城市道路橋梁鋼結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)研究

摘 要：當(dāng)前，橋梁鋼結(jié)構(gòu)破壞事故已經(jīng)成為了國(guó)內(nèi)外常見的問題之一，一旦發(fā)生破壞情況，相關(guān)設(shè)計(jì)工作者不僅及時(shí)觀察焊接結(jié)構(gòu)損傷、損傷擴(kuò)展和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)失效過程，同時(shí)，也提高了人們致力于橋梁鋼結(jié)構(gòu)完整性的研究力度，而要想保證橋梁鋼結(jié)構(gòu)的完整性，就要求設(shè)計(jì)工作者設(shè)計(jì)中全方位的考量。

關(guān)鍵詞：城市道路；橋梁鋼結(jié)構(gòu)；完整性；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-3362（2013）12-0017-02

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展， 人們審美觀也發(fā)生了轉(zhuǎn)變。為了提高建筑工程與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)、實(shí)現(xiàn)建筑工程特色與環(huán)境的統(tǒng)一， 現(xiàn)代建筑工程裝飾成為了影響建筑工程特色、特點(diǎn)體現(xiàn)的重要工作。針對(duì)現(xiàn)代建筑工程裝飾市場(chǎng)的需求， 裝飾工程施工企業(yè)應(yīng)把握這一發(fā)展機(jī)遇。從自身施工質(zhì)量控制與管理能力入手，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的快速發(fā)展。在時(shí)間的不斷積累下，從事橋梁工作的設(shè)計(jì)者們有了豐富的理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，制定了詳細(xì)完善的橋梁鋼結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)目標(biāo)，分析研究了損傷、損傷容限等過程，樹立了科學(xué)合理的“鋼結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計(jì)”理念，并據(jù)此明確了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的需要注意的要點(diǎn)部分，同時(shí)，還指出將構(gòu)建“材料—工藝—細(xì)節(jié)—損傷”為主要控制方式以作為完整性設(shè)計(jì)原則。這樣以來(lái)，使得焊接結(jié)構(gòu)帶有損傷被全面揭露，但符合于使用的基本理念。

1 橋梁鋼結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計(jì)基本理念

構(gòu)建橋梁的主要目的是保障交通功能。橋梁鋼結(jié)構(gòu)主要是通過結(jié)構(gòu)鋼加工單元經(jīng)焊（栓）連接組成一個(gè)繁瑣的受力系統(tǒng)，對(duì)承載安全及服役耐久性有著較高的要求。然而現(xiàn)階段的實(shí)際情況是，即便嚴(yán)格根據(jù)規(guī)范的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，設(shè)計(jì)工作者完全實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的承載力目標(biāo)，但是還是無(wú)法有效防止橋梁結(jié)構(gòu)在服役過程中出現(xiàn)部分或整體的損壞現(xiàn)象。導(dǎo)致這種情況發(fā)生的主要原因是并非鋼結(jié)構(gòu)的安全性能與耐久性能只定義為承載力不足（通常強(qiáng)度富裕較多）。有一些特點(diǎn)和大部分鋼結(jié)構(gòu)存在類似之處，從20世紀(jì)開始，大量采用了焊接技術(shù)，導(dǎo)致國(guó)外一些國(guó)家發(fā)生的各類橋梁鋼結(jié)構(gòu)破壞事故都是因?yàn)榫植繐p傷擴(kuò)展而引起。因發(fā)現(xiàn)與修復(fù)具有一定的困難性，最短的服役期限只達(dá)到了十幾年，比如，澳大利亞kigs橋、韓國(guó)圣水橋等。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)橋梁鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際因損傷而引起的局部破壞現(xiàn)象屢見不鮮。一旦結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷情況將直接嚴(yán)重的影響到橋梁的安全性與耐久性。因此，相關(guān)設(shè)計(jì)工作者不僅及時(shí)觀察焊接結(jié)構(gòu)損傷、損傷擴(kuò)展和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)失效過程，同時(shí)，還要認(rèn)真考慮如何保障橋梁鋼結(jié)構(gòu)的完整性。由國(guó)際焊接學(xué)會(huì)頒布實(shí)施的以焊接結(jié)構(gòu)完整性和可用性為基礎(chǔ)的“合于使用評(píng)定指南”與得到國(guó)際普遍認(rèn)可的英國(guó)中央電力局頒布實(shí)施的“帶缺陷焊接結(jié)構(gòu)完整性評(píng)定方法”有利于設(shè)計(jì)工作者予以參考。完整性設(shè)計(jì)不僅要對(duì)傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際強(qiáng)度與剛度要求進(jìn)行全面的考慮，同時(shí)，還應(yīng)注重關(guān)聯(lián)耐久的損傷與斷裂問題。現(xiàn)代橋梁鋼結(jié)構(gòu)完整性的設(shè)計(jì)需要在此依據(jù)上確保結(jié)構(gòu)的使用目標(biāo)，呈現(xiàn)出了系統(tǒng)性、綜合性以及整體性的特征。

1.1 橋梁鋼結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)目標(biāo)

在設(shè)計(jì)橋梁鋼結(jié)構(gòu)的使用年限時(shí)，一般為100a，符合于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（BS5400，EURO CODE）。一個(gè)科學(xué)合理的完整性設(shè)計(jì)目標(biāo)對(duì)于橋梁鋼結(jié)構(gòu)使用期限內(nèi)的安全可靠性有著重要的保障。實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，要充分考慮橋梁鋼結(jié)構(gòu)的材料性能、安裝方法、使用環(huán)境、維護(hù)方式、構(gòu)件連接等，同時(shí)還應(yīng)準(zhǔn)確判斷損傷容限、抗斷裂等情況。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)損傷容限

鋼結(jié)構(gòu)材料在加工過程到最后的服役階段都無(wú)法控制的在內(nèi)部和表面出現(xiàn)一些小缺陷問題，隨著外部因素如溫度或腐蝕的影響，這些存在的小缺陷會(huì)逐漸的擴(kuò)大并合并為一種宏觀裂紋，大大削弱了材料和結(jié)構(gòu)力學(xué)性能。在橋梁鋼結(jié)構(gòu)中，完整性與損傷間是彼此對(duì)應(yīng)的，實(shí)際損傷大小會(huì)直接的干擾到橋梁鋼結(jié)構(gòu)的完整性，嚴(yán)重者將導(dǎo)致橋梁鋼結(jié)構(gòu)失效。所謂損傷容限指的是橋梁鋼結(jié)構(gòu)使用期限內(nèi)應(yīng)對(duì)因缺陷、裂紋等問題而造成破壞的能力。損傷容限概念的使用直接表明橋梁鋼結(jié)構(gòu)投入實(shí)際使用前就存在初始缺陷問題，不過可充分運(yùn)用有效的結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計(jì)方法對(duì)具有缺陷問題或損傷現(xiàn)象的橋梁鋼結(jié)構(gòu)服役過程中的安全性予以合理準(zhǔn)確的評(píng)判。

2 焊接結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)

橋梁鋼結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計(jì)過程中，焊接技術(shù)不容忽視。而焊接結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)與橋梁鋼結(jié)構(gòu)的完整性間不可分割，因此，加強(qiáng)焊接結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

隨著損傷概念的引入，使得焊接結(jié)構(gòu)無(wú)論是材料、連接還是結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)、工藝過程均出現(xiàn)了相應(yīng)的缺陷。如果焊接結(jié)構(gòu)局部發(fā)生損傷問題將會(huì)隨著時(shí)間的發(fā)展而不斷擴(kuò)展，而因損傷常出現(xiàn)在應(yīng)力集中的部位處，所以，對(duì)細(xì)節(jié)構(gòu)造進(jìn)行科學(xué)處理就變得極為重要了。我國(guó)橋梁鋼結(jié)構(gòu)損壞事故中常會(huì)采用經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)的方法來(lái)分析處理?yè)p傷問題，該方法目前已不適用，故構(gòu)建材料—工藝—細(xì)節(jié)—損傷的控制方式有效解決焊接結(jié)構(gòu)損傷問題。

2.1 材料—工藝—細(xì)節(jié)—損傷的控制方式

具體應(yīng)從4方面進(jìn)行：確保材料和焊接接頭的韌性與強(qiáng)度間能夠得到良好的配合。之所以進(jìn)行這樣的配合，主要目的在于有效防止設(shè)計(jì)和工藝給結(jié)構(gòu)帶來(lái)不必要的硬傷，同時(shí)，時(shí)刻注意焊接接頭焊后處理工藝（焊后修磨及錘擊工藝）對(duì)于結(jié)構(gòu)完整性也有重要的保障作用；焊接接頭區(qū)的力學(xué)性能及微觀組織出現(xiàn)變化，由于焊接缺陷而帶來(lái)的損傷，不能只一味的增強(qiáng)母材的質(zhì)量等級(jí)對(duì)斷裂問題予以處理，必須做到全方位的考慮，以探索更佳的處理措施；在提高焊接結(jié)構(gòu)的完整性時(shí)，要做到每一細(xì)節(jié)不放過，時(shí)刻觀察不良焊接細(xì)節(jié)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全性與耐久性造成的影響。比如，實(shí)際焊接時(shí)，要盡可能的避免焊縫數(shù)量和焊縫之間有過大的尺寸，明確相匹配的焊接材料和母材組配方式；腐蝕現(xiàn)象可導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕情況的發(fā)生，所以，加強(qiáng)防腐蝕工作至關(guān)重要，確保結(jié)構(gòu)的安全性。根據(jù)量化腐蝕程度、承載力、失效壽命開展橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕設(shè)計(jì)工作，確立具體的使用年限、維修周期。并且，認(rèn)真分析結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)給腐蝕和防腐工藝帶來(lái)的影響。下圖1顯示為屋架形式及幾何尺寸示意圖。

圖1 屋架形式及幾何尺寸

2.2 完整性設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的要點(diǎn)部分

在橋梁鋼結(jié)構(gòu)中，通常根據(jù)各類結(jié)構(gòu)受力需求來(lái)明確相應(yīng)的焊接接頭型式。由于焊接接頭微觀組織具有不均勻性特點(diǎn)，和母材力學(xué)性能間存在了一定的差異性。在實(shí)現(xiàn)常規(guī)設(shè)計(jì)要求與使用壽命的同時(shí)，要對(duì)以下幾方面加以考慮：根據(jù)靜力和疲勞要求明確相應(yīng)的焊縫形式，提出具體的焊接性和可檢測(cè)性要求；對(duì)于一些核心構(gòu)造細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)，應(yīng)保證實(shí)現(xiàn)安裝便捷、焊接可行、不留死角、維護(hù)方便的目標(biāo)；充分考慮荷載、環(huán)境、細(xì)節(jié)等各類因素，嚴(yán)格根據(jù)抗疲勞和抗斷裂要求認(rèn)真詳細(xì)的進(jìn)行損傷分析及使用壽命評(píng)估；在焊接缺陷基礎(chǔ)上加強(qiáng)預(yù)防，根據(jù)焊接應(yīng)力與焊接變形焊接收縮量的控制目標(biāo)來(lái)提出相應(yīng)的制造工藝標(biāo)準(zhǔn)及焊接工藝評(píng)定要求；規(guī)定使用維修要求時(shí)，要注重?fù)p傷監(jiān)測(cè)和維護(hù)方法這兩方面。

在焊接結(jié)構(gòu)完整性的設(shè)計(jì)過程中，必須結(jié)合具體情況，按照目前形成的理論基礎(chǔ)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，要抓設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)環(huán)節(jié)，明確切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方式，同時(shí)，對(duì)施工作業(yè)中出現(xiàn)的一些細(xì)節(jié)問題有效處理，以確保焊接結(jié)構(gòu)真正具有較高的完整性。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述可知，要想切實(shí)保證現(xiàn)代橋梁鋼結(jié)構(gòu)的完整性，就需要設(shè)計(jì)者們樹立科學(xué)合理的設(shè)計(jì)理念，嚴(yán)格遵循有關(guān)設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，還必須加強(qiáng)焊接結(jié)構(gòu)的完整性，這是現(xiàn)代橋梁完整性設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵，本文主要從橋梁鋼結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計(jì)基本理念角度出發(fā)，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，以確保橋梁完整性設(shè)計(jì)目標(biāo)的全面實(shí)現(xiàn)。

總之，現(xiàn)代裝飾工程控制要點(diǎn)與缺陷預(yù)控工作的開展關(guān)系到裝飾工程施工質(zhì)量，關(guān)系到裝飾工程使用壽命與使用安全，關(guān)系到施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在現(xiàn)代裝飾工程施工管理中，施工企業(yè)應(yīng)認(rèn)識(shí)到控制要點(diǎn)與缺陷預(yù)控工作的重要性。以針對(duì)工程實(shí)際特點(diǎn)的，針對(duì)企業(yè)管理流程的管理體系完善為基礎(chǔ)，以具有針對(duì)性的管理內(nèi)容與執(zhí)行方式為關(guān)鍵促進(jìn)管理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)裝飾工程施工企業(yè)的健康發(fā)展，促進(jìn)裝飾工程施工項(xiàng)目管理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 聶建國(guó)，王宇航.鋼板-混凝土組合受彎加固梁疲勞性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2011，2（02）：12-15.

[2] 杜紅艷.現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)[J].交通世界（建養(yǎng).機(jī)械），2011（12）.

[3] 尹紅，周芳龍.鋅加防護(hù)在橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐和維修中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2010，13（08）：159-161.

[4] 范文理.現(xiàn)代橋梁鋼結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)[J].電焊機(jī)，2010.

[5] 盧永成，等.上海長(zhǎng)江大橋主航道橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].世界橋梁，2011.

[6] 姜金斌.現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)的完整性設(shè)計(jì)[J].中國(guó)建設(shè)信息，2012（09）.