【摘 要】随着经济和桥梁行业的发展，钢结构在桥梁施工中已经被广泛运用。但随着钢结构的普遍应用，其自身存在的一些问题也逐渐的突显出来，成为施工过程中不可忽视的薄弱环节。本文主要从抗疲劳角度探讨桥梁钢结构设计。
【关键词】抗疲劳、桥梁、钢结构设计
一、前言
随着交通事业的迅速发展，大跨度或复杂的桥型将不断涌现。公路的发展，对桥梁设计亦将提出新的要求。迫切需要修建越来越多的桥梁，为此广大桥梁工程技术人员将不断面临着设计和建造各类桥梁的任务。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。
二、桥梁钢结构疲劳设计基本原则
1、桥梁钢结构细节构造选取时，在满足经济性的情况下尽量选取疲劳强度等级较高的细节构造或采取提高构件疲劳强度的措施。即尽量采用疲劳构造优化设计措施。
2、由于疲劳脆断的严重危害性，在抗疲劳保证率选取时，容许应力保证率必须在97%以上。桥梁钢结构疲劳计算应考虑构造的重要性和可更换性，兼顾施工、营运、维修养护桥梁寿命期内的各种因素，对构造进行分类，采用不同的保证率进行抗疲劳计算；对于特别重要或无法更换的构造，取较高的保证率，对于可以更换的构造按更换和维修费用高低分别取不同的保证率，费用高则保证率较高，费用低则保证率低，但最低保证率不得低于97%。
3、在低温地区建造钢桥或钢一混叠合桥梁，必须考虑低温冷脆与动力荷载耦合作用的影响，尽量选取韧性较高的材料，提高材料断裂韧性水平。应明确结构最低工作温度。设计时要将连接部位的承载力比其相连的杆件承载力高20～50%。在设计构件的断面时，在满足应力条件和稳定的情况下，尽量选用较薄的断面。
4、当结构在设计上不能避免应力集中和焊接缺陷时，或由于结构形状限制而不能进行非破坏性检验，或结构中小于临界尺寸的缺陷有被漏检的可能时，必须选用韧性高的材料和焊条。
5、焊接结构的设计应尽量避免焊缝集中和重叠交叉。尽量减少焊接产生的残余应力。结构设计应尽量使由于缺陷所引起的应力集中减小到最低限度，如不采用尖锐角，尽量用较大半径的圆弧代替，尽量保证结构的几何连续性和刚度连贯性。除特殊情况外，不得使用间断焊。焊缝端尽量设置在应力较低处。对重要构件焊缝位置应打磨平顺，保证应力流线平顺通过。
6、焊接性能应与基材相匹配，选用的焊接材料、焊接工艺，均应根据设计要求通过焊接工艺评定。构件及连接疲劳抗力的设计必须与相应的构造细节、工艺要求、检验方法保持一致。
三、桥梁中的钢结构设计问题
1、设计方面
对任何一个工程来说，核心部分是设计，设计的优劣在很大程度上影响着工程的造价、质量、施工难度以及工期。我国虽然有一些优秀的设计，但是大多数设计都存在着一定的问题，设计上的不合理不仅给经济带来损失使得投资加大，还给桥梁工程的质量埋下了安全隐患，严重阻碍了我国桥梁建设技术的进步。尤其是桥梁钢结构的设计，基本上遵循相同的模式，套用现成的设计，没有创新思维，也很少采用一些新材料或者新结构，不能根据实际的地域情况、周遭环境进行设计。加之在设计的过程中，没有充分计算钢结构的性能参数，往往为了追求稳固的效果，而随意增大强度系数，造成了不必要的材料和物资的浪费，另外在参数计算中对实际使用情况考虑的不够全面，使桥梁在使用过程中出现失稳以及应力屈服的现象。上述情况都是钢结构桥梁设计中的常见问题。
2、质量方面
桥梁钢结构在选材方面一定要注意质量问题，因为针对于桥梁来说，受力的主体是钢筋和混凝土，所以影响桥梁的使用性能的决定性因素就是钢结构的质量。在设计时要严格遵守国家强制规范设计，不得随意降低标准设计，另外在制作钢结构的时候要严格按照规范进行操作，严格执行每一道工序以保证桥梁的工程质量，避免出现安全事故。
3、焊接工艺
焊接质量对工艺方法的依赖性较强，在影响工序质量的各因素中占有更重要的地位。其影响主要来自两个方面：一方面是工艺制订的合理性；另一方面是执行工艺的严肃性。钢结构主要是靠焊接工艺结合在一起的，焊接过程如严格不按合理的工艺执行就会产生焊接缺陷，焊接缺陷不仅给生产带来了许多困难，而且可能带来灾难性的事故。据统计好多钢结构事故中，绝大多数是由焊接缺陷而引起的。这种焊接缺欠比较容易出现在钢结构焊接的细节上，这些焊接细节问题都是会影响钢结构整体受力的稳定性。如果不加以防范，就会埋下安全隐患。
四、钢结构的完整性设计
1、钢结构的完整性理念
钢结构的特点是强度高，并且具备抗压和抗拉的相关优点，而桥梁是为了满足交通运输要求的产物，在我国，钢结构桥梁应用十分广泛。在现代桥梁建设中，钢结构属于主体构造，钢结构是把钢材经过焊接手段连接到一起组成的复杂的受力系统，具有承载性能和耐久性。桥梁的完整性设计的目标是确保在使用年限内的可靠与安全，近年来，人们开始更多的考虑如何才能保证桥梁钢结构的完整性。桥梁的钢结构完整性设计有多种因素确定，设计除对结构、构件连接及细节考虑外，焊接结构损伤和扩展也应引起广大设计人员的关注。
2、焊接结构的完整性设计
（1）损伤的控制方式
①对于材料以及焊接接头的强度和韧性要严格控制，尽量减少由于设计或者工艺因素对结构造成的伤害，注意焊接接头处的工艺处理，在焊接之后进行必要的磨处理，避免由于焊接工艺不规范，影响钢结构的稳定性。
②在焊接接头的地方容易出现力学性能方面的改变，对于由于焊接缺陷导致的损害，不能只是通过提高母材的质量进行控制，还要思考通过其他的方法解决应力屈服的问题。
③焊接材料的选择以及和母材的组配方式对钢结构的整体性和稳定性产生着较大的影响，因此注意要焊接材料的选择以及和母材组配的方式。
⑤钢结构的腐蚀会直接影响应力情况，在钢结构的设计中合理的防腐设计不仅可以是钢材的耐腐蚀性能充分发挥出来而且可以弥补钢结构性能本身的不足，因此桥梁工程钢结构在设计时就要做好防腐措施的设计，避免桥梁在使用过程中出现锈蚀现象。
（2）钢结构完整性的设计要点
在桥梁钢结构的焊接中，根据受力需要的不同来决定接头的形式，由于接头组织和力学性能的不均匀，致使接头和母材存在一定的差异，此外，因为焊接残余应力等细节造成几何应力上的集中，这些对钢结构的完整性都会造成影响。所以，在设计的时候要注意以下几个要点：根据桥梁的实际使用情况以及荷载要求计算钢结构的应力系数，选择合适的材料以及焊接形式；关键结构的细节设计要遵循不留死角，方便焊接、传力简洁、方便维修以及安装的原则；要避免出现应力集中或者应力疲劳现象，有效防止应力屈服或者受力失稳现象；在设计时必须考虑焊接检测的相关要求，必须以无损检测等相关控制指标来检测焊接质量。
五、结束语
综上所述，桥梁设计是一个复杂的，系统的工程，必须从抗疲劳角度出发，全面分析桥梁受力情况，加强焊接形式的优化设计，才能保障桥梁钢结构的整体质量，同时要做好耐久性的设计，只有这样才能解决桥梁存在的隐患，保证桥的持久和耐用性。
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