主要原因。鋼結構如果銹蝕到一定程度就會嚴重危及橋梁的安全使用。造成鋼材銹蝕的主要原因就是鋼結構涂裝措施不到位，鋼結構在使用過程中，如果發生銹蝕，就會使結構本身的受力能力降低，使橋梁在行車荷載的作用下，整體受力不穩定，部分銹蝕嚴重的位置出現彎曲現象，嚴重影響橋梁的使用，嚴重的還會引發交通事故。

4、焊接工藝

鋼結構主要是靠焊接工藝結合在一起的，焊接的原理是依靠金屬的再結晶實現的，在焊接接頭的地方如果焊縫的尺寸偏大就會使母材形成“過燒”現象，使構件產生瞧去、變形，招致較大的焊接應力。同時，在焊接區域形成的焊接缺欠也屬于損傷的一種。這種焊接缺欠比較容易出現在構造細節上。這些在焊接方面的細節都是會影響鋼結構受力穩定性的重要因素。如果處理不好，就會留下安全隱患。

5、不良細節構造

不良的構造細節會使幾何應力集中，這在鋼結構設計中是最容易被忽視的問題，也是比較容易引發事故的原因之一。橋梁在使用過程中，幾何應力集中會出現疊加，在可變荷載的作用下，這些細小的損傷就會不斷擴展，導致疲勞應力的擴大，最終導致事故發生。橋梁是一個整體結構，一些不起眼的細節可能就會使整個橋梁的受力系統遭到破壞，如果某個細小的構造出現應力集中或者應力疲勞，就容易出現變形，使鋼結構出現應力屈服。

綜上所述，對于鋼結構的設計研究是非常重要的。

三、鋼結構的完整性設計

（一）鋼結構的完整性理念

橋梁是為了滿足交通運輸要求的產物。在現代橋梁建設中，鋼結構屬于主體構造，鋼結構是把鋼材經過焊接手段連接到一起組成的復雜的受力系統，具有承載性能和耐久性。雖然在設計的過程中，設計人員依照了相關設計規范的要求，但是也不能避免橋梁結構在使用過程中發生破壞。根據調查結果顯示，國外的多起橋梁鋼結構破壞事故都是因為局部損傷的擴展造成的。因為鋼結構的局部破損難以發現并及時修復，所以往往會造成巨大的損失。近年來，橋梁鋼結構的焊接結構損傷和擴展引起了廣大設計人員的關注，人們開始更多的考慮如何才能保證橋梁鋼結構的完整性。目前，最值得借鑒和參考的就是由國際焊接學會推出的“合于使用評定指南”和經過國際公認的由英國中央電力局提出的“帶缺陷焊接結構完整性評定方法”。完整性設計涉及在考慮了基本的強度以及剛度要求的基礎之上，重新強調了關聯耐久的斷裂和損傷，具有整體性、系統性以及綜合性的特點。

（二）焊接結構的完整性設計

1、損傷的控制方式

（1）對于材料以及焊接接頭的強度和韌性要嚴格控制，盡量減少由于設計或者工藝因素對結構造成的傷害，注意焊接接頭處的工藝處理，在焊接之后進行必要的 磨處理，避免由于焊接工藝不規范，影響鋼結構的穩定性。

（2）在焊接接頭的地方容易出現力學性能方面的改變，對于由于焊接缺陷導致的損害，不能只是通過提高母材的質量進行控制，還要思考通過其他的方法解決應力屈服的問題。

（3）在焊接過程中，要盡量保證鋼結構的整體性和穩定性，注意焊接材料的選擇以及和母材組配的方式，最好使用低組配。

（4）注意細節的處理，在實際使用過程中，往往是細節決定成敗，橋梁的鋼結構損害大多是由于鋼結構的穩定性遭到破壞或者是由于受力不均勻出現應力屈服引起的，所以對于一些細節的設計要足夠的重視。

（5）鋼結構的腐蝕會直接影響應力情況，所以防腐措施要做好。目前常用的防腐措施包括涂料防腐和金屬防腐兩種，這就要求在涂裝處理操作中，要嚴格控制質量，避免橋梁在使用過程中出現銹蝕現象。

2、鋼結構完整性的設計要點

在橋梁鋼結構的焊接中，接頭的形式應該根據受力需要的不同而有所區別，因為接頭組織的不均勻會導致其和母材在力學性能上存在一定的差異，此外，因為焊接殘余應力等細節造成幾何應力上的集中，這些對鋼結構的完整性都會造成影響。所以，在設計的時候要注意以下要點：

（1）根據橋梁的實際使用情況以及荷載要求計算鋼結構的應力系數，選擇合適的材料以及焊接形式；

（2）在一些關鍵結構的細節設計中要注意不留死角，方便焊接、傳力簡潔、方便維修以及安裝；

（3）要做必要的壽命評估和損傷分析；在評估和分析的時候要根據具體的環境、荷載、細節和應力要求進行；

（4）注意細節設計，避免出現應力集中或者應力疲勞現象，有效防止應力屈服或者受力失穩現象。

結束語：

目前，橋梁已經成為經濟發展，人們生活中不能缺少的一個重要組成，橋梁施工質量的高低直接影響國家經濟的發展和人民生命財產安全，所以提高橋梁工程建設質量勢在必行。本文筆者針對目前橋梁建設中鋼結構存在的一些問題作了簡要的分析，并就鋼結構的完整性問題作了分析，提出了采用正確的焊接工藝加強對焊接的質量控制，以提高橋梁的施工質量的理論，希望對橋梁建設可以起到一定的指導意義。