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橋梁鋼結構整體性設計,這些細節都要注意!

發布日期:2020-07-30 10:01:46 瀏覽量:12

國內從上世紀90年代開始重視了對結構耐久性的研究,也取得了不少成果。這些研究大多是從材料和統計分析的角度進行的,對如何從結構和設計的角度及如何以設計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,長期以來人們一直偏重于結構計算方法的研究,卻忽視了對總體構造和細節處理方面的關注。結構的耐久性設計與常規的結構設計有著本質的區別,目前需要努力將耐久性的研究從定性分析向定量分析發展。國內外的研究和實踐都表明,結構耐久性對于橋梁的安全運營和經濟性起著決定性作用。

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鋼結構整體性設計理念


現代橋梁鋼結構的受力系統主要是由結構鋼加工而成,它可以承載安全并具有較好的耐久性。雖然橋梁設計者在設計之初都已經根據相關規定來進行設計,但卻無法避免橋梁鋼結構在使用期內發生損壞。20世紀以來,焊接技術也廣泛應用于橋梁設計建造中,局部損傷擴展是多起橋梁鋼結構破壞事故的主要原因。結構損傷在很大程度上威脅著橋梁的安全性和耐久力。這就引發橋梁設計者展開了如何有力保證橋梁鋼結構整體設計完整性的思考。

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1、橋梁鋼結構的整體性設計目標整體性設計的終極目標是指確保橋梁鋼結構在規定的使用年限內安全可靠。荷載、制造工藝、材料性能、安裝方法、結構細節構造、使用環境及維護方式等多種因素決定了橋梁鋼結構的整體性設計。設計不但要對結構、構造細節以及構件連接按常規考慮其強度、剛度要求,還必須對損傷與損傷容限、斷裂與抗斷裂等方面作出準確評定。

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2、鋼結構損傷及損傷容限鋼結構從材料加工過程到使用期間,其內部和表面不可避免的會形成或發生微小變化,造成一些缺陷。如果在荷載、溫度、腐蝕等因素的作用下,這些缺陷甚至會不斷擴展從而形成宏觀裂紋,以至于大大降低了材料以及其結構力學的性能

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橋梁中的鋼結構設計問題

1、設計方面對任何一個工程來說,核心部分是設計,其優劣在很大程度上影響著工程的造價、質量、施工難度以及工期。我國雖然有一些優秀的設計,但大多都存在一定的設計問題,設計上的不合理不僅給經濟帶來損失使得投資加大,還給橋梁工程的質量埋下了安全隱患,嚴重阻礙了我國橋梁建設技術的進步。尤其是橋梁鋼結構的設計,基本上遵循相同的模式,套用現成的設計,沒有創新思維,也很少采用一些新材料或新結構,不能根據實際地域情況、周遭環境進行設計。加之在設計的過程中,沒有充分計算鋼結構的性能參數,往往為了追求穩固的效果,而隨意增大強度系數,造成不必要的材料和物資的浪費。另外在參數計算中對實際使用情況考慮的不夠全面,使橋梁在使用過程中出現失穩以及應力屈服的現象。這些都是鋼結構橋梁設計的常見問題。

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2、質量橋梁鋼結構在選材方面一定要注意質量問題,因為針對于橋梁來說,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構的質量。在設計時要嚴格遵守國家強制規范設計,不得隨意降低標準設計,另外在制作鋼結構時要嚴格按照規范進行操作,嚴格執行每一道工序以保證橋梁的工程質量,避免出現安全事故。

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3、銹蝕現象鋼材的主要成分是鐵,所以對于鋼材而言不可避免的就會發生自然銹蝕現象,這也是造成橋梁設計危害的一個因素。如果鋼結構銹蝕到一定程度就會嚴重危及橋梁安全和使用壽命。銹蝕會使結構本身的受力能力降低,使橋梁在行車荷載的作用下,整體受力不穩定,部分銹蝕嚴重的位置出現彎曲現象,嚴重的還會引發交通事故,后果不堪設想。

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4、焊接工藝焊接質量對工藝方法的依賴性較強,在影響工序質量的各因素中占有更重要的地位。其影響主要來自兩個方面:一方面是工藝制訂的合理性;另一方面是執行工藝的嚴肅性。鋼結構主要是靠焊接工藝結合在一起的,焊接過程如嚴格不按合理的工藝執行就會產生焊接缺陷,焊接缺陷不僅給生產帶來了許多困難,而且可能帶來災難性的事故。據統計很多鋼結構事故中,絕大多數是由焊接缺陷而引起的。這種焊接缺欠比較容易出現在鋼結構焊接的細節上,這些焊接細節問題都會影響鋼結構整體受力的穩定性,不加以防范,就會埋下安全隱患。

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5、不良細節構造不良的構造細節會使幾何應力集中,這在鋼結構設計中是最容易被忽視的地方,也是比較容易引發事故的原因之一。橋梁鋼結構因為細節設計不良致使橋梁在使用過程中,幾何應力集中疊加,在可變荷載的作用下,這些細小的損傷不斷擴展,導致疲勞應力的擴大,最終導致事故發生。橋梁是一個整體結構,一些不起眼的細節可能就會使整個橋梁的受力系統遭到破壞,如果某個細小的構造出現應力集中或者應力疲勞,就容易出現變形,使鋼結構出現應力屈服。

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橋梁鋼結構整體設計策略

1、橫向抗傾覆穩定設計輕而且強度高是鋼結構的橋梁的優點,而其橫向抗傾覆在小半徑以及多車道的設計中是我們研究的熱點內容。在早期的橋梁施工中,由于設計的疏忽,導致在施工過程中或者橋梁使用過程中發生了橋體傾覆。因為通常情況下連續鋼梁的半徑都比較小,因此相對而言,其跨度就顯得稍大,如果此時橋面再寬于鋼梁,就會增大橫梁外側支座受力,而內側支座反而不受力,這種情況下橫梁受力極其不均勻,就會發生梁體傾覆。

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2、焊接結構完整性設計要點如何保障橋梁整體穩定性的重要因素之一就是焊接結構的完整性設計,通常焊接的接頭形式由于受力的不同會產生各有差異,母材結構以及受力性能受其接頭部位的應力作用影響各有不同。同時,在焊接過程中無法百分百消除應力,焊接應力常常會導致焊接接頭發生變形,因此導致焊接接頭時形成大量缺陷,不能滿足橋梁整體性設計要求。所以在設計中,必須要重點考慮焊接接頭的設計,在保證滿足相關規范的前提情況下,選擇形式要因地制宜地,并通過焊接性檢測的方式來獲取疲勞和靜力等級。

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

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4、鋼箱梁橫梁設計如果橋梁的主道設計過寬,那就必須優化車道鋼結構的寬箱梁,在設計中,必須滿足其豎向計算要求,對于橫梁的跨徑,需要通過支座間雙懸臂簡支梁的計算來求得,在支座處可采取豎向加勁肋相關措施,如果豎向加勁肋不能滿足使用要求時,那就要考慮橫向加勁肋,其計算措施與縱向計算措施類似。




文章來源: 永年加固公司
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