國(guó)內(nèi)從上世紀(jì)90年代開始重視了對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的研究，也取得了不少成果。這些研究大多是從材料和統(tǒng)計(jì)分析的角度進(jìn)行的，對(duì)如何從結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的角度及如何以設(shè)計(jì)和施工人員易于接受和操作的方式來改善橋梁耐久性卻很少有人研究。而且，長(zhǎng)期以來人們一直偏重于結(jié)構(gòu)計(jì)算方法的研究，卻忽視了對(duì)總體構(gòu)造和細(xì)節(jié)處理方面的關(guān)注。結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)與常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著本質(zhì)的區(qū)別，目前需要努力將耐久性的研究從定性分析向定量分析發(fā)展。國(guó)內(nèi)外的研究和實(shí)踐都表明，結(jié)構(gòu)耐久性對(duì)于橋梁的安全運(yùn)營(yíng)和經(jīng)濟(jì)性起著決定性作用。

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鋼結(jié)構(gòu)整體性設(shè)計(jì)理念

現(xiàn)代橋梁鋼結(jié)構(gòu)的受力系統(tǒng)主要是由結(jié)構(gòu)鋼加工而成，它可以承載安全并具有較好的耐久性。雖然橋梁設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)之初都已經(jīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)定來進(jìn)行設(shè)計(jì)，但卻無法避免橋梁鋼結(jié)構(gòu)在使用期內(nèi)發(fā)生損壞。20世紀(jì)以來，焊接技術(shù)也廣泛應(yīng)用于橋梁設(shè)計(jì)建造中，局部損傷擴(kuò)展是多起橋梁鋼結(jié)構(gòu)破壞事故的主要原因。結(jié)構(gòu)損傷在很大程度上威脅著橋梁的安全性和耐久力。這就引發(fā)橋梁設(shè)計(jì)者展開了如何有力保證橋梁鋼結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)完整性的思考。

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1、橋梁鋼結(jié)構(gòu)的整體性設(shè)計(jì)目標(biāo)整體性設(shè)計(jì)的終極目標(biāo)是指確保橋梁鋼結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用年限內(nèi)安全可靠。荷載、制造工藝、材料性能、安裝方法、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)構(gòu)造、使用環(huán)境及維護(hù)方式等多種因素決定了橋梁鋼結(jié)構(gòu)的整體性設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)不但要對(duì)結(jié)構(gòu)、構(gòu)造細(xì)節(jié)以及構(gòu)件連接按常規(guī)考慮其強(qiáng)度、剛度要求，還必須對(duì)損傷與損傷容限、斷裂與抗斷裂等方面作出準(zhǔn)確評(píng)定。

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2、鋼結(jié)構(gòu)損傷及損傷容限鋼結(jié)構(gòu)從材料加工過程到使用期間，其內(nèi)部和表面不可避免的會(huì)形成或發(fā)生微小變化，造成一些缺陷。如果在荷載、溫度、腐蝕等因素的作用下，這些缺陷甚至?xí)粩鄶U(kuò)展從而形成宏觀裂紋，以至于大大降低了材料以及其結(jié)構(gòu)力學(xué)的性能

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橋梁中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

1、設(shè)計(jì)方面對(duì)任何一個(gè)工程來說，核心部分是設(shè)計(jì)，其優(yōu)劣在很大程度上影響著工程的造價(jià)、質(zhì)量、施工難度以及工期。我國(guó)雖然有一些優(yōu)秀的設(shè)計(jì)，但大多都存在一定的設(shè)計(jì)問題，設(shè)計(jì)上的不合理不僅給經(jīng)濟(jì)帶來?yè)p失使得投資加大，還給橋梁工程的質(zhì)量埋下了安全隱患，嚴(yán)重阻礙了我國(guó)橋梁建設(shè)技術(shù)的進(jìn)步。尤其是橋梁鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，基本上遵循相同的模式，套用現(xiàn)成的設(shè)計(jì)，沒有創(chuàng)新思維，也很少采用一些新材料或新結(jié)構(gòu)，不能根據(jù)實(shí)際地域情況、周遭環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)。加之在設(shè)計(jì)的過程中，沒有充分計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)的性能參數(shù)，往往為了追求穩(wěn)固的效果，而隨意增大強(qiáng)度系數(shù)，造成不必要的材料和物資的浪費(fèi)。另外在參數(shù)計(jì)算中對(duì)實(shí)際使用情況考慮的不夠全面，使橋梁在使用過程中出現(xiàn)失穩(wěn)以及應(yīng)力屈服的現(xiàn)象。這些都是鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)的常見問題。

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2、質(zhì)量橋梁鋼結(jié)構(gòu)在選材方面一定要注意質(zhì)量問題，因?yàn)獒槍?duì)于橋梁來說，受力的主體是鋼筋和混凝土，所以影響橋梁使用性能的決定性因素就是鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。在設(shè)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格遵守國(guó)家強(qiáng)制規(guī)范設(shè)計(jì)，不得隨意降低標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，另外在制作鋼結(jié)構(gòu)時(shí)要嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行操作，嚴(yán)格執(zhí)行每一道工序以保證橋梁的工程質(zhì)量，避免出現(xiàn)安全事故。

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3、銹蝕現(xiàn)象鋼材的主要成分是鐵，所以對(duì)于鋼材而言不可避免的就會(huì)發(fā)生自然銹蝕現(xiàn)象，這也是造成橋梁設(shè)計(jì)危害的一個(gè)因素。如果鋼結(jié)構(gòu)銹蝕到一定程度就會(huì)嚴(yán)重危及橋梁安全和使用壽命。銹蝕會(huì)使結(jié)構(gòu)本身的受力能力降低，使橋梁在行車荷載的作用下，整體受力不穩(wěn)定，部分銹蝕嚴(yán)重的位置出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，嚴(yán)重的還會(huì)引發(fā)交通事故，后果不堪設(shè)想。

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4、焊接工藝焊接質(zhì)量對(duì)工藝方法的依賴性較強(qiáng)，在影響工序質(zhì)量的各因素中占有更重要的地位。其影響主要來自兩個(gè)方面：一方面是工藝制訂的合理性；另一方面是執(zhí)行工藝的嚴(yán)肅性。鋼結(jié)構(gòu)主要是靠焊接工藝結(jié)合在一起的，焊接過程如嚴(yán)格不按合理的工藝執(zhí)行就會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷，焊接缺陷不僅給生產(chǎn)帶來了許多困難，而且可能帶來災(zāi)難性的事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)很多鋼結(jié)構(gòu)事故中，絕大多數(shù)是由焊接缺陷而引起的。這種焊接缺欠比較容易出現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)焊接的細(xì)節(jié)上，這些焊接細(xì)節(jié)問題都會(huì)影響鋼結(jié)構(gòu)整體受力的穩(wěn)定性，不加以防范，就會(huì)埋下安全隱患。

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5、不良細(xì)節(jié)構(gòu)造不良的構(gòu)造細(xì)節(jié)會(huì)使幾何應(yīng)力集中，這在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是最容易被忽視的地方，也是比較容易引發(fā)事故的原因之一。橋梁鋼結(jié)構(gòu)因?yàn)榧?xì)節(jié)設(shè)計(jì)不良致使橋梁在使用過程中，幾何應(yīng)力集中疊加，在可變荷載的作用下，這些細(xì)小的損傷不斷擴(kuò)展，導(dǎo)致疲勞應(yīng)力的擴(kuò)大，最終導(dǎo)致事故發(fā)生。橋梁是一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，一些不起眼的細(xì)節(jié)可能就會(huì)使整個(gè)橋梁的受力系統(tǒng)遭到破壞，如果某個(gè)細(xì)小的構(gòu)造出現(xiàn)應(yīng)力集中或者應(yīng)力疲勞，就容易出現(xiàn)變形，使鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)應(yīng)力屈服。

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橋梁鋼結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)策略

1、橫向抗傾覆穩(wěn)定設(shè)計(jì)輕而且強(qiáng)度高是鋼結(jié)構(gòu)的橋梁的優(yōu)點(diǎn)，而其橫向抗傾覆在小半徑以及多車道的設(shè)計(jì)中是我們研究的熱點(diǎn)內(nèi)容。在早期的橋梁施工中，由于設(shè)計(jì)的疏忽，導(dǎo)致在施工過程中或者橋梁使用過程中發(fā)生了橋體傾覆。因?yàn)橥ǔＧ闆r下連續(xù)鋼梁的半徑都比較小，因此相對(duì)而言，其跨度就顯得稍大，如果此時(shí)橋面再寬于鋼梁，就會(huì)增大橫梁外側(cè)支座受力，而內(nèi)側(cè)支座反而不受力，這種情況下橫梁受力極其不均勻，就會(huì)發(fā)生梁體傾覆。

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2、焊接結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計(jì)要點(diǎn)如何保障橋梁整體穩(wěn)定性的重要因素之一就是焊接結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)，通常焊接的接頭形式由于受力的不同會(huì)產(chǎn)生各有差異，母材結(jié)構(gòu)以及受力性能受其接頭部位的應(yīng)力作用影響各有不同。同時(shí)，在焊接過程中無法百分百消除應(yīng)力，焊接應(yīng)力常常會(huì)導(dǎo)致焊接接頭發(fā)生變形，因此導(dǎo)致焊接接頭時(shí)形成大量缺陷，不能滿足橋梁整體性設(shè)計(jì)要求。所以在設(shè)計(jì)中，必須要重點(diǎn)考慮焊接接頭的設(shè)計(jì)，在保證滿足相關(guān)規(guī)范的前提情況下，選擇形式要因地制宜地，并通過焊接性檢測(cè)的方式來獲取疲勞和靜力等級(jí)。

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3、加勁肋設(shè)置在支座或者有集中荷載處，為確保構(gòu)件的局部穩(wěn)定性并傳遞集中力必須要設(shè)置加勁肋。通常大部分人都認(rèn)為加勁肋的設(shè)計(jì)是可有可無的，但實(shí)際上我們必須通過計(jì)算才能決定是否要加勁肋。加勁肋主要是在原有構(gòu)件截面不足的時(shí)候用來增強(qiáng)橋梁的抵抗彎矩和剪力的，設(shè)置加勁肋可以有效地縮小原構(gòu)件截面的大小，從而有效的降低了用鋼量，節(jié)省成本。

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4、鋼箱梁橫梁設(shè)計(jì)如果橋梁的主道設(shè)計(jì)過寬，那就必須優(yōu)化車道鋼結(jié)構(gòu)的寬箱梁，在設(shè)計(jì)中，必須滿足其豎向計(jì)算要求，對(duì)于橫梁的跨徑，需要通過支座間雙懸臂簡(jiǎn)支梁的計(jì)算來求得，在支座處可采取豎向加勁肋相關(guān)措施，如果豎向加勁肋不能滿足使用要求時(shí)，那就要考慮橫向加勁肋，其計(jì)算措施與縱向計(jì)算措施類似。