淺論橋梁鋼結構設計策略及注意事項

黃嘉偉 龍 華

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，550000）

淺論橋梁鋼結構設計策略及注意事項

黃嘉偉 龍 華

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，550000）

鋼結構具有輕質、高強，抗拉、抗壓性能強等優勢，因而在我國橋梁建設中應用十分廣泛，鋼結構橋梁整體性能的好壞，與其整體設計密切相關。以下本文就對橋梁鋼結構設計展開探討。

橋梁鋼結構設計；問題；措施

引言

橋梁是為滿足交通功能的建筑物，有明確的承載安全和服役耐久性要求。橋梁鋼結構設計必須要符合鋼結構橋梁的特性，并結合橋梁建設所處的復雜環境進行設計。所以，橋梁鋼結構設計成為了橋梁建設的重點工作，必須給予充分重視。

1.橋梁鋼結構疲勞設計的基本原則

1.1 在選取橋梁鋼結構細節時，在經濟條件允許的情況下，盡量選取疲勞強度等級較高的細節構造或采取提高構件疲勞強度等措施。

1.2 在橋梁鋼結構疲勞計算時應考慮構造的可更換性，同時照顧施工、營運、維修、養護等橋梁壽命期內的各種因素，對構造進行分類，在進行疲勞計算時要采用不同的保證率；對于重要但無法更換的構件，取其中最高的保證率，對于可以更換的構造按更換和維修費用高低分別取不同的保證率，費用較高的保證率就高，反之則較低，但最低保證率不得低于97%。

1.3 在低溫地區建造鋼橋或鋼筋混凝土疊合橋梁，必須考慮冷脆性和動態負載耦合作用的影響，材料的選擇要有比較高的韌性，要提高材料斷裂韌性的水平。應明確結構工作溫度的最底限，設計時要將連接部位的承載力比其相連的桿件承載力高20～50%。在設計構件的斷面時，在滿足應力和結構穩定的情況下，盡量使用相對較薄的斷面。

1.4 在結構設計上，當結構不能避免應力集中和焊接缺陷時，或由于結構形狀限制而不能進行非破壞性檢驗，或結構中小于臨界尺寸的缺陷有被漏檢的可能時，選用的材料和焊條必須韌性要高。

1.5 在進行焊接結構的設計時，避免焊縫集中和重疊交叉，盡量減少焊接產生的殘余應力。結構設計應盡量使由于缺陷所引起的應力集中減小到最低限度，如不采用尖銳角，盡量用較大半徑的圓弧代替，盡量保證結構的幾何連續性和剛度連貫性。除特殊情況外，不得使用間斷焊。焊縫端盡量設置在應力較低處，對重要構件焊縫位置應打磨平順，保證應力流線平順通過。

2.橋梁中的鋼結構設計問題

2.1 設計方面

對任何一個工程來說，核心部分是設計，其優劣在很大程度上影響著工程的造價、質量、施工難度以及工期。我國雖然有一些優秀的設計，但大多都存在一定的設計問題，設計上的不合理不僅給經濟帶來損失使得投資加大，還給橋梁工程的質量埋下了安全隱患，嚴重阻礙了我國橋梁建設技術的進步。尤其是橋梁鋼結構的設計，基本上遵循相同的模式，套用現成的設計，沒有創新思維，也很少采用一些新材料或新結構，不能根據實際地域情況、周遭環境進行設計。加之在設計的過程中，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，而隨意增大強度系數，造成不必要的材料和物資的浪費。另外在參數計算中對實際使用情況考慮的不夠全面，使橋梁在使用過程中出現失穩以及應力屈服的現象。這些都是鋼結構橋梁設計的常見問題。

2.2 質量

橋梁鋼結構在選材方面一定要注意質量問題，因為針對于橋梁來說，受力的主體是鋼筋和混凝土，所以影響橋梁使用性能的決定性因素就是鋼結構的質量。在設計時要嚴格遵守國家強制規范設計，不得隨意降低標準設計，另外在制作鋼結構時要嚴格按照規范進行操作，嚴格執行每一道工序以保證橋梁的工程質量，避免出現安全事故。

2.3 銹蝕現象

鋼材的主要成分是鐵，所以對于鋼材而言不可避免的就會發生自然銹蝕現象，這也是造成橋梁設計危害的一個因素。如果鋼結構銹蝕到一定程度就會嚴重危及橋梁安全和使用壽命。銹蝕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，嚴重的還會引發交通事故，后果不堪設想。

2.4 焊接工藝

焊接質量對工藝方法的依賴性較強，在影響工序質量的各因素中占有更重要的地位。其影響主要來自兩個方面：一方面是工藝制訂的合理性；另一方面是執行工藝的嚴肅性。鋼結構主要是靠焊接工藝結合在一起的，焊接過程如嚴格不按合理的工藝執行就會產生焊接缺陷，焊接缺陷不僅給生產帶來了許多困難，而且可能帶來災難性的事故。據統計很多鋼結構事故中，絕大多數是由焊接缺陷而引起的。這種焊接缺欠比較容易出現在鋼結構焊接的細節上，這些焊接細節問題都會影響鋼結構整體受力的穩定性，不加以防范，就會埋下安全隱患。

2.5 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地方，也是比較容易引發事故的原因之一。橋梁鋼結構因為細節設計不良致使橋梁在使用過程中，幾何應力集中疊加，在可變荷載的作用下，這些細小的損傷不斷擴展，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。

3.橋梁鋼結構整體設計策略

3.1 橫向抗傾覆穩定設計。鋼結構的橋梁普遍比較輕而且強度非常高，然而，在小半徑以及多車道設計時，其橫向抗傾覆是當前研究的熱點內容。早前的橋梁施工中，由于設計原因，導致在施工過程中或者橋梁使用過程中發生橋體傾覆。因為連續鋼梁的半徑比較小，所以相對而言，其跨度顯得較大，如果再加上橋面寬于鋼梁，這一必定顯得活載不是最優，弄不好橫梁外側支座受力增大，而內側支座出現不受力，這樣橫梁受力極其不均勻，發生梁體的傾覆。在設計過程中，通過合理的計算，來設計橫梁的偏心受力情況，這樣即可滿足橋梁的荷載要求，也能似的橋體均勻受力。在橫梁處采取灌砂措施，并在滿足規范的條件下，增加多車道時的橋梁整體穩定度。

3.2 焊接結構完整性設計要點。橋焊接結構的完整性設計是保障橋梁整體穩定性的重要因素，其焊接的接頭形式因受力的不同而各有差異，其接頭部位的應力作用導致了母材結構以及受力性能的不同，同時，在焊接過程中不能100%消除應力，焊接應力通常導致焊接接頭的變形，造成焊接接頭形成大量缺陷，不能滿足橋梁整體性設計要求。所以在橋梁整體設計中，必須考慮焊接接頭的設計，在滿足相干規范的前提下，必須做到：因地制宜地選擇形式，并通過焊接性檢測要求來獲取靜力和疲勞等級，來決定焊縫相關形式；在焊接設計中，必須詳細設計其關鍵細節，達到焊接中受力均勻，盡可能降低應力；在設計中必須考慮焊接檢測相關要求，必須以無損檢測等相關控制指標來檢測焊縫質量。

3.3 鋼箱梁橫梁設計。當橋梁主道設計過寬時，必須優化車道鋼結構寬箱梁，在設計中，重點滿足其豎向計算要求，對于橫梁的跨徑，需要從支座間雙懸臂簡支梁的計算中得知，在支座處可采取豎向加勁肋相關措施，當豎向加勁肋不能滿足要求時，考慮橫向加勁肋，其計算措施與縱向計算措施相仿。

3.4 結構內力計算。結構內力計算是以邊孔采用單懸臂，中孔采用簡支掛梁作為結構的計算模式。將橋梁縱向劃分為多個單元，并對每個單元截面進行編號，然后進行項目原始數據輸入。輸入的數據信息有：項目總體信息、單元特征信息、預應力鋼束信息、施工階段和使用階段信息。按全預應力構件對全橋結構安全性進行驗算，計算的內容包括預應力、收縮徐變及活載計算。橋臺處滑動設支座，橋墩處設固定支座，碇梁與掛梁間存在主從約束，掛梁一端設置固定支座，另一端設滑動支座。

4.結束語

綜上所述，橋梁鋼結構設計必須要講究一定的原則，采取一定的設計策略。對于設計中存在的重點問題，應該給予重點關注。最后，要從具備設計的整體意識，從整體上提高設計質量。必須從整體性角度出發，全面分析橋梁受力情況，加強焊接形式的優化設計，才能保障橋梁鋼結構的整體質量。

[1].王偉光.探析橋梁鋼結構的整體設計策略[J].科學與財富，2011(08)

[2].杜紅艷.現代橋梁設計中鋼結構的設計[J].交通世界，2012(16)

TU7

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1007-6344（2015）09-0133-01