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摘要：随着现代化进程不断加快，人们对桥梁建设要求日益提高。钢结构轻质、高强、抗压性能强，被广泛应用于桥梁建设中。钢结构桥梁整体性能的好坏，与其整体设计密切相关。本文阐述了钢结构桥梁整体设计理念，探讨了桥梁整体设计优化策略，以期为桥梁钢结构设计工作提供有建设性的思路。
关键词：现代桥梁；钢结构；整体设计；优化
钢结构桥梁，是指桥梁的上部承重受力部分由钢材制成。钢结构桥梁是复杂的受力系统，在桥梁工程中占有较高的应用比重。目前，我国现代钢结构桥梁建设已取得一定成就，大跨径桥梁上钢结构的优势也逐渐明显，例如南京三桥、昂船洲大桥等。钢结构桥梁的钢板，大多采用低合金钢，钢梁型式为肋板梁、箱梁、桁架梁和叠合梁。在当前桥梁工程建设的需求下，强化桥梁钢结构整体设计，规范现代桥梁工程建设的质量标准，成为建设现代桥梁的重要任务。
一、桥梁钢结构整体设计概述
钢结构具备轻质、高强度的优质特性与优点，并且其抗压性与抗拉性能较好。同时钢结构施工周期短，因此钢结构在桥梁建筑领域的应用十分广泛，主要集中在城市立交桥的交通要道处与大跨径桥梁中。若采用混凝土桥或混凝土结构，不仅会增加施工周期，同时还难以满足城市立交桥段或大跨径桥梁的建设要求。桥梁钢结构整体设计的好坏，不仅需要在设计时规划清楚具体的设计目标，同时还需要对钢结构损伤及其损伤容限进行分析。
（一）设计目标
桥梁钢结构整体设计具备明确的目标，其目标在于保证钢结构在使用年限内具备安全性与稳定性。在国际标准中，桥梁钢结构的整体设计，需要涉及到荷载、材料性能、结构细节构造、维护等多种因素，还包括外在使用环境因素，整体使用年限通常为100a。在整体设计中，不仅需要考虑到结构、构件、强硬度等细节与要求，同时需要对钢结构损伤及损伤容限、断裂与抗断裂进行判定，以此保证桥梁钢结构的整体性。因此，桥梁钢结构的整体设计过程中，应当具备明确的设计目标，不仅需要确保设计在有效的使用年限内，同时还应遵循国际相关标准，各环节的设计也应当符合测试标准，并以此为设计准则。在设计过程中，应当以桥梁的稳定性与安全性为设计理念，内部的设计材料需要能经历外部各种环境的侵蚀与影响，确保钢结构桥梁在有效使用期限内，保持其稳定性与安全性能。
（二）钢结构损伤及损伤容限
通过工程材料学可知，在一定的期间范围内，材料若受到外部因素的压力与影响，其内部也会产生相应结构的变化。将此理念应用于钢结构桥梁中，也是相同的道理。在桥梁建设中或者使用过程中，若钢结构长期外部条件的压力与干扰影响，例如大风、雨水侵蚀、阳光暴晒、日夜温差影响、车辆碾压或者人为破坏等等。在外部自然环境与人为因素的压力影响下，钢材料性能必然也会不可避免下降，长期以往桥梁也容易产生裂纹，甚至逐渐会引发断裂的可能性。这样的情况下，设计者在进行桥梁钢结构整体设计时，还必须结合钢材料的损伤与损伤容限。钢材料损伤程度及其损伤容县，通过实际数据与相关参数计算才可得出。在得出钢结构损伤容限的数据值与失效年份后，相关设计人员以及施工人员应做好加强巩固工作，以确保桥梁钢结构能在有效期限内有效抵御外部压力影响与破坏，保护桥梁结构的完整性。
二、桥梁钢结构整体设计优化
（一）焊接结构设计优化
桥梁钢结构整体设计中，焊接结构涉及的因素较其他环节更多，例如涉及到母材结构、材料质量、受力均衡程度等。在上述因素的作用下，焊接结构容易产生问题，进而直接影响桥梁的安全性，因此优化桥梁整体设计，首先需要对焊接环节进行优化。在焊接结构中，需要注意焊接的接头形式及其工艺特点。如若在焊接时出现焊接应力，则焊件便会出现局部的变形损坏，而焊接头处也会在应力作用下出现损伤。因此，在优化桥梁整体设计时，需要及时分析焊件的结构，结合焊件实际规格进行焊缝工作。可采用H型钢焊接与T型钢焊接（已组立成H型），在焊接过程中夹住翼板避免接头变形，十字形焊接采用门型埋弧自动焊，加长导电嘴，船形焊位置焊接（如图1所示）。同时，要求设计者具备专业的焊接操作知识，定期测试其疲劳程度与精力，并且能在充分计算确定焊接的准确位置，焊接各部分要求受热均匀。此外，在焊料与母料焊接时，设计者也需要通过相关参数，确保焊接环节的高质量进行。
（二）横向抗倾覆问题优化
设计者在桥梁钢结构整体设计中，需要注重其横向抗倾覆。在钢结构设计过程中，通常会采用更加轻质、硬度更强的设计方案。在施工时曾出现桥体倾覆状况，因此在其横向抗倾覆问题上，设计者需要加大对其研究，要注重结合实际数据，对桥体进行计算，并确认横梁的偏心受力程度。
（三）施工人孔设置优化
在桥梁整体设计中，还需要注重人孔设置环节方面的问题。现代桥梁的人孔设计，通常都设置在桥梁箱梁顶或腹板上，主要在于为桥梁施工者提供便利。在桥梁钢结构的整体设计中，对于数量人孔设计，应尽可能将人孔分散放置于各个断面，避免过于集中，难以发挥作用。同时，设计人孔位置时，不应将其设置在应力集中的位置，若一旦放置在应力较大的部位时，应及时加强巩固，预防其松懈或断裂。此外，设计者需要在放置前期做好相关的测量与计算工作，以便在放置人孔时能确认其位置。在桥梁腹板区域放置人孔时，也需要放置在应力较为薄弱的区域，可以放置在跨中的部位，连续梁应计算出剪力，并且放置在剪力最小的部位。在桥梁顶板部位，应将人孔放置在1.5跨径处。
（四）加劲肋设置优化
加劲肋是为了保证构件的局部稳定，承担传送集中力所设置的条状加强件，在桥梁支座或负荷较重的地方设置。在桥梁钢设计中，加劲肋在不同桥梁中，起到的作用是具有针对性的，而设计者往往也需要通过具体的考察、参数数据分析后，才可确定是否加以设计加劲肋，通常要由腹板的h0/δ值来决定。设置加劲肋可以缩小原构件截面大小，降低用钢量，节约桥梁建设资金。当原有构件截面存在不足时，需要加劲肋增强抵抗弯矩和剪力。在确定需要加劲肋的情况下，通常会先选择竖向加劲肋，水平加劲肋是竖向加劲肋的辅助，并且要由腹板厚度与剪应力来决定其设置距离。然而，为了确保桥梁建设的完整性与功能性，设计者还是需要针对桥梁的不同，选择最适当的加劲肋形式。
图1 H型钢结构焊接工艺
（五）钢箱梁横梁设计优化
在桥梁钢结构整体设计中，当桥梁主道设计过宽时，则需要对车道钢结构宽箱梁进行优化。首先，在整体的设计过程中，应当需要满足其竖向计算要求。而横梁跨径方面，则需要由支座间双悬臂简支梁计算中得出。在支座处，设计者或施工者需要通过竖向加劲肋的方式进行设计与施工。在竖向加劲肋无法继续满足其需求时，还可通过横向加劲肋的形式，为竖向加劲肋充当辅助。
（六）结构内力计算环节优化
桥梁钢结构设计中，结构内力计算，通常结构内力计算是，以中孔采用简支挂梁，通过边孔采用单悬臂的计算模式。需要将将桥梁以纵向划分的形式，分为多个单元，同时加以有序的编号排列，并且对不同分类进行数据输入，输入的数据信息包括项目总体信息、单元特征信息、预应力钢束信息、施工阶段和使用阶段信息。还需要按全预应力构件，测试桥梁结构的稳定性能。测试内容应包含预应力、收缩徐变及活载计算。桥台处与桥墩处分别设置滑动支座与固定支座，碇梁与挂梁中间具有主从限制，挂梁两端分别设置固定支座与滑动支座。
三、结束语
综上所述，桥梁钢结构整体设计，需要结合桥梁实处环境加以实地考察，同时注重桥梁每个环节的受力情况，再通过相关参数深入研究，才能不断优化。而桥梁钢结构整体设计中，焊接、横向抗倾覆、施工人孔设置三方面，还需设计者加以研究，以确保桥梁钢结构设计的完整性。
参考文献
[1]张玉.研究分析建筑钢结构的设计方法与设计要点[J].建筑工程技术与设计，2015，12（17）：355.
[2]卢永成.上海长江大桥主航道桥设计要点[J].世界桥梁，2009.
论文作者:赵宝岩
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第13期
论文发表时间:2017/10/10
标签：桥梁论文; 钢结构论文; 损伤论文; 支座论文; 结构论文; 设计者论文; 应力论文; 《建筑学研究前沿》2017年第13期论文;