桥梁钢结构设计要点分析

陈垚

摘要：随着我国社会经济水平的不断提升，我国交通运输业发展的脚步逐渐加快，桥梁钢结构具有抗压性能强、质量轻、适用范围广等优势。从近年来的桥梁钢结构工程实践经验看，设计施工呈一体化实践模式，钢结构在高架桥、立交桥中的应用增多，文章结合我国现代化转型要求，突出设计环节在此类工程中的作用。

关键词：桥梁；钢结构；设计要点

引言

随着我国经济的不断发展，科学技术也取得了一定的进步。在我国，公路桥梁工程技术水平得到了显著提升，在城市现代化建筑的建造中，钢结构已成为目前应用最为广泛的一种结构形式。

1钢结构桥梁概述

近年来，我国经济快速发展，基础设施建设得到了有效提升，高速公路、高速铁路等方面的迅速发展，对我国的运输系统起到了很大的推动作用。钢结构是以钢制材料组合而成的，是一种主要的建筑形式，它的结构形式以钢梁、钢柱等为主体，这些主体都是以钢板制作而成，其次还采用焊接、螺栓等多种形式对钢梁和钢柱进行了连接，同时由于其易弯曲、承载力强、操作简单等优点，在国内的公路桥梁工程中得到了广泛的运用。钢桥梁的主体构造主要有钢结构桥面和工厂斜拉锁型钢塔，钢塔主要是由几个大小不一的单独的钢箱连接起来，而隔板和加强筋则位于箱体之内，由几个结构相似的桥面箱组合而成的就是钢结构桥面，桥面内部是由箱体加强U肋、隔板、两侧斜腹板、底板和盖板组成和而成。

2桥梁钢结构设计要点

2.1桥梁钢结构耐久性设计

桥梁钢结构的耐久性主要决定于钢结构表面的防腐涂装，像钢箱梁叠合梁外表面与内表面，均要求进行防腐涂装设计并对高强螺栓摩擦面进行涂层设计。其中，外表面涂层设计包括桥面车道铺装、梁体外表面两大部分，内表面涂层设计涉及箱内所有部分的焊前涂装，高强螺栓摩擦面涂装以选用的螺栓为准。具体设计时，设计人员根据钢桥保护涂装中的标准要求，对比防腐条件下的涂层厚度、防腐年限及防腐涂料类型,选用适合的防腐涂料，按设计施工一体化实践要求，设计人员设置了配套涂层体系工艺流程：处理底材→配制涂料→静置熟化→喷涂、刷涂→第一道涂装→下一道涂装→环评分析→修补涂膜。

钢梁内部及其余外露面经常采用冷喷锌喷涂长效防腐方法，一般钢结构顶板顶面即砼铺装层覆盖部分的钢桥面板采用防水涂料喷涂，其余外露面采用喷涂长效防腐方法。钢结构在进行涂装前，必须将构件表面的毛刺、铁锈、氧化皮、油污及附着物彻底清除干净，采用喷砂、抛丸等方法彻底除锈。除锈等级应达到 GB8923《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》规定的要求，粗糙度40～80μm。经除锈后的钢材表面在检查合格后，应在三小时之内进行防腐施工。用于桥梁钢结构的防腐涂料不但要具有优异的耐盐雾、耐酸碱等防腐性能，还必须具备优异的耐候性。

2.1.1 钢结构防腐注意事项

桥面钢板顶面即砼铺装层覆盖部分的钢桥面板采用防水涂料喷涂或刷涂。防水涂料应按操作规程施工，施工前应先清除桥面杂物、灰尘等，冲洗、晾干后施工。

2.1.2 表面清洗、除污

除锈前应首先检查钢板表面，确保钢材表面无焊瘤、飞溅、针孔、飞边和毛刺等。若与要求不符，则必须通过打磨加以清除，用清洁剂或溶剂将钢板内外表面的油漆、污垢清除干净。

2.1.3 喷砂除锈

表面喷砂处理质量的优劣关系到防腐工程的成败。所有需防腐的桥梁钢结构、栏杆均应按喷砂除锈工艺进行表面处理，将构件表面的氧化皮、锈斑、铁屑、防锈涂膜、油脂、灰尘和固体污染物等彻底除净。喷砂除锈处理效果应达到：无锈迹、无污染、无氧化皮、无油污、油脂、无灰尘及其它污染，其处理后体表面呈现均匀的灰白色金属光泽，表面粗糙度达到技术要求指标。喷砂环境要求相对湿度≤80%，禁止在雨雪、结露等天气作业。喷砂环境温度高于5℃，基面实际温度高于露点温度5℃。

2.1.4 冷喷锌喷涂

钢涂层喷涂结束后，应进行涂层厚度的检验，要求每十平方米检验三处，其厚度应符合设计要求，每道涂层检测合格后进入下一道涂层。喷涂环境温度应在0℃～55℃，应严防基体表面结露，基体表面温度应高于露点温度3℃以上，相对湿度≤85%，风力太大影响操作室应停止喷涂作业。禁止在雨雪、结露等天气作业。喷涂环境要求清洁无尘或少尘。加工钢梁时在焊缝处暂不喷涂。两个施工段间连接采用焊接，在连接处距焊缝20cm范围以内的钢板在安装就位前，不应进行喷涂，待其安装就位焊接完成后，在现场补喷。

2.1.5 防腐涂装质量检查

1、材料检验：桥梁制造厂需在防腐施工前进行防腐材料快速认可检验，制作冷喷锌单层及复层样板，由监理工程师确认材料合格后方可使用。由桥梁制造厂制作提供冷喷锌单层样板，进行360小时快速划线盐雾测试，确认无起泡、生锈、脱落现象后使用。

2、涂层外观质量：按《钢结构工程施工质量验收标准》（GB50205—2020），构件表面不应误涂、漏涂、涂层不应脱皮和返锈。涂层均匀，无明显皱皮、流挂、针孔和气泡。

3.膜厚质量：用干漆膜测厚仪，认真检测每层涂层的于膜厚，必须达到规定膜厚的要求。检查方法按《钢结构工程施工质量验收标准》（GB50205—2020）标准中14.2.2条。每个构件检测5处，每处的数值为3个相距50mm测点涂层干漆膜厚度的平均值。构件主体外表面，采用“90-10”规则判定，即允许有10%的读数低于规定值，但每一单独读数不得低于规定值的90%。涂层施工与验收的其他规定可参考《城镇桥梁钢结构防腐蚀涂装工程技术规程》（CJJ/T235-2015）。

2.2 钢结构焊接

2.2.1 钢结构焊缝等级要求：原则上要求主要受力焊缝均采用一级熔透焊，次要焊缝采用二级角焊缝。焊接工艺和焊缝质量检验应按《铁路钢桥制造规范》（Q/CR 9211-2015）规定执行。

2.2.2焊接要求：无论工厂或施工现场，应优先采用自动焊，对自动焊难以实施的焊缝，可采用手工电弧焊。工地组装焊缝应充分考虑减少日温差对焊缝的影响，尽量使不同部位工地施焊时温度基本相同，应避免在阳光直射下焊接施工；工地组装时必须充分考虑支架在梁自重作用下地基的变形。块件出场前必须试拼，检查平面尺寸等，以保证出场结构误差在规范允许范围之内。焊接时应选择合理的焊接工艺及焊接顺序，以减小钢结构中的焊接应力和焊接变形。

施工单位应对采用的钢材、焊接材料、焊接方法、焊后热处理等进行焊接工艺评定，并应根据评定报告确定焊接工艺。全焊透焊缝应采用超声波探伤进行内部缺陷的检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤。合拢温度按10～15摄氏度设计，不同温度合拢应进行梁长调节,除工地安装合拢焊缝外，其余焊接工作均应按规范在工厂内加工。

2.3附属构造设计要点

2.3.1支座。支座设计分为盆式支座和活动支座两种。其中，盆式支座设计要求在保障相对滑移面和其他部分精准连接的情况下，保障四角水平，并将高差控制在1mm以内。与之相比，活动支座设计要求四氟滑板与盆式支座内部完全吻合，配套的设计包括盆式橡胶支座地脚螺栓安装孔与灌实材料。在处理纵横坡与支座方面，应包括楔形调平块，借其调节箱梁底部支座位置等。

2.3.2伸缩装置。伸缩装置设计方面，设计人员认为该环节具有一定的脆弱性，属于薄弱环节设计范围。为了预防冲击和振动对其造成的损坏，根据不同伸缩缝的关联长度在墩台位置添加适当的伸缩缝，以满足车辆运行与减小徐变后产生的位移及转角的影响。考虑到温度变化与砼收缩造成的影响，在设计伸缩缝装置方面，选择了浅埋式型钢伸缩缝。具体设计时，严格按现行《中华人民共和国交通行业标准》要求，并通过标注方式，做好施工环节对错台现象的控制等。

2.3.3疲劳度设计。设计人员在桥梁钢结构设计过程中，通过分析综合因素对钢结构使用寿命造成的影响，根据无限寿命设计、安全寿命设计、损伤容限设计要求，进行了疲劳度设计。具体设计时，一方面，根据预计的车辆通行量，对钢结构桥梁疲劳损伤和标准疲劳车辆实施了“等效折算”；另一方面，对钢结构相应疲劳结构点进行了验算与分析，并在等效计算原则指导下，计算一次加载次数、疲劳车辆影响、疲劳车轴距等。另外，损伤容限设计应做好探测裂纹长度计算。

3钢结构桥梁施工质量控制与管理的措施

3.1施工前期的质量控制与管理

首先，进行详细的方案设计和计算。根据桥梁的设计要求，确定钢结构的材质和型号，进行详细的方案设计和计算，包括钢结构的布局、尺寸、强度计算、连接方式等。同时，应该进行全面的安全评估和风险评估，识别并消除安全和质量上的潜在风险。其次，进行材料的选择和采购。钢结构桥梁的施工材料种类繁多，材料的选择应该根据设计要求、性能指标、供货能力等多方面综合考虑，确保材料的质量和供货时间。同时，在材料采购过程中，需要严格遵守质量标准和规定，防止采购到不合格的材料。再次，进行施工技术的制定和组织。根据方案设计和计算结果，制定详细的施工方案和施工组织设计，明确施工进度和质量要求，制定施工计划和施工任务，确保施工工艺和流程的合理性和可行性。最后，进行现场的检查和验收。在施工前期，应该派出专业的技术人员进行现场的检查和验收，检查材料和设备的质量，确认施工方案和施工组织设计的合理性，确保施工前期的质量控制和管理工作得到了有效执行。

3.2施工中期的质量控制与管理

首先，要保证现场施工符合设计要求和施工方案，尤其是钢结构的安装、调整、焊接、热处理等工艺环节，要按照规范和标准进行操作。在施工中，必须定期对现场工作进行监督和检查，以确保每个工艺环节的质量符合要求。其次，针对各个节点的施工质量，需要制定相应的验收标准和方法，并定期进行检测和评估。对于一些重要节点，如焊接接头和螺栓连接等，应进行无损检测和拉力测试，以确保连接质量符合要求。此外，在施工过程中还需要注意安全问题，避免人员伤亡和事故发生。要加强对施工现场的安全管理，确保施工人员严格遵守安全规定和操作规程，提高安全意识和应急能力。最后，在施工过程中要保持与监理、设计等部门的沟通与协调，及时解决施工中出现的问题，确保施工质量符合要求，工期按计划完成。同时，要及时记录施工中的质量问题和解决方案，以便后期总结和改进。

3.3施工后期的质量控制与管理

在施工后期，主要包括验收、交接和保养三个环节。首先是验收环节，验收是指施工单位和监理单位对钢结构桥梁的工程质量进行检验、确认的过程。验收内容包括桥梁的尺寸、形状、位置、表面质量、材料、焊缝等，验收结果决定了该工程是否能够投入使用。因此，在验收过程中，需要严格按照国家和地方相关规定的验收标准进行操作，确保验收结果的准确性和公正性。其次是交接环节，交接是指施工单位将钢结构桥梁工程的相关材料、设备、技术文件等资料移交给业主或维修单位的过程。在交接过程中，需要对钢结构桥梁的施工记录、材料清单、焊接记录、试验记录等进行详细的记录和整理，以便于业主或维修单位日后的检验和维修工作。最后是保养环节，保养是指对钢结构桥梁进行日常检查、保养和维修的过程，以确保其长期稳定地运行。保养工作包括桥面清洗、排水系统维护、桥梁涂层维护、螺栓紧固、伸缩缝检查、梁底防腐等，保养的好坏直接影响着钢结构桥梁的使用寿命和安全性。

结语

桥梁工程应用钢结构，有利于提高施工效率，缩短施工周期。为促进桥梁工程高质量发展，桥梁钢结构设计质量需要提高。在具体设计时，应根据实际项目制定适配性较高的策略。

参考文献

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