談橋梁鋼結構的整體設計策略

1、<p>　　談橋梁鋼結構的整體設計策略</p><p>　　摘要：隨著公路橋梁建設的不斷發(fā)展，鋼結構具有輕質、高強，抗拉、抗壓性能強等優(yōu)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。文章闡述了鋼結構橋梁整體設計相關理念，基于關鍵技術，探討了橋梁整體設計策略。 </p><p>　　關鍵詞：橋梁；鋼結構；整體設計 </p>&l

2、t;p>　　中圖分類號：K928文獻標識碼： A </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　近年來，隨著我國城市化進程的不斷加快，公路橋梁的建設也隨之得到了發(fā)展，在新時代發(fā)展的今天，人們對于公路橋梁的質量也有了越來越高的要求。鋼結構由于具有質輕、剛度大、穩(wěn)定性高等特點被廣泛應用在橋梁建設中，且取得了顯著的成績，例如南京三橋等。橋梁的建設主

3、要是為了緩解交通的擁堵以及城市的空間壓力，在橋梁的建設中，施工人員可以將型鋼與結構鋼相互焊接，從而保證橋梁工程的質量，達到設計要求的承載力，充分發(fā)揮橋梁結構的使用功能，延長其使用壽命。 </p><p>　　一 結構橋梁整體設計理念概述 </p><p>　　鋼結構的特點是質量輕，強度高，并且具備其抗壓以及抗拉等相關優(yōu)點，對于混凝土結構而言，其外觀更為直觀，強度等級更高。在我國，鋼結構橋梁

4、應用十分廣泛。因為作為鋼結構的施工而言，其施工周期短。鋼結構橋梁主要應用在：①城市立交橋段，尤其是交通要道處，如果采用混凝土橋，必然增加施工周期，對于現(xiàn)場交通不能較好地維護。②大跨徑海、江、河橋梁（長江大橋、杭州灣大橋等），因為大跨徑的要求下，只能考慮鋼結構，因為如果采用混凝土結構，根本滿足不了大跨徑要求。 </p><p><b>　　構整體設計目標 </b></p><

5、;p>　　我國橋梁鋼結構的設計使用年限為100年，與國際標準(BS5400，EURO CODE)基本一致。完整性設計的目標是確保結構在使用年限內的可靠與安全。橋梁鋼結構的完整性設計由荷載、材料性能、結構細節(jié)構造、制造工藝、安裝方法、使用環(huán)境及維護方式等多種因素所確定。設計除對結構、構件連接及構造細節(jié)按常規(guī)考慮強度、剛度要求外，尚需對損傷與損傷容限、斷裂與抗斷裂作出評定。 </p><p><b>

6、　　構損傷及損傷容限 </b></p><p>　　鋼結構從材料加工過程到服役期不可避免的會在內部和表面形成和發(fā)生微小缺陷，在一定外部因素(荷載、溫度、腐蝕等)作用下，這些缺陷不斷擴展與合并形成宏觀裂紋，導致材料和結構力學性能劣化。對橋梁鋼結構而言，完整性和損傷是相對應的，損傷程度將會對結構的完整性帶來影響，損傷極限則是結構的失效。而損傷容限是指鋼結構在規(guī)定的使用周期內抵抗由缺陷、裂紋或其他損傷而導致

7、破壞的能力。損傷容限概念的使用是承認鋼結構在使用前存在有初始缺陷，但可通過結構完整性設計方法評判帶缺陷或損傷的鋼結構在服役期限內的安全性。 </p><p>　　國內橋梁鋼結構因損傷導致局部破壞的實例近幾年時有發(fā)生，結構損傷構成了對橋梁安全與耐久最大的威脅。在引起設計者對焊接結構損傷、損傷擴展以及結構系統(tǒng)失效過程關注的同時，也引發(fā)了人們對如何保證橋梁鋼結構系統(tǒng)整體完整性的思考。 </p><p

8、>　　3、構橋梁設計的應用 </p><p>　　鋼結構為橋梁設計所重用，是因為其有強度高而質量輕的特點，同時在抗壓性和抗拉性能上較之其他材料結構更佳，且在外觀上相比于混凝土而言更為直觀，其強度等級也更高，不僅如此，在考慮到施工周期問題上，鋼結構在較之混凝土橋的施工上，也有利于施工周期的縮短。鑒于諸多優(yōu)點，現(xiàn)階段鋼結構橋梁設計應用很多，如在城市立交橋上，如大跨徑海、江、河橋梁等，我國的長江大橋、杭州灣大橋等

9、，由于混凝土結構滿足不了大跨徑要求，故而只能使用鋼結構設計。不僅是我們國家，在世界范圍內，鋼結構使用于橋梁設計中都是十分廣泛的。 </p><p>　　二 梁鋼結構整體設計策略 </p><p>　　1、抗傾覆穩(wěn)定設計 </p><p>　　在實際工作中，合理的采用鋼結構能夠提高橋梁工程的質量，增強其強度，但是在對一些小半徑、多車道的設計與施工中，設計師必須要對其橫

10、向抗傾覆深入研究。在過去的橋梁工程施工中，往往會因為設計不夠合理以致于橋梁的某部位發(fā)生傾覆現(xiàn)象，這是由于在鋼結構施工中，橋梁跨度大，連續(xù)鋼梁的半徑小，并且該鋼梁的寬度小于橋面的寬度，這種現(xiàn)象就會直接導致橋梁的承載力不夠均勻，從而發(fā)生傾覆的現(xiàn)象。所以在橋梁工程的設計過程中，設計師必須要對橋梁的跨度以及鋼梁的半徑、寬度進行合理的計算，深入分析橫梁的受力情況，只有這樣才能夠滿足橋梁的受力平衡，防止發(fā)生傾覆。在施工過程中，施工人員可以在橫梁處灌

11、入細砂，這樣可以有效提高整個橋梁的穩(wěn)定性。 </p><p>　　2、結構完整性設計要點 </p><p>　　橋梁鋼結構中因結構受力需要焊接接頭型式也會有所不同，由于接頭微觀組織的不均勻性會導致與母材力學性能的差異；同時由于焊接殘余應力焊接變形以及因構造細節(jié)帶來的幾何應力集中焊接缺陷等因素使焊接接頭成為控制部位，會對焊接結構完整性帶來的影響在滿足常規(guī)設計要求和使用壽命的前提下應考慮： &

12、lt;/p><p>　?、?針對疲勞或者靜力要求來決定焊縫形式，在工藝上作焊接性和可檢測性要求。 </p><p>　?、?關鍵構造細節(jié)設計遵循簡潔傳力焊接可行不留死角方便安裝利于維護的原則。 </p><p>　　③ 根據(jù)荷載環(huán)境細節(jié)按抗疲勞與抗斷裂要求作損傷分析和壽命評估。 </p><p>　?、?按焊接缺陷預防，焊接應力與焊接變形焊接收縮

13、量的控制目標確定制造工藝標準和焊接工藝評定要求。 </p><p>　　⑤ 以損傷監(jiān)測和維護方法為內容的使用維修要求。 </p><p><b>　　3、加勁肋設置 </b></p><p>　　加勁肋是在支座或有集中荷載處，為保證構件局部穩(wěn)定并傳遞集中力所設置的條狀加強件。加勁肋的設計，通常很多人都認為這方面是可有可無的，實際上必須通過設計計

14、算才能決定是否加勁肋。如果確定需要加勁肋，則優(yōu)先考慮豎向加勁肋，并且其設置距離由腹板厚度以及相關剪應力來決定。當豎向加勁肋仍然不能滿足要求時，可設置水平加勁肋，水平加勁肋是豎向加勁肋的補充形式。 </p><p>　　加勁肋的設置是因為原有構件截面的不足而用來增強抵抗彎矩和剪力的，因為設置加勁肋可以縮小原構件截面大小，降低用鋼量，壓縮成本，所以在工程中，一般設置在原有構件上起到增強抵抗彎矩和剪力的作用。 <

15、/p><p>　　4、鋼箱梁橫梁設計 </p><p>　　當橋梁主道設計過寬時，必須優(yōu)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。 </p><p><b>　　5、結構內力計算 <

16、/b></p><p>　　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(shù)據(jù)輸入。輸入的數(shù)據(jù)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

17、端設置固定支座，另一端設滑動支座。牛腿計算是對預先設計好的牛腿尺寸和配筋分4個步驟進行驗算：①牛腿的截面內力。求出截面內力后對各種危險截面進行強度校核；②豎截面驗算。按偏心受壓桿件驗算抗彎和抗剪強度或按受彎桿件驗算強度；③最弱斜截面驗算。求得最弱斜截面位置后，按偏心受拉構件驗算此斜截面的強度；④45°斜截面的抗拉驗算。 </p><p>　　6、施工人孔的設置 </p><p>

18、　　橋梁的整體設計中，其不可忽視的一環(huán)是人孔的設置，通常情況下，人孔是為了方便施工，在橋梁箱梁頂板和腹板上開設。頂板施工人孔的具體位置可設置在1.5跨徑處，而腹板的施工人孔的具體位置必須設置在應力相對薄弱的地方，比如簡支梁，其腹板施工人孔可設置在跨中，而連續(xù)梁，必須精確計算剪力，選取剪力最小處。有時候人孔的設計不止一個，不能將所有人孔分布在相同斷面，采取錯開設置。當應力較大的地方必須加設施工人孔，必須采取加強措施。 </p>

19、<p><b>　　結語 </b></p><p>　　綜上所述，我國基礎建設的加快，帶動了橋梁技術的長足發(fā)展，在當前形勢下，橋梁鋼結構的整體應用也十分廣泛，主要是在設計過程中的優(yōu)化，才能確保橋梁鋼結構的整體性、穩(wěn)定性。必須從整體性角度出發(fā)，全面分析橋梁受力情況，加強焊接形式的優(yōu)化設計，才能保障橋梁鋼結構的整體質量。 </p><p><b>

20、　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 萬莉：《國內橋梁設計存在的主要問題》，《江西建材》，2010年01期 </p><p>　　[2] 歐亞斌 鄭學倫：《關于橋梁鋼結構的設計探析》，《中國新技術新產(chǎn)品》，2011年17期 </p><p>　　[3] 史文娟：《高性能混凝土在橋梁中的應用》，《科技創(chuàng)新導報》，2010年33期 </