摘要：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)優(yōu)化策略。

　　關(guān)鍵詞：橋梁; 鋼結(jié)構(gòu) ;整體設(shè)計(jì)

　　Abstract: The steel structure has the advantages of light weight, high strength, tensile, compressive property is strong wait for an advantage, thus in the bridge construction in our country is very broad application, steel structure bridge whole performance is good or bad, and its overall design is closely related to. The article elaborated the steel structure bridge overall design concept, based on the key technology, discusses the bridge overall design optimization strategy.

　　Key words: bridge; steel structure; overall design

　　中圖分類號(hào)：[TU997] 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)

　　0 引言

　　以前橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，并未對(duì)橋梁施工和營(yíng)運(yùn)期間可能遇到的問(wèn)題加以綜合考慮，致使我國(guó)目前的橋梁結(jié)構(gòu)普遍存在使用功能退化、病害突出、耐久性不足、服役壽命短等問(wèn)題，導(dǎo)致了橋梁服役期間維修費(fèi)用昂貴，產(chǎn)生了系列社會(huì)和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題在這種情況下，迫切要求橋梁在設(shè)計(jì)過(guò)程中就應(yīng)綜合考慮施工、營(yíng)運(yùn)、維修養(yǎng)護(hù)和管理等橋梁壽命期內(nèi)可能發(fā)生的一切問(wèn)題。中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的發(fā)展，近年來(lái)取得了驕人的成績(jī)，南京三橋、蘇通大橋、昂船洲大橋的建造，表明在大跨徑橋梁上鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯。橋梁是為滿足交通功能的建筑物，現(xiàn)代橋梁鋼結(jié)構(gòu)由結(jié)構(gòu)鋼加上單元經(jīng)焊(栓)連接組成為復(fù)雜的受力系統(tǒng)，有明確的承載安全和服役耐久性要求。

　　1 鋼結(jié)構(gòu)橋梁整體設(shè)計(jì)理念概述

　　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笙拢荒芸紤]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。

　　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)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。

　　1.2 鋼結(jié)構(gòu)損傷及損傷容限。 鋼結(jié)構(gòu)從材料加工過(guò)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(lái)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(guò)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。

　　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(guò)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。

　　2 橋梁鋼結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)策略

　　2.1橫向抗傾覆穩(wěn)定設(shè)計(jì)。 鋼結(jié)構(gòu)的橋梁普遍比較輕而且強(qiáng)度非常高，然而，在小半徑以及多車道設(shè)計(jì)時(shí)，其橫向抗傾覆是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)內(nèi)容。早前的橋梁施工中，由于設(shè)計(jì)原因，導(dǎo)致在施工過(guò)程中或者橋梁使用過(guò)程中發(fā)生橋體傾覆。因?yàn)檫B續(xù)鋼梁的半徑比較小，所以相對(duì)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(yōu)，弄不好橫梁外側(cè)支座受力增大，而內(nèi)側(cè)支座出現(xiàn)不受力，這樣橫梁受力極其不均勻，發(fā)生梁體的傾覆。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)合理的計(jì)算，來(lái)設(shè)計(jì)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(guī)范的條件下，增加多車道時(shí)的橋梁整體穩(wěn)定度。

　　2.2 焊接結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計(jì)要點(diǎn)。 橋焊接結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)是保障橋梁整體穩(wěn)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(yīng)力作用導(dǎo)致了母材結(jié)構(gòu)以及受力性能的不同，同時(shí)，在焊接過(guò)程中不能100%消除應(yīng)力，焊接應(yīng)力通常導(dǎo)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(shè)計(jì)要求。所以在橋梁整體設(shè)計(jì)中，必須考慮焊接接頭的設(shè)計(jì)，在滿足相干規(guī)范的前提下，必須做到：①因地制宜地選擇形式，并通過(guò)焊接性檢測(cè)要求來(lái)獲取靜力和疲勞等級(jí)，來(lái)決定焊縫相關(guān)形式。②在焊接設(shè)計(jì)中，必須詳細(xì)設(shè)計(jì)其關(guān)鍵細(xì)節(jié)，達(dá)到焊接中受力均勻，盡可能降低應(yīng)力。③在設(shè)計(jì)中必須考慮焊接檢測(cè)相關(guān)要求，必須以無(wú)損檢測(cè)等相關(guān)控制指標(biāo)來(lái)檢測(cè)焊縫質(zhì)量。

　　2.3 加勁肋設(shè)置。 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(wú)的，實(shí)際上必須通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算才能決定是否加勁肋。加勁肋與否，是有腹板的h0/δ的值來(lái)決定。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(lái)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。

　　加勁肋的設(shè)置是因?yàn)樵袠?gòu)件截面的不足而用來(lái)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，從而有效的降低用鋼量，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。

　　2.4 鋼箱梁橫梁設(shè)計(jì)。 當(dāng)橋梁主道設(shè)計(jì)過(guò)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。

　　2.5 施工人孔的設(shè)置。 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。

　　2.6 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算。 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。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　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(guò)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。

　　參考文獻(xiàn)：

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