現(xiàn)代橋梁鋼結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)與優(yōu)化

朱玲林

（江蘇鴻海建設(shè)工程有限公司，江蘇 鹽城 224001）

1 簡(jiǎn)述鋼結(jié)構(gòu)橋梁整體設(shè)計(jì)理念

1.1 鋼結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)目標(biāo)

我國(guó)橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完整性設(shè)計(jì)目標(biāo)是能夠保證在橋梁的使用年限內(nèi)，有足夠的使用安全性和可靠性。鑒于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)橋梁的完整性設(shè)計(jì)在考慮橋梁材料性能、制造工藝、安裝方法、機(jī)構(gòu)細(xì)節(jié)構(gòu)造以及橋梁使用環(huán)境和定期維護(hù)方式方法等因素后，確定使用年限一般為100a。完整性設(shè)計(jì)目標(biāo)，不僅需要考慮結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、鋼度等，還需要進(jìn)一步評(píng)定損傷和損傷容限斷裂與抗斷裂等相關(guān)問題，以確保實(shí)現(xiàn)橋梁鋼結(jié)構(gòu)的完整性最終設(shè)計(jì)目標(biāo)。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)損傷及損傷容限

通過工程材料學(xué)，可以知道材料在一定的時(shí)間內(nèi)由于受到各種因素的影響，必將引起內(nèi)部金相結(jié)構(gòu)的相關(guān)變化。而在橋梁結(jié)構(gòu)中，同樣需要注意到，由于鋼結(jié)構(gòu)在加工、施工和服役期間，必定會(huì)受到來自外界的影響，如溫度的變化，雨水的腐蝕等，諸如這些不可避免的影響，將不斷使得材料形成擴(kuò)展裂紋，最終使得材料的力學(xué)性能降低。為此，在橋梁設(shè)計(jì)中，必須考慮鋼結(jié)構(gòu)的損傷和損傷容限，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)損傷到達(dá)其極限時(shí)，也將導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的失效，因而影響到橋梁完整性。設(shè)計(jì)中考慮鋼結(jié)構(gòu)的損傷容限，使得鋼結(jié)構(gòu)能夠有足夠的能力，在規(guī)定的使用年限內(nèi)抵抗來著外界作用引起的裂紋而不致使破壞。

1.3 鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)的應(yīng)用

鋼結(jié)構(gòu)為橋梁設(shè)計(jì)所重用，是因?yàn)槠溆袕?qiáng)度高而質(zhì)量輕的特點(diǎn)，同時(shí)在抗壓性和抗拉性能上較之其他材料結(jié)構(gòu)更佳，且在外觀上相比于混凝土而言更為直觀，其強(qiáng)度等級(jí)也更高，不僅如此，在考慮到施工周期問題上，鋼結(jié)構(gòu)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(diǎn)，現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)用很多，如在城市立交橋上，如大跨徑海、江、河橋梁等，我國(guó)的長(zhǎng)江大橋、杭州灣大橋等，由于混凝土結(jié)構(gòu)滿足不了大跨徑要求，故而只能使用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。不僅是我們國(guó)家，在世界范圍內(nèi)，鋼結(jié)構(gòu)使用于橋梁設(shè)計(jì)中都是十分廣泛的。

2 橋梁整體性設(shè)計(jì)與優(yōu)化策略

2.1 設(shè)計(jì)中關(guān)于焊接結(jié)構(gòu)的問題

在橋梁的整體性設(shè)計(jì)中，首先需要注意的問題是焊接結(jié)構(gòu)，由于焊接結(jié)構(gòu)中，牽涉到的相關(guān)因素較多，如來自母材的結(jié)構(gòu)和材料質(zhì)量等，或是其受力情況和相關(guān)性能，而諸多問題的共同作用也將致使焊接結(jié)構(gòu)直接影響到橋梁的穩(wěn)定性。焊接結(jié)構(gòu)中，不僅需要注意焊接的接頭形式，同時(shí)需要注意焊接工藝獨(dú)有的特點(diǎn)，如焊接過程中將產(chǎn)生焊接應(yīng)力，通常這會(huì)造成焊件的局部變形，同時(shí)接頭處由于應(yīng)力變化，也將形成結(jié)構(gòu)缺陷。為此，橋梁的整體性設(shè)計(jì)中對(duì)于焊接結(jié)構(gòu)來講，需要做到以下幾點(diǎn)：分析焊件結(jié)構(gòu)，根據(jù)橋梁的實(shí)際情況進(jìn)行焊縫形式的確定工作，并檢測(cè)其靜力和疲勞等級(jí)；需要設(shè)計(jì)人員充分掌握焊接工藝實(shí)操知識(shí)，并在對(duì)待焊接的結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分計(jì)算之后，確定焊接位置，使得焊接后各部分受力均衡；焊料和母料的焊接過程，需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行充分調(diào)查，確保焊接質(zhì)量的高標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)。

2.2 設(shè)計(jì)中關(guān)于橫向抗傾覆的問題

在關(guān)于橋梁的橫向抗傾覆設(shè)計(jì)中，需要認(rèn)識(shí)到橫向抗傾覆問題的重要性，在現(xiàn)階段的鋼結(jié)構(gòu)中，橋梁設(shè)計(jì)一般會(huì)傾向于質(zhì)量更輕而強(qiáng)度較高的設(shè)計(jì)方案，在設(shè)計(jì)中，由于在施工過程中或是在使用過程中，都發(fā)生過橋體的傾覆現(xiàn)象，為此在其橫向抗傾覆問題上，設(shè)計(jì)人員有必要認(rèn)識(shí)其重要性并對(duì)其進(jìn)行深入的研究；在設(shè)計(jì)過程中通過進(jìn)行對(duì)橋體的合理計(jì)算，確定橫梁的偏心受力情況。

2.3 設(shè)計(jì)中關(guān)于施工人孔設(shè)置問題

橋梁整體性設(shè)計(jì)中，需要注重的環(huán)節(jié)較多，比如說十分重要的人孔設(shè)置，便是一個(gè)值得著重考慮的問題。現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人孔，通常是為了在施工上能夠提供快捷和方便，故而一般都開設(shè)在橋梁箱梁頂板和腹板上，在施工人孔中，為了橋梁的整體性，需要注意一下幾個(gè)問題：在關(guān)于數(shù)量較多的人孔設(shè)計(jì)上，需要盡可能的避免將所用的人孔放置在同一斷面上，并將其分散開；人孔設(shè)置應(yīng)盡可能避免應(yīng)力集中的橋梁部位，如果人孔設(shè)置在橋梁局部應(yīng)力較大的地方，應(yīng)該采取相關(guān)措施對(duì)其進(jìn)行加強(qiáng)鞏固；在腹板中設(shè)置人孔，應(yīng)選取應(yīng)力相對(duì)薄軟的地方，如跨中位置，如果是連續(xù)梁，當(dāng)選取剪力最小的地方進(jìn)行人孔施工設(shè)置，而在頂板中設(shè)置人孔，則需要將其放置在1.5跨徑出，為此需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行相關(guān)精確的測(cè)量和計(jì)算。

3 結(jié)語

新時(shí)代下，我國(guó)在30a的改革開放中取得了巨大的成果，各行各業(yè)都在競(jìng)爭(zhēng)中得到了飛躍式的發(fā)展，人民生活也在日益提高。在眾多基礎(chǔ)建設(shè)過程中，橋梁技術(shù)的發(fā)展始終未曾離開專家學(xué)者們的視野，在長(zhǎng)期的發(fā)展之下，橋梁鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化問題也為學(xué)者所提及，在廣泛關(guān)注也研究之下，現(xiàn)階段已然有了一定的研究成果。橋梁的整體性設(shè)計(jì)，不僅需要考慮到橋梁各方面受力情況，同時(shí)還應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況，通過橋梁所處環(huán)境進(jìn)行實(shí)地探查，并在全面的數(shù)據(jù)分析和計(jì)算中考慮對(duì)橋梁設(shè)計(jì)上的優(yōu)化，本文提到的關(guān)于焊接問題、橫向抗傾覆的問題以及施工人孔設(shè)置問題都需要設(shè)計(jì)人員注意，以此保障橋梁鋼結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高。

[1]TB10002.2-2005中華人民共和國(guó)鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

[3]盧永成，等.上海長(zhǎng)江大橋主航道橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].世界橋梁，2009（.A01）.14- 17.

[2]葉見曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2005.