对现代桥梁钢结构完整性设计的探究

【摘要】随着经济和社会的快速发展，我国的钢结构桥梁施工建设项目越来越多。在道路桥梁钢结构设计施工中需要做好钢结构完整性的设计。通过科学的完整性设计保证钢结构桥梁的质量，以保障行人及车辆的通行安全。本文将对现代桥梁钢结构完整性设计进行探究。

【关键词】桥梁；钢结构完整性设计；探究;分析 中图分类号： tu391 文献标识码： a 文章编号： 1桥梁设计概述

桥梁是道路的重要组成部分。在历史上，每当运输工具发生重大变化，对桥梁在载重、跨度等方面提出新的要求，便推动了桥梁工程技术的发展。在19世纪20年代铁路出现以前，造桥所用的材料是以石材和木材为主，铸铁和锻铁只是偶尔使用。在漫长岁月里，造桥的实践积累了丰富的经验，创造了多种多样的形式。但现今使用的各种主要桥式几乎都能在古代找到起源。在最基本的三种桥式中，梁式桥起源于模仿倒伏于溪沟上的树木而建成的独木桥，由此演变为木梁桥、石梁桥、直至19世纪的桁架梁桥；悬索桥起源于模仿天然生长的跨越深沟而可资攀援的藤条而建成的竹索桥，演变为铁索桥、柔式悬索桥，直至有加劲梁的悬索桥；拱桥起源于模仿石灰岩溶洞所形成的“天生桥”而建成的石拱桥，演变为木拱桥和铸铁拱桥。在有了铁路以后，木桥、石桥、铁桥和原来的桥梁基础施工技术就难于适应需要。但到19世纪末叶，由于结构力学基本

知识的传播、钢材的大量供应、气压沉箱应用技术的成熟，使铁路桥梁工程获得迅速发展。20世纪初，北美洲曾在铁路钢桥跨度方面连创世界纪录。第二次世界大战后,大量被破坏的桥梁急待修复,新桥急需修建，而造桥钢材短缺，于是，利用30年代以来所积累的关于高强材料和高效工艺（焊接、预应力张拉及锚固、高强度螺栓施工工艺等）的经验，推广了几种新型桥：用正交异性钢桥面板的箱形截面钢实腹梁桥，预应力混凝土桥和斜张桥。60年代以来，汽车运输猛增，材料供应缓和，科学技术迅猛发展，桥梁工程又在提高质量、降低造价、降低桥梁养护费等方面获得了很大改进。随着经济和科学技术的快速进步和发展，当前道路桥梁建设设计中越来越多的采用钢结构桥梁。

2 现代桥梁钢结构完整性设计探究 2.1 桥梁钢结构完整性设计

在桥梁钢结构完整性设计中需要通过科学的手段和理论支持下进行，充分考虑桥梁所处环境和使用特点，从而保证桥梁设计的安全性和科学性。主要包括以下几个方面：

(1)钢结构轴心受拉构件设计。对部分钢结构，常以未变形的结构作为计算图形进行分析，所得结果足够精确。此时所得的变形与荷载间呈线性关系，这种分析方法称为几何线性分析，也称为一阶分析。而对桥梁钢结构，则必须以变形后的结构作为计算依据来进行内力分析，否则所得结果误差就较大。这时，所得的变形与荷载间的关系呈非线性分析。这种分析方法称为几何非线性分析，也称

为二阶分析。以变形后的结构作为计算依据，并且考虑材料的弹塑性（材料非线性）来进行结构分析，就是二阶弹塑性分析。由于结构、构件或截面的延性是指从屈服开始至达到最大承载力或达到以后而承载力还没有显著下降期间的变形能力，也就是说，延性是反映结构、构件或截面的后期变形能力。延性差的结构、构件或截面，其后期变形能力小，在达到其最大承载力后会突然发生脆性破坏，这是要避免的。因此，在工程结构设计中，不仅要满足承载力要求，还要满足一定的延性要求，其有利于吸收和耗散地震能量，满足抗震设计方面的要求。对于有抗震设防的结构，抗震性能主要取决于结构所能吸收的地震能量，它等于结构承载力和变形能力的乘积，就是说，结构的耐震能力是由承载力和变形能力两者共同决定的。因此，在抗震设计中，应考虑和利用结构的变形能力(延性)以及耗散地震能量的能力，防止脆性破坏和在超静定结构中，能更好的适应地基不均匀沉降以及温度变化等特殊情况，使超静定结构能够充分的进行内力重分布，便于施工，节约钢材。

（2）钢结构设计中需要考虑水平载荷对结构产生的作用。桥梁钢结构在水平荷载的作用下，结构一定要发生剪切变形和弯曲变形。剪切变形是由剪力引起的，剪力就是水平荷载的直接累积，就是说剪力是上部小下部大，所以剪力结构的加强部位是在底部，加强水平筋提高其抗剪能力，防止剪力破坏。这就是说水平荷载的一条传递途径是直接通过剪力传递。而弯曲变形则是由于水平荷载引起的倾覆弯矩所引起，倾覆弯矩会造成结构一侧受拉，一侧受压，

这就是说水平荷载通过结构整体弯曲变形使得水平荷载变成了竖向力。所以无论是竖向荷载还是水平荷载，最后都要以剪力和轴力的形式传递到结构底部，这就是为什么结构加强部位在底部的原因了。在钢结构桥梁完整性设计中 “强剪弱弯”是抗震设计中对结构延性的基本要求之一，钢筋混凝土受弯构件有两种破坏可能：弯曲破坏和剪切破坏。发生弯曲破坏时，钢筋屈服后形成塑性铰，从而具有塑性变形能力，构件表现出很好的延性。而发生剪切破坏时，其破坏形态是脆性的或延性很小，不能满足延性的设计要求。因此，抗震设计时要求构件的抗剪能力大于抗弯能力，即强剪弱弯。钢结构全截面焊接腹板与翼缘都焊接，腹板传递剪力和翼缘传递弯矩都能实现。只是节点形式应有所改进：一是不方便施工；二是容易引起焊缝应力集中,对结构安全产生影响。可以改成腹板螺栓连接，上下翼缘焊接形式；或是全改成螺栓连接形式。在结构的抗震设计中，耦联是指平扭耦联，它由于结构的刚心和质心不重合，在水平地震作用下，结构会产生扭转。对于体形规则，结构抗侧力构件基本对称布置的结构，其刚心和质心偏离不是很大，平扭耦联不太严重，此时可以不考虑平扭耦联，振型组合采用srss方法即可。对于体形不规则的结构，其刚心和质心偏离较大，此时则必须考虑平扭耦联，振型组合则相应采用cqc法，振型数应取9－18个或更多，具体振型数取值多少可根据振型质量定，其原则为：使所取的振型质量的百分比大于90％。在结构设计中，应尽量避免平扭耦联严重的情况。

2.2桥梁钢结构完整性施工

在桥梁钢结构完整性设计完成后施工人员需要做好施工工作，主要包括：

（1）做好施工缝的处理工作。因施工组织需要而在各施工单元分区间留设的缝。施工缝并不是一种真实存在的“缝”，它只是因后浇注混凝土超过初凝时间，而与先浇注的混凝土之间存在一个结合面，该结合面就称之为施工缝。因混凝土先后浇注形成的结合面容易出现各种隐患及质量问题，因此不同的结构工程对施工缝的处理都需要慎之又慎。受到施工工艺的，按计划中断施工而形成的接缝，被称为施工缝。混凝土结构由于分层浇筑，在本层混凝土与上一层混凝土之间形成的缝隙，就是最常见的施工缝。所以并不是真正意义上的缝，而应该是一个面。

（2）做好钢结构的焊接。钢结构尤其是焊接结构，由于钢材、加工制造、焊接等质量和构造上的原因，往往存在类似于裂纹性的缺陷。脆性断裂大多是因这些缺陷发展以致裂纹失稳扩展而发生的，当裂纹缓慢扩展到一定程度后，断裂即以极高速度扩展，脆断前无任何预兆而突然发生，破坏。这种焊缝是一种安装焊缝，不可能满焊，更不可能用做主要受力焊缝。钢板的层状撕裂一般在板厚方向有较大拉应力时发生.在焊接节点中，焊缝冷却时，会产生收缩变形。如果很薄或没有对变形的约束，钢板会发生变形从而释放了应力。在约束很强的区域，由于焊缝收缩引起的局部应力可能数倍于材料的屈服极限，致使钢板产生层状撕裂。钢结构在一处连接

中通常只用一种连接手段，即或用焊接、或用铆接，或用螺栓连接焊缝的变形能力不如螺栓连接，侧面角焊缝的极限变形大约相当于有预拉力的高强螺栓连接滑动结束时的变形。因此，当焊接和高强螺栓一起用时，连接所能承受的极限荷载大约相当于焊接的极限荷载加上螺栓连接的抗滑荷载。由此可见把普通螺栓和焊缝用在同一个剪面上显然是不适宜的，另一方面，正面角焊缝的延性很低，不宜和高强螺栓共用。焊缝和高强螺栓在承受静力荷载时能够较好地协同工作，但在承受产生疲劳作用的重复荷载却并不如此。混合连接的疲劳寿命和仅有焊缝地连接差不多。焊缝和高强螺栓共用时，还有一个施工程序问题。如果先施焊而后上紧螺栓，板层间有可能因焊接变形而产生缝隙，拧紧时不易达到需要的预拉力。如果先上紧螺栓而后施焊，高温可能使螺栓预拉力下降，合理的办法是对螺栓初拧至设计预拉力的60%，再行施焊，焊后对螺栓终拧。 3结语

随着科学技术的快速发展，桥梁钢结构设计新理念和新工艺越来越多。在桥梁钢结构设计时需要根据桥梁工程的具体特点进行，从而能够保证工程质量，保障桥梁工程在以后使用中的安全性和高效性。

【参考文献】

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