桥梁钢结构的完整性设计目标与完整性设计理念

1、桥梁钢结构的完整性设计目标与完整性设计理念摘要：桥梁钢结构的设计对整个桥梁来说有着至关重要的作用，尤其在近几年经常发生的桥梁坍塌事故，究其原因的根本在于桥梁的结构损伤引起的，所以，完善桥梁钢结构越来越引起重视。本文在分析桥梁钢结构设计目标的基础上，针对其设计的完整性，提出几点建设性意见。分析认为建立材料一工艺一细节一损伤为控制方式的完整性设计原则，同时，说明了焊接结构虽然带有损伤，但是适合使用的理念。关键词：桥梁；钢结构；完整性；设计理念中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号： 目前，对于桥梁建设而言，不难看出，好的设计理念是基础，在任何桥梁建筑之前，把握好设计理念的制定，切实可行的

2、设计方案则是让设计得以实现的保障。在桥梁建设工作中，要重视钢结构的损伤、损伤容限、损伤的表现等问题，针对这些问题做好工作常见问题的总结和分析，只有不断的制定相关的策略才能更好的提高工作质量，给交通生活带来便捷。 一、钢结构完整性设计理念 现代桥梁钢结构由结构钢加工单元经焊(栓)连接组成为复杂的受力系统，具有承载安全和服役耐久性要求，追求其建设目标是为安全系数考虑，不是特别注重外观的影响。经过调查发现，以往发生的多起桥梁钢结构破坏事故均由局部损伤扩展所致。究其原因，和焊接有很大的关系，因为焊接技术水平或工艺的限制，其存在一定的不确定性。如果出现问题，如果不及时的发现和修复，最终会导致一些安全事故

3、的发生，由此可以看出，当前因焊接质量导致的结构损伤构成了对桥梁安全与耐久最大的威胁。 目前，国际焊接学会(IIW)推出的建立在保证焊接结构完整性和可用性基础上的“合于使用评定指南”(Fitness for Purpose)以及国际公认的英国中央电力局所提供“带缺陷焊接结构完整性评定方法”，此种方案是对钢结构完整性设计最好的诠释。包含的内容主要有传统的强度和刚度，还有关联耐久的强度和刚度，一切设计理念的出发点应当围绕以此为中心，进而保证了桥梁结构的完整性。 二、桥梁钢结构的完整性设计的相关内容 1、桥梁钢结构的完整性设计目标 桥梁钢结构的完整性设计由荷载、材料性能、结构细节构造、制造工艺、安装方

4、法、使用环境及维护方式等多种因素所确定。要想更好完善结构钢结构的完整性，必须在这几方面下手，组织专业的研究小组，专业的工作人员对此进行深入的研究分析，建立整套的工作系统，然后在根据其应当注意的细节问题，划分分支，将复杂的问题简单化，进行有效的管理，最终对整个工作中的细节问题有更好的解决方案。注重专业性问题的设计，比如设计除对结构、构件连接及构造细节按常规考虑强度、刚度要求外，还要注重对损伤与损伤容限、断裂与抗断裂作出评定。 2、钢结构损伤及损伤容限 钢结构从材料加工过程到服役期间，会有一长段的时间才能进行实际的操作施工，此环节一定不可避免发生一些故障，比如表面形成和发生微小缺陷，其原因可能是因

5、为在一定外部因素(荷载、温度、腐蚀等)作用下，导致材料和结构力学性能劣化，这些因素会直接或间接的造成钢结构完整性的破坏。在这个问题上，我们还要注意一点就是损伤容限，必须要有专业的技术人员，对施工过程进行有效的监督，监督损伤容限的发生，并且要有效控制其产生的条件。做法是承认钢结构在使用前存在有初始缺陷，通过结构完整性设计方法评判带缺陷或损伤的钢结构在服役期限内的安全性。 三、桥梁钢结构损伤的主要表现 要想完善钢结构的完整性，就要清楚的意识到桥梁钢结构损伤的主要表现。 随着焊接技术和高强度材料在桥梁钢结构上的广泛使用，使用材料对损伤的敏感性已成为研究者关注的重点，如果不对其进行认知会造成严重的损失

6、。比如因缺口效应使弹塑性材料呈现脆性破坏的形式，还表现在低能量破坏。这些都是应当引起注意的问题。 (1)材料损伤主要是指母材在冶金和轧制时出现的问题，在施工中如果不注重细节问题，会导致材料的损坏，比如非金属夹杂物的参杂会使原材料不纯净。当其与焊接热过程关联时，引发层状撕裂，由此要注意焊缝型式的选择。 (2)焊接接头处由于金属再结晶过程，产生一些物理反应，使热影响区(HAZ)的母材强度增高、塑性韧性下降，力学性能劣化。这些问题对于现在的技术，还无法有效的避免，只能减少其损害的程度，这就要求工作人员在实际操作中，设计应注意因焊缝密集分布和焊缝尺寸偏大时对母材损伤的负面影响。 (3)由焊接工艺过程在

7、焊接区域内形成的焊接缺欠(裂纹、夹渣、未熔合、咬边)属于损伤。这些细节的问题虽然不会直接造成桥梁事故，但是埋伏了坍塌的隐患，经过几十年的时光，很容易使其坍塌事故。结构中的短焊缝因缺欠较多，常会导致疲劳裂纹和结构短寿。 （4）桥梁服役过程会使原有的损伤不断扩展，由于自然环境等原因，比如酸性的雨水会使损伤加速扩展。桥梁使用都是很长时间的，一些缺口损伤的应力集中，会导致桥梁承受压力减小，在交变荷载作用下，使早期损伤很快从无害演变为有害，这些问题的集中，导致疲劳裂纹扩展。 四、焊接结构的完整性设计 焊接结构的完整性设计是在焊接结构引入损伤的概念后生成的一种技术，由于焊接的一些弊端，会使材料、连接、结构

8、细节和工艺过程不再是完美无缺。桥梁的建设。离不开建筑材料、工艺、细节、损伤等环节，这就体现出焊接的完整性，其作用会出现在各个环节设计中。这就要求在工作中围绕建筑材料一工艺一细节一损伤为控制方式的完整性设计原则，一切施工方案以此项原则为基础，保证在施工过程中没有纰漏。 1、材料一工艺一细节一损伤的控制方式 (1)控制材料及焊接接头的韧性和强度的合理配合。这是工作中的关键所在，能够有效的减少设计和工艺对结构的硬伤，注重焊接接头焊后处理工艺(焊后修磨及锤击工艺)。 (2)减小焊缝数量和焊缝尺寸，掌握工作中注意的数据，工作中需要认真仔细的测量，选择合理的焊接材料与母材料组配方式(低组配的使用)。 (3

9、)焊接接头区的微观组织、力学性能会发生改变，焊接缺陷导致损伤，虽然材料的选择上是关键性问题，是质量保证的前提，但是也应当注意工作中，由于自身的技巧带来的损害。 (4)强化细节决定成败的观点，重视不良焊接细节对桥梁结构安全性和耐久性所带来的影响。 2、焊接结构完整性设计要点 首先，针对静力或疲劳要求决定焊缝形式，要在工艺上作焊接性和可检测性要求。其次，在关键构造细节设计遵循简洁传力、焊接可行、不留死角、方便安装、利于维护的原则。再次，按焊接缺陷预防，焊接应力与焊接变形焊接收缩量的控制目标确定制造工艺标准和焊接工艺评定要求。最后，以损伤监测和维护方法为内容来进行使用维修。 总结： 通过本文的论述，我们清楚的了解到桥梁钢结构完整性设计的重要作用，在设计桥梁建设时，必须掌握好设计目标，设计理念，在国家规定范围下进行施工，保证桥梁的质量。将理论的知识与实际工作相结合，制定更有利的施工方案，比如加强对焊接质量的有效控制等，这也是提高桥梁质量的重中之重。不断的总结工作经验和教训，开拓创新，更好的设计方案，加快我国桥梁建筑行业的发展。 参考文献： 【1】刘锡良. 钢结构专家介绍.工程建设