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桥梁钢结构的整体设计策略

2014-06-22 01:04

摘要：钢结构具有轻质、高强，抗拉、抗压性能强等优势，因而在我国桥梁建设中应用十分广泛，钢结构桥梁整体性能的好坏，与其整体设计密切相关。文章阐述了钢结构桥梁整体设计相关理念，基于关键技术，探讨了桥梁整体设计优化策略。
关键词：桥梁 钢结构 整体设计 
        0 引言
        中国钢结构桥梁的发展，近年来取得了骄人的成绩，南京三桥、苏通大桥、昂船洲大桥的建造，表明在大跨径桥梁上钢结构的优势越来越明显。桥梁是为满足交通功能的建筑物，现代桥梁钢结构由结构钢加上单元经焊(栓)连接组成为复杂的受力系统，有明确的承载安全和服役耐久性要求。
        1 钢结构桥梁整体设计理念概述
        钢结构的特点是质量轻，强度高，并且具备其抗压以及抗拉等相关优点，对于混凝土结构而言，其外观更为直观，强度等级更高。在我国，钢结构桥梁应用十分广泛。因为作为钢结构的施工而言，其施工周期短。钢结构桥梁主要应用在：①城市立交桥段，尤其是交通要道处，如果采用混凝土桥，必然增加施工周期，对于现场交通不能较好地维护。②大跨径海、江、河桥梁（长江大桥、杭州湾大桥等），因为大跨径的要求下，只能考虑钢结构，因为如果采用混凝土结构，根本满足不了大跨径要求。
        1.1 钢结构整体设计目标 我国桥梁钢结构的设计使用年限为100年，与国际标准(BS5400，EURO CODE)基本一致。完整性设计的目标是确保结构在使用年限内的可靠与安全。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、安装方法、使用环境及维护方式等多种因素所确定。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，尚需对损伤与损伤容限、断裂与抗断裂作出评定。

        1.2 钢结构损伤及损伤容限 钢结构从材料加工过程到服役期不可避免的会在内部和表面形成和发生微小缺陷，在一定外部因素(荷载、温度、腐蚀等)作用下，这些缺陷不断扩展与合并形成宏观裂纹，导致材料和结构力学性能劣化。对桥梁钢结构而言，完整性和损伤是相对应的，损伤程度将会对结构的完整性带来影响，损伤极限则是结构的失效。而损伤容限是指钢结构在规定的使用周期内抵抗由缺陷、裂纹或其他损伤而导致破坏的能力。损伤容限概念的使用是承认钢结构在使用前存在有初始缺陷，但可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。
        国内桥梁钢结构因损伤导致局部破坏的实例近几年时有发生，结构损伤构成了对桥梁安全与耐久最大的威胁。在引起设计者对焊接结构损伤、损伤扩展以及结构系统失效过程关注的同时，也引发了人们对如何保证桥梁钢结构系统整体完整性的思考。
        2 桥梁钢结构整体设计策略