談橋梁鋼結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)策略

1、<p>　　談橋梁鋼結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)策略</p><p>　　摘要：隨著公路橋梁建設(shè)的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)、高強(qiáng)，抗拉、抗壓性能強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，因而在我國(guó)橋梁建設(shè)中應(yīng)用十分廣泛，鋼結(jié)構(gòu)橋梁整體性能的好壞，與其整體設(shè)計(jì)密切相關(guān)。文章闡述了鋼結(jié)構(gòu)橋梁整體設(shè)計(jì)相關(guān)理念，基于關(guān)鍵技術(shù)，探討了橋梁整體設(shè)計(jì)策略。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：橋梁；鋼結(jié)構(gòu)；整體設(shè)計(jì) </p>&l

2、t;p>　　中圖分類號(hào)：K928文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　近年來，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，公路橋梁的建設(shè)也隨之得到了發(fā)展，在新時(shí)代發(fā)展的今天，人們對(duì)于公路橋梁的質(zhì)量也有了越來越高的要求。鋼結(jié)構(gòu)由于具有質(zhì)輕、剛度大、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在橋梁建設(shè)中，且取得了顯著的成績(jī)，例如南京三橋等。橋梁的建設(shè)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(shè)中，施工人員可以將型鋼與結(jié)構(gòu)鋼相互焊接，從而保證橋梁工程的質(zhì)量，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的承載力，充分發(fā)揮橋梁結(jié)構(gòu)的使用功能，延長(zhǎng)其使用壽命。 </p><p>　　一 結(jié)構(gòu)橋梁整體設(shè)計(jì)理念概述 </p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是質(zhì)量輕，強(qiáng)度高，并且具備其抗壓以及抗拉等相關(guān)優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)而言，其外觀更為直觀，強(qiáng)度等級(jí)更高。在我國(guó)，鋼結(jié)構(gòu)橋梁

4、應(yīng)用十分廣泛。因?yàn)樽鳛殇摻Y(jié)構(gòu)的施工而言，其施工周期短。鋼結(jié)構(gòu)橋梁主要應(yīng)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(duì)于現(xiàn)場(chǎng)交通不能較好地維護(hù)。②大跨徑海、江、河橋梁（長(zhǎng)江大橋、杭州灣大橋等），因?yàn)榇罂鐝降囊笙?，只能考慮鋼結(jié)構(gòu)，因?yàn)槿绻捎没炷两Y(jié)構(gòu)，根本滿足不了大跨徑要求。 </p><p><b>　　構(gòu)整體設(shè)計(jì)目標(biāo) </b></p><

5、;p>　　我國(guó)橋梁鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為100年，與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(BS5400，EURO CODE)基本一致。完整性設(shè)計(jì)的目標(biāo)是確保結(jié)構(gòu)在使用年限內(nèi)的可靠與安全。橋梁鋼結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)由荷載、材料性能、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)構(gòu)造、制造工藝、安裝方法、使用環(huán)境及維護(hù)方式等多種因素所確定。設(shè)計(jì)除對(duì)結(jié)構(gòu)、構(gòu)件連接及構(gòu)造細(xì)節(jié)按常規(guī)考慮強(qiáng)度、剛度要求外，尚需對(duì)損傷與損傷容限、斷裂與抗斷裂作出評(píng)定。 </p><p><b>

6、　　構(gòu)損傷及損傷容限 </b></p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)從材料加工過程到服役期不可避免的會(huì)在內(nèi)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(kuò)展與合并形成宏觀裂紋，導(dǎo)致材料和結(jié)構(gòu)力學(xué)性能劣化。對(duì)橋梁鋼結(jié)構(gòu)而言，完整性和損傷是相對(duì)應(yīng)的，損傷程度將會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的完整性帶來影響，損傷極限則是結(jié)構(gòu)的失效。而損傷容限是指鋼結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用周期內(nèi)抵抗由缺陷、裂紋或其他損傷而導(dǎo)致

7、破壞的能力。損傷容限概念的使用是承認(rèn)鋼結(jié)構(gòu)在使用前存在有初始缺陷，但可通過結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計(jì)方法評(píng)判帶缺陷或損傷的鋼結(jié)構(gòu)在服役期限內(nèi)的安全性。 </p><p>　　國(guó)內(nèi)橋梁鋼結(jié)構(gòu)因損傷導(dǎo)致局部破壞的實(shí)例近幾年時(shí)有發(fā)生，結(jié)構(gòu)損傷構(gòu)成了對(duì)橋梁安全與耐久最大的威脅。在引起設(shè)計(jì)者對(duì)焊接結(jié)構(gòu)損傷、損傷擴(kuò)展以及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)失效過程關(guān)注的同時(shí)，也引發(fā)了人們對(duì)如何保證橋梁鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體完整性的思考。 </p><p

8、>　　3、構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)的應(yīng)用 </p><p>　　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

9、，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。 </p><p>　　二 梁鋼結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)策略 </p><p>　　1、抗傾覆穩(wěn)定設(shè)計(jì) </p><p>　　在實(shí)際工作中，合理的采用鋼結(jié)構(gòu)能夠提高橋梁工程的質(zhì)量，增強(qiáng)其強(qiáng)度，但是在對(duì)一些小半徑、多車道的設(shè)計(jì)與施工中，設(shè)計(jì)師必須要對(duì)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(huì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)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(huì)直接導(dǎo)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(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師必須要對(duì)橋梁的跨度以及鋼梁的半徑、寬度進(jìn)行合理的計(jì)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(xì)砂，這樣可以有效提高整個(gè)橋梁的穩(wěn)定性。 </p><p>　　2、結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計(jì)要點(diǎn) </p><p>　　橋梁鋼結(jié)構(gòu)中因結(jié)構(gòu)受力需要焊接接頭型式也會(huì)有所不同，由于接頭微觀組織的不均勻性會(huì)導(dǎo)致與母材力學(xué)性能的差異；同時(shí)由于焊接殘余應(yīng)力焊接變形以及因構(gòu)造細(xì)節(jié)帶來的幾何應(yīng)力集中焊接缺陷等因素使焊接接頭成為控制部位，會(huì)對(duì)焊接結(jié)構(gòu)完整性帶來的影響在滿足常規(guī)設(shè)計(jì)要求和使用壽命的前提下應(yīng)考慮： &

12、lt;/p><p>　?、?針對(duì)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(cè)性要求。 </p><p>　　② 關(guān)鍵構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)遵循簡(jiǎn)潔傳力焊接可行不留死角方便安裝利于維護(hù)的原則。 </p><p>　?、?根據(jù)荷載環(huán)境細(xì)節(jié)按抗疲勞與抗斷裂要求作損傷分析和壽命評(píng)估。 </p><p>　?、?按焊接缺陷預(yù)防，焊接應(yīng)力與焊接變形焊接收縮

13、量的控制目標(biāo)確定制造工藝標(biāo)準(zhǔn)和焊接工藝評(píng)定要求。 </p><p>　?、?以損傷監(jiān)測(cè)和維護(hù)方法為內(nèi)容的使用維修要求。 </p><p><b>　　3、加勁肋設(shè)置 </b></p><p>　　加勁肋是在支座或有集中荷載處，為保證構(gòu)件局部穩(wěn)定并傳遞集中力所設(shè)置的條狀加強(qiáng)件。加勁肋的設(shè)計(jì)，通常很多人都認(rèn)為這方面是可有可無的，實(shí)際上必須通過設(shè)計(jì)計(jì)

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(shè)置距離由腹板厚度以及相關(guān)剪應(yīng)力來決定。當(dāng)豎向加勁肋仍然不能滿足要求時(shí)，可設(shè)置水平加勁肋，水平加勁肋是豎向加勁肋的補(bǔ)充形式。 </p><p>　　加勁肋的設(shè)置是因?yàn)樵袠?gòu)件截面的不足而用來增強(qiáng)抵抗彎矩和剪力的，因?yàn)樵O(shè)置加勁肋可以縮小原構(gòu)件截面大小，降低用鋼量，壓縮成本，所以在工程中，一般設(shè)置在原有構(gòu)件上起到增強(qiáng)抵抗彎矩和剪力的作用。 <

15、/p><p>　　4、鋼箱梁橫梁設(shè)計(jì) </p><p>　　當(dāng)橋梁主道設(shè)計(jì)過寬時(shí)，必須優(yōu)化車道鋼結(jié)構(gòu)寬箱梁，在設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)滿足其豎向計(jì)算要求，對(duì)于橫梁的跨徑，需要從支座間雙懸臂簡(jiǎn)支梁的計(jì)算中得知，在支座處可采取豎向加勁肋相關(guān)措施，當(dāng)豎向加勁肋不能滿足要求時(shí)，考慮橫向加勁肋，其計(jì)算措施與縱向計(jì)算措施相仿。 </p><p><b>　　5、結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算 <

16、/b></p><p>　　結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算是以邊孔采用單懸臂，中孔采用簡(jiǎn)支掛梁作為結(jié)構(gòu)的計(jì)算模式。將橋梁縱向劃分為多個(gè)單元，并對(duì)每個(gè)單元截面進(jìn)行編號(hào)，然后進(jìn)行項(xiàng)目原始數(shù)據(jù)輸入。輸入的數(shù)據(jù)信息有：項(xiàng)目總體信息、單元特征信息、預(yù)應(yīng)力鋼束信息、施工階段和使用階段信息。按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件對(duì)全橋結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算的內(nèi)容包括預(yù)應(yīng)力、收縮徐變及活載計(jì)算。橋臺(tái)處滑動(dòng)設(shè)支座，橋墩處設(shè)固定支座，碇梁與掛梁間存在主從約束，掛梁一

17、端設(shè)置固定支座，另一端設(shè)滑動(dòng)支座。牛腿計(jì)算是對(duì)預(yù)先設(shè)計(jì)好的牛腿尺寸和配筋分4個(gè)步驟進(jìn)行驗(yàn)算：①牛腿的截面內(nèi)力。求出截面內(nèi)力后對(duì)各種危險(xiǎn)截面進(jìn)行強(qiáng)度校核；②豎截面驗(yàn)算。按偏心受壓桿件驗(yàn)算抗彎和抗剪強(qiáng)度或按受彎桿件驗(yàn)算強(qiáng)度；③最弱斜截面驗(yàn)算。求得最弱斜截面位置后，按偏心受拉構(gòu)件驗(yàn)算此斜截面的強(qiáng)度；④45°斜截面的抗拉驗(yàn)算。 </p><p>　　6、施工人孔的設(shè)置 </p><p>

18、　　橋梁的整體設(shè)計(jì)中，其不可忽視的一環(huán)是人孔的設(shè)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(shè)。頂板施工人孔的具體位置可設(shè)置在1.5跨徑處，而腹板的施工人孔的具體位置必須設(shè)置在應(yīng)力相對(duì)薄弱的地方，比如簡(jiǎn)支梁，其腹板施工人孔可設(shè)置在跨中，而連續(xù)梁，必須精確計(jì)算剪力，選取剪力最小處。有時(shí)候人孔的設(shè)計(jì)不止一個(gè)，不能將所有人孔分布在相同斷面，采取錯(cuò)開設(shè)置。當(dāng)應(yīng)力較大的地方必須加設(shè)施工人孔，必須采取加強(qiáng)措施。 </p>

19、<p><b>　　結(jié)語 </b></p><p>　　綜上所述，我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的加快，帶動(dòng)了橋梁技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展，在當(dāng)前形勢(shì)下，橋梁鋼結(jié)構(gòu)的整體應(yīng)用也十分廣泛，主要是在設(shè)計(jì)過程中的優(yōu)化，才能確保橋梁鋼結(jié)構(gòu)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(qiáng)焊接形式的優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能保障橋梁鋼結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。 </p><p><b>

20、　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 萬莉：《國(guó)內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)存在的主要問題》，《江西建材》，2010年01期 </p><p>　　[2] 歐亞斌 鄭學(xué)倫：《關(guān)于橋梁鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)探析》，《中國(guó)新技術(shù)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(yīng)用》，《科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)》，2010年33期 </