關(guān)于橋梁鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計探析
2017-06-05
在橋梁設(shè)計領(lǐng)域，特別是關(guān)于橋梁施工和使用期安全性的問題還有許多可以改進的地方。結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要任務(wù)是選擇經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)方案，其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件和連接的設(shè)計，并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠性指標(biāo)以保證結(jié)構(gòu)的安全性。
1 橋梁設(shè)計的注意事項
1.1 應(yīng)該更加重視結(jié)構(gòu)的耐久性問題。國內(nèi)從上世紀(jì)90年代始重視了對結(jié)構(gòu)耐久性的研究，也取得了不少成果。這些研究大多是從材料和統(tǒng)計分析的角度進行的，對如何從結(jié)構(gòu)和設(shè)計的角度及如何以設(shè)計和施工人員易于接受和操作的方式來改善橋梁耐久性卻很少有人研究。而且，長期以來，人們一直偏重于結(jié)構(gòu)計算方法的研究，卻忽視了對總體構(gòu)造和細(xì)節(jié)處理方面的關(guān)注。結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計與常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計有著本質(zhì)的區(qū)別，目前需要努力將耐久性的研究從定性分析向定量分析發(fā)展。國內(nèi)外的研究和實踐都表明，結(jié)構(gòu)耐久性對于橋梁的安全運營和經(jīng)濟性起著決定性作用。
1.2 重視對疲勞損傷的研究。橋梁結(jié)構(gòu)所承受的車輛荷載和風(fēng)荷載都是動荷載，會在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力，不但會引起結(jié)構(gòu)的振動，還會引起結(jié)構(gòu)的累積疲勞損傷。 由于橋梁所采用的材料并非是均勻和連續(xù)的，實際上存在許多微小的缺陷，在循環(huán)荷載作用下，這些微缺陷會逐漸發(fā)展、合并形成損傷，并逐步在材料中形成宏觀裂紋。如果宏觀裂紋不得到有效控制，極有可能會引起材料、結(jié)構(gòu)的脆性斷裂。早期疲勞損傷往往不易被檢測到，但其帶來的后果往往是災(zāi)難性的，故而對疲勞損傷的研究需要引起足夠的重視。
1.3 充分重視橋梁的超載問題。橋梁的超載一方面可能引發(fā)疲勞問題。超載會使橋梁疲勞應(yīng)力幅度加大、損傷加劇，甚至?xí)霈F(xiàn)一些超載引發(fā)的結(jié)構(gòu)破壞事故。另一方面，由于超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù)，將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)生變化，從而可能危害橋梁的安全性和耐久性。因此需要對超載帶來的后果進行研究、分析。
1.4 積極借鑒國外的經(jīng)驗和成果。國內(nèi)橋梁設(shè)計存在的主要問題是結(jié)構(gòu)正常使用性能差、耐久性和安全性差（包括使用壽命短、維護費用高、安全事故較頻繁等）。這些問題的產(chǎn)生固然與目前國內(nèi)施工質(zhì)量和管理水平較低有關(guān)，但平心而論，既然這種現(xiàn)狀不能在短期內(nèi)得到解決，那么作為工程設(shè)計人員就應(yīng)該在正視這一問題的前提，充分考慮到現(xiàn)階段的施工和管理水平和材料工藝水平，采用適當(dāng)?shù)陌踩取⑦m當(dāng)?shù)脑O(shè)計方法來保證橋梁使用性能的達到，這才是更為主動和有效的方法。特別是橋梁存在的耐久性和安全性問題很多與結(jié)構(gòu)體系或使用材料選擇不合理及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)處理不當(dāng)有關(guān)。
2 橋梁鋼結(jié)構(gòu)整體設(shè)計策略
2.1 橫向抗傾覆穩(wěn)定設(shè)計。鋼結(jié)構(gòu)的橋梁普遍比較輕而且強度非常高，然而，在小半徑以及多車道設(shè)計時，其橫向抗傾覆是當(dāng)前研究的熱點內(nèi)容。早前的橋梁施工中，由于設(shè)計原因，導(dǎo)致在施工過程中或者橋梁使用過程中發(fā)生橋體傾覆。因為連續(xù)鋼梁的半徑比較小，所以相對而言，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)計過程中，通過合理的計算，來設(shè)計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，增加多車道時的橋梁整體穩(wěn)定度。
2.2 焊接結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計要點。橋焊接結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計是保障橋梁整體穩(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，在焊接過程中不能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)計要求。所以在橋梁整體設(shè)計中，必須考慮焊接接頭的設(shè)計，在滿足相干規(guī)范的前提下，必須做到：因地制宜地選擇形式，并通過焊接性檢測要求來獲取靜力和疲勞等級，來決定焊縫相關(guān)形式；在焊接設(shè)計中，必須詳細(xì)設(shè)計其關(guān)鍵細(xì)節(jié)，達到焊接中受力均勻，盡可能降低應(yīng)力；在設(shè)計中必須考慮焊接檢測相關(guān)要求，必須以無損檢測等相關(guān)控制指標(biāo)來檢測焊縫質(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)置的條狀加強件。加勁肋的設(shè)計，通常很多人都認(rèn)為這方面是可有可無的，實際上必須通過設(shè)計計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)力來決定。當(dāng)豎向加勁肋仍然不能滿足要求時，可設(shè)置水平加勁肋，水平加勁肋是豎向加勁肋的補充形式。
加勁肋的設(shè)置是因為原有構(gòu)件截面的不足而用來增強抵抗彎矩和剪力的，因為設(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)件上起到增強抵抗彎矩和剪力的作用。
2.4 鋼箱梁橫梁設(shè)計。當(dāng)橋梁主道設(shè)計過寬時，必須優(yōu)化車道鋼結(jié)構(gòu)寬箱梁，在設(shè)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(guān)措施，當(dāng)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。
2.5 施工人孔的設(shè)置。橋梁的整體設(shè)計中，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)力相對薄弱的地方，比如簡支梁，其腹板施工人孔可設(shè)置在跨中，而連續(xù)梁，必須精確計算剪力，選取剪力最小處。有時候人孔的設(shè)計不止一個，不能將所有人孔分布在相同斷面，采取錯開設(shè)置。當(dāng)應(yīng)力較大的地方必須加設(shè)施工人孔，必須采取加強措施。
2.6 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算。結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算是以邊孔采用單懸臂，中孔采用簡支掛梁作為結(jié)構(gòu)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(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)件對全橋結(jié)構(gòu)安全性進行驗算，計算的內(nèi)容包括預(yù)應(yīng)力、收縮徐變及活載計算。橋臺處滑動設(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)滑動支座。
3 結(jié)語
我國基礎(chǔ)建設(shè)的加快，帶動了橋梁技術(shù)的長足發(fā)展，在當(dāng)前形勢下，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，加強焊接形式的優(yōu)化設(shè)計，才能保障橋梁鋼結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。
參考文獻
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