現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)

橋梁建設(shè)在我國(guó)的發(fā)展歷史悠久，最早在漢唐時(shí)期，我國(guó)就出現(xiàn)了浮橋，并且被廣泛的運(yùn)用，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，橋梁建設(shè)也在逐漸更新，到現(xiàn)在，橋梁已經(jīng)成為各個(gè)城市和公路并肩的一種交通方式。在我們享受橋梁帶來(lái)的便利的同時(shí)，橋梁也出現(xiàn)了一些病害，使橋梁在發(fā)揮交通作用的時(shí)候，發(fā)生一些安全事故，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本文筆者就針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)引發(fā)的病害問(wèn)題做詳細(xì)的分析。

一、我國(guó)橋梁使用現(xiàn)狀

1、交通荷載大

經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展使我國(guó)在近些年汽車(chē)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(jié)果就是導(dǎo)致交通量變大，橋梁的荷載增加。在我國(guó)的很多城市都出現(xiàn)了不同程度的交通擁擠現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問(wèn)題，各個(gè)城市建設(shè)了很多高架橋以及立交橋，雖然緩解了交通沉重的負(fù)擔(dān)，但是橋梁的荷載也成了新的問(wèn)題。交通量的增加使橋梁特別容易出現(xiàn)損害。

2、超載現(xiàn)象嚴(yán)重

首先，我國(guó)現(xiàn)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(shí)候因?yàn)槭艿疆?dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)等方面的制約，所以荷載能力比較低。而這些早期建設(shè)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(jīng)常會(huì)出現(xiàn)超載的現(xiàn)象，導(dǎo)致橋梁的穩(wěn)定性遭到破壞。

其次，為了追求利潤(rùn)，還有很多車(chē)輛違規(guī)超載，這些車(chē)輛的存在也使橋梁嚴(yán)重超載，在車(chē)輛行駛的過(guò)程中，橋梁受到交變荷載的作用，內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，尤其是一些細(xì)小的裂紋會(huì)逐漸擴(kuò)大，留下安全隱患。

二、橋梁中的鋼結(jié)構(gòu)問(wèn)題

1、設(shè)計(jì)方面

對(duì)于任何一個(gè)工程來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)都是核心，設(shè)計(jì)的優(yōu)劣在很大程度上直接決定工程的造價(jià)、質(zhì)量、施工的難易程度以及工期。自從改革開(kāi)放之后，我國(guó)雖然也有一些優(yōu)秀的設(shè)計(jì)，但是大多數(shù)設(shè)計(jì)都存在著一定的問(wèn)題，這些設(shè)計(jì)上的不合理不僅造成經(jīng)濟(jì)的浪費(fèi)，還給工程質(zhì)量埋下了安全隱患，給我國(guó)橋梁建設(shè)技術(shù)的進(jìn)步帶來(lái)了阻礙。尤其是鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，基本是千篇一律，沒(méi)有創(chuàng)新，也很少采用一些新材料或者新結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，沒(méi)有充分計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)的性能參數(shù)，往往為了追求穩(wěn)固的效果，隨意增大強(qiáng)度系數(shù)，造成了不必要的浪費(fèi)，或者在參數(shù)計(jì)算中對(duì)實(shí)際使用情況考慮不全面，使橋梁在使用過(guò)程中出現(xiàn)失穩(wěn)以及應(yīng)力屈服，這些都是鋼結(jié)構(gòu)橋梁的常見(jiàn)問(wèn)題。

2、質(zhì)量方面

橋梁鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量問(wèn)題主要表現(xiàn)在選材方面，對(duì)于一個(gè)橋梁來(lái)說(shuō)，鋼筋和混凝土是受力的主體，所以鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量直接影響橋梁的使用性能。所以對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的選材是非常重要的。在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，就要對(duì)一些特殊受力部位進(jìn)行反復(fù)的計(jì)算和嚴(yán)密的檢測(cè)，確定其抗力系數(shù)以及抗震、彈性系數(shù)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定鋼材的型號(hào)和數(shù)量。在制作鋼結(jié)構(gòu)的時(shí)候要嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行操作，以保證橋梁的工程質(zhì)量，避免出現(xiàn)安全事故。

3、銹蝕現(xiàn)象

鋼材的主要成分是鐵，所以對(duì)于鋼材而言，銹蝕屬于自然現(xiàn)象，也是造成危害的主要原因。鋼結(jié)構(gòu)如果銹蝕到一定程度就會(huì)嚴(yán)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(jié)構(gòu)涂裝措施不到位，鋼結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中，如果發(fā)生銹蝕，就會(huì)使結(jié)構(gòu)本身的受力能力降低，使橋梁在行車(chē)荷載的作用下，整體受力不穩(wěn)定，部分銹蝕嚴(yán)重的位置出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，嚴(yán)重影響橋梁的使用，嚴(yán)重的還會(huì)引發(fā)交通事故。

4、焊接工藝

鋼結(jié)構(gòu)主要是靠焊接工藝結(jié)合在一起的，焊接的原理是依靠金屬的再結(jié)晶實(shí)現(xiàn)的，在焊接接頭的地方如果焊縫的尺寸偏大就會(huì)使母材形成“過(guò)燒”現(xiàn)象，使構(gòu)件產(chǎn)生瞧去、變形，招致較大的焊接應(yīng)力。同時(shí)，在焊接區(qū)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(xiàn)在構(gòu)造細(xì)節(jié)上。這些在焊接方面的細(xì)節(jié)都是會(huì)影響鋼結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定性的重要因素。如果處理不好，就會(huì)留下安全隱患。

5、不良細(xì)節(jié)構(gòu)造

不良的構(gòu)造細(xì)節(jié)會(huì)使幾何應(yīng)力集中，這在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是最容易被忽視的問(wèn)題，也是比較容易引發(fā)事故的原因之一。橋梁在使用過(guò)程中，幾何應(yīng)力集中會(huì)出現(xiàn)疊加，在可變荷載的作用下，這些細(xì)小的損傷就會(huì)不斷擴(kuò)展，導(dǎo)致疲勞應(yīng)力的擴(kuò)大，最終導(dǎo)致事故發(fā)生。橋梁是一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，一些不起眼的細(xì)節(jié)可能就會(huì)使整個(gè)橋梁的受力系統(tǒng)遭到破壞，如果某個(gè)細(xì)小的構(gòu)造出現(xiàn)應(yīng)力集中或者應(yīng)力疲勞，就容易出現(xiàn)變形，使鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)應(yīng)力屈服。

綜上所述，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究是非常重要的。

三、鋼結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)

（一）鋼結(jié)構(gòu)的完整性理念

橋梁是為了滿足交通運(yùn)輸要求的產(chǎn)物。在現(xiàn)代橋梁建設(shè)中，鋼結(jié)構(gòu)屬于主體構(gòu)造，鋼結(jié)構(gòu)是把鋼材經(jīng)過(guò)焊接手段連接到一起組成的復(fù)雜的受力系統(tǒng)，具有承載性能和耐久性。雖然在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員依照了相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，但是也不能避免橋梁結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中發(fā)生破壞。根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，國(guó)外的多起橋梁鋼結(jié)構(gòu)破壞事故都是因?yàn)榫植繐p傷的擴(kuò)展造成的。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)的局部破損難以發(fā)現(xiàn)并及時(shí)修復(fù)，所以往往會(huì)造成巨大的損失。近年來(lái)，橋梁鋼結(jié)構(gòu)的焊接結(jié)構(gòu)損傷和擴(kuò)展引起了廣大設(shè)計(jì)人員的關(guān)注，人們開(kāi)始更多的考慮如何才能保證橋梁鋼結(jié)構(gòu)的完整性。目前，最值得借鑒和參考的就是由國(guó)際焊接學(xué)會(huì)推出的“合于使用評(píng)定指南”和經(jīng)過(guò)國(guó)際公認(rèn)的由英國(guó)中央電力局提出的“帶缺陷焊接結(jié)構(gòu)完整性評(píng)定方法”。完整性設(shè)計(jì)涉及在考慮了基本的強(qiáng)度以及剛度要求的基礎(chǔ)之上，重新強(qiáng)調(diào)了關(guān)聯(lián)耐久的斷裂和損傷，具有整體性、系統(tǒng)性以及綜合性的特點(diǎn)。

（二）焊接結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)

1、損傷的控制方式

（1）對(duì)于材料以及焊接接頭的強(qiáng)度和韌性要嚴(yán)格控制，盡量減少由于設(shè)計(jì)或者工藝因素對(duì)結(jié)構(gòu)造成的傷害，注意焊接接頭處的工藝處理，在焊接之后進(jìn)行必要的 磨處理，避免由于焊接工藝不規(guī)范，影響鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（2）在焊接接頭的地方容易出現(xiàn)力學(xué)性能方面的改變，對(duì)于由于焊接缺陷導(dǎo)致的損害，不能只是通過(guò)提高母材的質(zhì)量進(jìn)行控制，還要思考通過(guò)其他的方法解決應(yīng)力屈服的問(wèn)題。

（3）在焊接過(guò)程中，要盡量保證鋼結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)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(xì)節(jié)的處理，在實(shí)際使用過(guò)程中，往往是細(xì)節(jié)決定成敗，橋梁的鋼結(jié)構(gòu)損害大多是由于鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性遭到破壞或者是由于受力不均勻出現(xiàn)應(yīng)力屈服引起的，所以對(duì)于一些細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)要足夠的重視。

（5）鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕會(huì)直接影響應(yīng)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(yán)格控制質(zhì)量，避免橋梁在使用過(guò)程中出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。

2、鋼結(jié)構(gòu)完整性的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在橋梁鋼結(jié)構(gòu)的焊接中，接頭的形式應(yīng)該根據(jù)受力需要的不同而有所區(qū)別，因?yàn)榻宇^組織的不均勻會(huì)導(dǎo)致其和母材在力學(xué)性能上存在一定的差異，此外，因?yàn)楹附託堄鄳?yīng)力等細(xì)節(jié)造成幾何應(yīng)力上的集中，這些對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的完整性都會(huì)造成影響。所以，在設(shè)計(jì)的時(shí)候要注意以下要點(diǎn)：

（1）根據(jù)橋梁的實(shí)際使用情況以及荷載要求計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力系數(shù)，選擇合適的材料以及焊接形式；

（2）在一些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中要注意不留死角，方便焊接、傳力簡(jiǎn)潔、方便維修以及安裝；

（3）要做必要的壽命評(píng)估和損傷分析；在評(píng)估和分析的時(shí)候要根據(jù)具體的環(huán)境、荷載、細(xì)節(jié)和應(yīng)力要求進(jìn)行；

（4）注意細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中或者應(yīng)力疲勞現(xiàn)象，有效防止應(yīng)力屈服或者受力失穩(wěn)現(xiàn)象。

結(jié)束語(yǔ)：

目前，橋梁已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們生活中不能缺少的一個(gè)重要組成，橋梁施工質(zhì)量的高低直接影響國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全，所以提高橋梁工程建設(shè)質(zhì)量勢(shì)在必行。本文筆者針對(duì)目前橋梁建設(shè)中鋼結(jié)構(gòu)存在的一些問(wèn)題作了簡(jiǎn)要的分析，并就鋼結(jié)構(gòu)的完整性問(wèn)題作了分析，提出了采用正確的焊接工藝加強(qiáng)對(duì)焊接的質(zhì)量控制，以提高橋梁的施工質(zhì)量的理論，希望對(duì)橋梁建設(shè)可以起到一定的指導(dǎo)意義。