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摘 要：
随着我国经济的快速发展,国家加快了公路、桥梁等基础设施的建设步伐,钢结构桥梁越来越多得出现在工程建设中.但是近几年国内外发生的多起桥梁钢结构破坏事故引起设计者对焊接结构安全性能的关注,同时也引发了对如何保证桥梁钢结构完整性的思考.本文通过分析钢结构完整性设计的理念以及桥梁钢结构损坏的主要表现,探讨研究了桥梁钢结构完整性设计的方法.
前言
随着国民经济的快速发展,国家加快了钢结构桥梁工程的建设步伐,钢结构不仅运用在桥梁工程中,在其它一些建设工程中也得到了广泛的应用.随着钢结构应用的增加,钢结构本身的质量对于工程安全也就显得尤为重要.在现代桥梁设计中,钢结构不仅是桥梁美观的保证,同时也是保障桥梁质量的关键.大部分桥梁设计人员注重对钢结构中焊接结构质量的研究,却忽略了对钢结构整体性的思考与研究.近年来,国内外发生的多起桥梁钢结构破坏事件,也引发了桥梁设计者对钢结构整体性的进一步研究.
1.钢结构完整性设计理念
桥梁作为满足交通功能的重要建筑物,在现代的交通建设具有重要的连接作用.现代桥梁的钢结构主要是由结构钢单位经过焊接形成完整的承重建构,其受力系统复杂,要求的安全系数高,有明确的服役期限与耐久性要求.
桥梁设计者需要根据严格的设计规范设计出满足强度、刚度、稳定性以及耐久性要求的桥梁,但在桥梁的实际使用中,钢结构仍会因为先天的设计缺陷或是各类事故而出现损坏.产生损坏的原因众多,一些桥梁损坏均是由于钢结构局部破坏造成的,在引起设计者对于局部焊接结构损伤、损伤扩展以及结构系数失效过程关注的同时,也引发了对于如何保证桥梁钢结构完整性设计的思考.桥梁钢结构的完整性设计一方面应考虑结构本身的强度与稳定性要求,另一方面又要对关联耐久的损伤和断裂进行相应的研究,即要同时从两方面考虑并能保证钢结构的使用要求,具有系统性、整体性以及综合性的特点.完整性设计的目标主要是确保结构在年限内可靠与安全地使用.而对于桥梁钢结构的完整性设计而言,主要应考虑荷载、结构细节构造、材料性能、制造工艺、安装方法、结构维护以及使用环境等多方面的影响因素,完整性设计不仅对于结构及构件的强度、刚度等有严格的要求之外,还需要对损伤及损伤容限、断裂及抗断裂做出具体的评定.
2.桥梁钢结构损伤的主要表现
随着焊接技术以及高强度材料在桥梁钢结构中的广泛使用,焊接工艺的缺陷以及材料缺陷逐渐成为了桥梁设计者关注的焦点.桥梁钢结构的损伤在材料、工艺以及使用过程中均有发生,具体的损伤表现有以下几类：
2.1材料的损伤主要是由于原材料在冶炼或轧制过程中带来的缺陷,如非金属混杂物等.当有缺陷的材料参与焊接热过程时,就极易出现层状撕裂等问题.
2.2在焊接过程中由于金属结晶而使热影响区的材料的力学性能劣化,材料的强度增强而韧性降低.设计者应注意焊缝密集或焊缝尺寸偏大对材料性能的不良影响.
2.3由于焊接工艺缺陷儿出现裂纹、未熔合、夹渣、咬边等焊接缺欠.钢结构中的短焊缝由于缺欠较多,常会导致钢结构疲劳裂纹.
2.4桥梁钢结构损伤最多的区域为结构的几何应力集中区,统计表明,桥梁钢结构因细节设计不良而出现焊接裂纹的情况占出现焊接裂纹总数的46%,因此细节设计是控制钢结构损伤的重点.
2.5桥梁在服役过程中往往会受到自然环境因素的不断影响,加之几何应力的集中叠加使得钢结构损伤进一步扩展,严重威胁到桥梁的安全使用.
3.桥梁钢结构的完整性设计方案
3.1横向抗倾覆的稳定性设计
钢结构的桥梁通常情况下都具有重量轻强度大的特点,对于一些小半径及多车道的钢结构桥梁而言,其横向抗倾覆的稳定性设计则成为了设计师研究的重点.倾斜的原因是由于连续桥梁的半径较小从而使横梁两侧受力不均匀,这样就极有可能出现桥体的倾斜.因此,桥梁设计者在设计过程中应严格计算横梁的受力情况,不仅要保证桥梁的正常荷载,还应保证桥体受力均匀.
3.2焊接结构上的完整性设计
桥梁焊接结构的完整设计是保证桥梁稳定性、完整性及安全性的重要环节,在实际的焊接过程中,应根据不同部位的焊接要求及钢结构受力情况进行相应的调整.焊接结构中接头部位的应力作用将会影响到钢结构的受力性能,同时接头受到应力作用会产生形变,并会出现大量的缺陷而影响到桥梁的完整性设计.
因此在整个焊接结构的完整性设计中应着重关注各个接头的焊接情况.在焊接结构的完整性设计中,应有针对性得选择合适的焊接形式,关注焊接的关键细节部位,并严格依据标准进行焊接质量检测.
3.3加劲肋部位的完整性设置
加劲肋是桥梁集中符合的部位,处于桥体的底座位置,加劲肋良好的稳定性是保证桥梁正常使用的基础之一.
为保证构件的稳定性,并作为集中力去传送,常常会在加劲肋部位设置相关的加强部件.加劲肋的设计应充分考虑计算结果,如果原构件的截面积明显不足,就可以通过加劲肋的设置来增强抵抗弯矩力及剪切力的能力,并降低用钢量,减少建设成本.