浅析桥梁钢结构设计?
1桥设计中应注意的问题
1.1更应该关注结构的耐久性。我国自20世纪90年代开始重视结构耐久性的研究,并取得了不少成果。这些研究大多是从材料和统计分析的角度进行的,但很少有人从结构和设计的角度研究如何提高桥梁的耐久性,如何使设计者和施工者易于接受和操作。而且,长期以来,人们一直专注于结构计算方法的研究,而忽视了对整体结构和细节处理的关注。结构耐久性设计与常规结构设计有本质区别。目前,有必要努力将耐久性的研究从定性分析发展到定量分析。国内外的研究和实践表明,结构耐久性对桥梁的安全运营和经济性起着决定性的作用。
1.2重视疲劳损伤的研究。桥梁结构上的车辆荷载和风荷载都是动荷载,会在结构中产生循环应力,不仅引起结构的振动,还会引起结构的累积疲劳损伤。由于桥梁使用的材料不均匀、不连续,实际上存在很多微小的缺陷。在循环载荷作用下,这些微小的缺陷会逐渐发展融合形成损伤,并逐渐在材料中形成宏观裂纹。如果宏观裂纹得不到有效控制,极有可能造成材料和结构的脆性断裂。早期疲劳损伤往往难以察觉,但其后果往往是灾难性的,因此对疲劳损伤的研究需要引起足够的重视。
1.3充分重视桥梁超载问题。一方面,桥梁的超载可能会引起疲劳问题。超载会增加桥梁的疲劳应力和损伤,甚至会发生一些因超载引起的结构破坏事故。另一方面,超载造成的桥梁内部损伤无法恢复,会改变桥梁在正常荷载下的工作状态,可能危及桥梁的安全性和耐久性。因此,有必要对超载的后果进行研究和分析。
1.4积极借鉴国外经验和成果。国内桥梁设计存在的主要问题是正常使用性能差、耐久性差、安全性差(包括使用寿命短、维护成本高、安全事故频发)。虽然这些问题与我国施工质量和管理水平较低有关,但平心而论,既然这种情况在短时间内无法解决,那么作为工程设计人员,就应该正视这一问题,充分考虑目前的施工管理水平和材料技术水平,采用适当的安全度和适当的设计方法,保证桥梁的性能。这是一种更积极有效的方法。特别是桥梁的耐久性和安全性问题,与结构体系或材料的不合理选择和结构细部处理不当有关。
2桥梁钢结构的总体设计策略
2.1侧向倾覆稳定性设计。钢结构的桥梁一般都比较轻,强度非常高。然而,在小半径多车道的设计中,其抗侧向倾覆能力是当前研究的热点。在早期的桥梁建设中,由于设计原因,在桥梁建设或使用过程中,桥体发生倾覆。由于连续钢梁的半径相对较小,其跨度相对较大。如果桥面比钢梁宽,活载不是最优的,梁的外支座受力会增大,而内支座不受力,这样梁受力极不均匀,就会发生梁的倾覆。在设计过程中,通过合理的计算,对梁的偏心受力进行设计,使之满足桥梁的荷载要求,使桥身受力均匀。横梁处采取填砂措施,在满足规范的情况下增加了多车道桥梁的整体稳定性。
2.2焊接结构完整性设计要点。桥梁焊接结构的完整性设计是保证桥梁整体稳定性的重要因素。由于受力不同,焊接接头的形式也不同。接头处的应力导致母材组织和力学性能的差异。同时,焊接过程中应力无法得到100%的释放,焊接应力通常会导致焊接接头变形,导致焊接接头出现大量缺陷,不能满足桥梁整体设计的要求。因此,在桥梁的整体设计中,必须考虑焊接接头的设计。在满足相关规范的前提下,需要:因地制宜选择形式,通过可焊性试验的要求获得静力和疲劳等级,确定焊缝的相关形式;在焊接设计中,必须对关键细节进行详细设计,做到受力均匀,尽可能降低应力;设计中必须考虑焊接检验的相关要求,焊缝质量必须通过无损检测等相关控制指标进行检测。
2.3加劲肋设置。加劲肋是在支座或荷载集中的地方设置的条形加强筋,以保证构件的局部稳定性,传递集中力。通常很多人认为加劲肋的设计可有可无,实际上需要通过设计计算来决定是否加劲肋。加劲肋与否由带腹板的h0/δ值决定。如果确定需要加劲肋,则优先考虑垂直加劲肋,其设置距离由腹板厚度和相关剪应力决定。当竖向加劲肋仍不能满足要求时,可设置水平加劲肋,这是竖向加劲肋的一种补充形式。
由于原构件截面的不足,采用设置加劲肋来增强抵抗弯矩和剪力的能力。由于设置加劲肋可以减小原构件截面尺寸,可以有效减少用钢量,降低受压成本,所以工程中一般在原构件上设置,以增强抵抗弯矩和剪力的能力。
2.4钢箱梁的设计。当桥梁主干道过宽时,需要优化车道内钢结构宽箱梁。在设计中,满足其竖向计算要求是很重要的。对于梁的跨度,从支座间双悬臂简支梁的计算可知,支座处可采用竖向加劲肋。当竖向加劲肋不能满足要求时,应考虑水平加劲肋,其计算措施与竖向加劲肋相似。
2.5施工人孔设置。在桥梁的总体设计中,人孔的设置是一个重要的部分。为了施工方便,通常在桥梁箱梁的顶板和腹板上设置人孔。顶板人孔的具体位置可设置在跨度1.5处,而腹板人孔的具体位置必须设置在受力相对较弱的地方,如简支梁,其腹板人孔可设置在跨度中间,而连续梁必须精确计算剪力,选择剪力最小的地方。有时检查井设计不止一个,所以不可能将所有的检查井分布在同一个断面上并错开。应力较大时,必须增设安装工孔,并采取加强措施。
2.6结构内力计算。结构内力计算按边孔单悬臂,中间孔简支悬梁计算。将桥梁纵向分成多个单元,对每个单元的断面进行编号,然后输入工程的原始数据。输入的数据信息包括:工程总体信息、单元特征信息、预应力钢束信息、施工阶段和使用阶段信息。按照全预应力构件进行全桥结构安全性校核,包括预应力、收缩徐变和活载计算。桥台设有滑动支座,桥墩设有固定支座。锚固梁和悬挂梁之间存在主从约束。吊梁的一端设有固定轴承,另一端设有滑动轴承。
3结论
我国基础设施建设的加快推动了桥梁技术的快速发展。在当前形势下,桥梁钢结构的整体应用也非常广泛,主要是在设计过程中,以保证桥梁钢结构的整体性和稳定性。有必要从整体性角度全面分析桥梁的受力情况,加强焊接形式的优化设计,以确保桥梁钢结构的整体质量。
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