摘要：由于钢结构的抗压性能较为突出，在桥梁建设时经常会选取钢结构进行设计施工。文章阐述了钢结构的完整性设计理念，针对桥梁钢结构损伤表现形式进行相应的研究，提出了桥梁钢结构完整性设计方法，从而确保桥梁结构的完整性并最大限度地提升桥梁的质量。
关键词：钢结构桥梁；完整性；设计方法
引言
随着路桥工程技术的发展，当前最常见的、成熟的钢结构桥梁，是把标准的钢单元以焊接的方式进行连接，从而构成一个整体的受力系统，保证对各类交通工具的安全承载，同时具备一定的耐久年限。设计人员最关注的是桥梁是否具备足够的强度、刚度以及稳定度，但在现实情况中，依然有不少钢结构桥梁在使用期间发生各类故障。所以，桥梁的设计者和建造者应该充分分析此类安全威胁因素，对其钢部件的焊接损伤进行研究，探讨焊接损伤扩展的机理以及对桥梁主体性能的影响。并且，也应关注如何确保钢结构的完整性。
1钢结构的完整性设计理念
桥梁的产生是为了解决人们道路交通障碍确保交通便利。当前常见的钢结构桥梁，基本都是由不同的钢结构单元通过螺栓或者焊接处理进行有效连接的一个规模庞大的受力系统，该系统在承载性能以及使用寿命上有着严格的标准。设计人员在进行相关的设计时会严格遵守相关法律或者行业的规定，确保桥梁强度、刚度以及其安全稳定性符合人们的需求，尽管如此，在桥梁不断地接受荷载的过程中，仍会产生不同程度的结构损坏。这样看来，桥梁结构的安全性能以及使用寿命的长短并不是完全由其承载力决定的，破坏桥梁结构的因素有多种，应当综合分析。近十几年来，大多数的桥梁事故都是由于结构的局部损伤逐渐扩大至整个桥梁的，但是对于桥梁整体结构来说局部的损伤表现并不明显，及时发现产生损伤也缺乏较为有效的措施进行修复，所以一旦桥梁出现了局部损伤在缺少相应的补救措施的情况下，在使用过程中损伤也会逐渐扩展，最终造成整体结构的损坏。多起桥梁事故的发生不仅引起了设计人员对局部损伤以及损伤扩展等方面的思考，也让更多的设计人员转向对整体结构完整性的设计。而这类事故的发生，在引起设计者对焊接结构损伤、损伤扩展和结构系统失效过程关注的同时，也引起了设计者对如何保证桥梁钢结构系统完整性的设计。钢结构桥梁的完整性设计通常涉及两方面的内容：（1）设计时满足桥梁强度及刚度的相关要求；（2）充分考虑局部损伤及断裂等问题进行相关设计。该过程应当充分考虑两方面要求，确保所设计的桥梁是一个完整统一的系统。
2桥梁钢结构损伤表现形式
随着科学技术的不断进步，人们的认知水平也在不断的提升，对于关系到广大人民群众出行安全的桥梁建设方面，设计工作者会选取高强度的材料，将设计的重点转移到施工工艺损伤以及所选材料对于损伤所展现出来的反映。通常情况下，桥梁结构在施工及使用的过程中可能出现的主要问题包括了以下几个方面：第一，杂质问题。在进行桥梁结构建设的过程中，材料使用特别是非金属材料的使用过程中会有大量的杂质出现。第二，功能问题。在对钢结构进行焊接时，如果金属结晶处理不当，就有可能致使焊接部位的功能出现下降，给整个工程造成一定的隐患。第三，损伤问题。焊接的时候，如果焊接工人操作不当或是技术水平有限，就有可能导致出现焊接损伤，甚至导致疲劳裂纹的出现。第四，细节问题。桥梁钢结构设计工作是一项复杂的工作，涉及到很多的细节设计工作，一旦未能做好，就有可能造成结构损伤。第五，环境问题。这项问题的出现多是由于桥梁所处地理区域的外部环境发生大的变化所引起的，并且一旦出现环境问题，对于桥梁钢结构造成的损害时非常巨大的。
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3桥梁设计中钢结构的完整性设计方法
3.1规范及受力情况
通常，以钢结构为主体的桥梁与其他结构相比，具有强度高和重量轻的优势，当面对较为特殊路况的时候，如超宽多车道以及小半径道路的设计时，怎样才能保证桥梁的横向抗倾覆性能，是设计人员必须考虑的一个问题。如果在钢结构桥梁的设计与建造中，由于一些环节的失误而使得桥梁在受力不均衡时发生倾斜，则很容易引发较大的事故。究其原因，桥梁的半径并不大，其跨度往往很大，如果桥梁的桥面宽度超过了钢梁的宽度，则桥梁的荷载性能就会减弱，在极端情况下，桥梁的横梁外侧支座受力会迅速上升，而内侧受力却很微小，不平衡的受力会带来桥梁的倾斜，进而发生事故。桥梁的设计人员应结合各类标准数据进行精密的安排和计算，以使桥梁的横梁在受力上能够处于正常可接受范围。一方面能够实现桥梁的荷载指标，另一方面也能够使桥梁的受力达到基本平衡。横向抗倾覆问题在钢结构桥梁横向失稳的事故中占有很大的比重，也成为影响桥梁安全的首要问题。在JTGD60－2004《公路桥涵设计通用规范》中，并未明确说明桥梁横向稳定性和桥梁结构之间的关系，仅在相关条目中禁止了桥梁设计中的支座脱空问题。因为钢材具备天然的高强度特性，钢梁的截面一般具备足够的刚度，表现出优异的受力性能，但是在桥梁发生偏离中心的超载交通工具时，很容易造成桥梁整体的稳定性被破坏，从而增大了倾覆的风险。而这种风险的危害性要明显大于桥梁由于抗弯、抗剪能力受到破坏而导致的危害。所以，全面分析钢结构桥梁的倾覆原因，确定不同因素是如何互相作用而导致桥梁倾覆事件的发生，总结出避免桥梁倾覆的合理设计方案，能够对我国现行的设计标准起到完善和补充的作用，具有很好的价值和意义。
3.2焊接结构设计
在桥梁设计中钢结构的完整性设计工作的重中之重就是焊接结构的完整性。随着时代的进步，人们对于完整性的要求也变得越来越严格，特别是在损伤这一概念被行业内部所认可后，以往被认定是完美的完整性结构在材料以及施工工艺方面就存在了一定的欠缺了。事实证明，当桥梁钢结构出现损伤时，会随着时间的推移而慢慢扩大，并且损伤出现的位置也往往是结构应力集中的位置。因此，一定要从细节处入手，解决损伤问题，从材料质量、施工工艺等方面入手，保障焊接结构的完整性，具体方法如下：第一，做好母材与焊材的各项性能匹配等工作。第二，在桥梁钢结构焊接施工的过程中，受多方面因素的影响，非常容易导致一定损伤情况的出现，这个时候工作人员切记不可过分的关注材料的质量而忽略焊接结构设计工作。第三，明确焊接质量要求。焊接质量控制是关系到桥梁钢结构质量的重要内容，施工人员一定要严格执行焊接工艺，确保焊接质量满足各项要求。设计人员应对焊接质量提出明确要求，做到既满足质量要求又不浪费。第四，注重细节，焊接工作是一项非常繁复的工作，涉及到很多细节方面的工作，设计工作者必须要做好焊接结构细节的处理。第五，做好防腐设计。桥梁钢结构防腐工作同时也是关系到工程质量的重要问题，设计工作者一定要进行充分的关注，并做好后期的保养说明。
结语
钢结构桥梁设计和建造的质量关乎经济社会的安全稳定以及人民的生命财产安全，是必须加以重视的一件事情。尤其是在钢结构桥梁的设计阶段，对于桥梁的抗倾覆性能和焊接容易出现的问题应严谨对待，通过科学的设计和合理的施工工艺，使桥梁在全生命周期之内维持可靠性和稳定性，为经济建设提供基础性服务。
参考文献：
[1]曹玉玲．城市道路桥梁钢结构的完整性设计研究［J］．中国建筑金属结构，2013，13（24）：33，35．
[2]杨海军，杜光辉，冉懿等.大跨度钢结构桥梁累积连续步进式移送安装技术研究[J].安装，2017（1）.
论文作者:崔鑫
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/13
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