钢结构桥梁耐久性提升技术研究

钢结构桥梁耐久性提升技术研究

张丙清

华设设计集团股份有限公司 210000

摘要:为了避免钢材锈蚀对桥梁整体结构的稳定性造成的损害、安全隐患和巨大的经济损失，定期涂装等锈蚀作业将消耗大量的人力和财力；钢结构桥梁具有许多优良的性能，为避免钢桥的水平腐蚀提供了一种很好的方法。但它也有其固有的缺陷。从钢结构的耐久性出发，介绍了钢结构桥梁的主要结构形式，总结了各种钢结构桥梁耐久性提升策略。

关键词: 钢结构，桥梁 ，耐久性，检测.

一、引言

本文主要介绍了影响我国钢结构桥梁耐久性的施工和质量管理问题，并分析了国内外桥梁耐久性的现状，加强钢结构桥梁施工技术和质量管理的实践，提高桥梁施工质量管理水平和相关技术标准，为提高我国桥梁施工质量提供技术支持。随着交通运输的快速发展，桥梁作为交通枢纽的作用越来越重要，已成为区域经济发展的纽带。特别是近几十年来，中国修建了多种公路桥梁、铁路桥梁、铁路两用桥、城市桥梁和山峰。然而，这些桥梁，尤其是钢筋混凝土桥梁，在使用过程中存在结构裂缝、钢筋锈蚀、混凝土老化、裂缝等问题，许多桥梁的耐久性显著降低。此外，其他破坏性事故甚至在达到规定的使用寿命之前发生问题。实际上,产生上述缺陷与问题的因素还有许多。结构设计刚度不够,无论受到运营负荷的不利影响或是与施工或其他原因相关,桥梁构件的耐久性都不够。大桥耐久不足,已成为世界各界共同关心的问题。提高耐久是二十一世纪世界大桥技术进展的最主要标志之一。

2. 加强桥梁设计耐久性的有效措施分析

应注意钢结构的耐久性，桥梁在施工和使用过程中受到环境和有害化学物质的侵蚀，影响车辆、风、地震、疲劳和超载等外部因素。同时，桥梁所用材料的性能恶化，导致结构各部分损伤程度的变化和恶化。到目前为止，钢结构桥梁几乎没有发生严重的坍塌或损坏，但由于桥梁的耐久性问题，会出现很多需要考虑问题，这些问题大多与缺乏足够的耐久性设计有关。许多案例表明，除了结构和材料的原因外，结构缺陷（即设计错误）也是结构耐久性的决定性因素。20世纪90年代以来，国内外对结构可持续性的研究越来越重视，并取得了一些成果。这些研究大多是从材料和统计分析的角度进行的，但为了提高钢结构桥梁的耐久性，从结构和设计的角度来看，很少有人考虑提高桥梁耐久性的方法。此外，人们长期以来一直关注结构计算方法的研究，而忽视了结构的整体性和细节处理，结构耐久性设计与传统结构设计之间存在显著差异。目前，有必要从定性研究转向定量研究。

注意疲劳损伤的研究，桥梁结构引起的车辆荷载和风荷载不仅会引起结构振动，还会引起动荷载的累积疲劳损伤。由于钢结构桥梁所用材料的均匀性和不连续性，实际上存在许多小缺陷。在反复应力作用下，这些微缺陷逐渐发展，引起宏观损伤，并逐渐形成裂纹。如果宏观撕裂得不到有效控制，很可能导致材料和结构的脆性损伤。初始疲劳损伤通常很难检测，但结果往往很悲惨。疲劳损伤一直是钢桥施工中的核心问题。钢结构中存在许多由钢结构疲劳引起的裂缝，许多桥梁因疲劳而倒塌。近二十年来，疲劳损伤的研究已进入混凝土结构领域，但对锈蚀钢筋混凝土构件的动力性能和疲劳寿命的研究仍需加强。疲劳损伤检查仅涉及一般结构。事实上，主要构件的局部疲劳失效，如悬索桥锚固端的疲劳失效，往往会导致整个结构的失效。车辆超载主要有三种情况：一是早期修建的旧桥未考虑到交通行业会发展如此迅速，早期的制造业技术还未成熟，外加车流量日益倍增长期运行作用下造成超荷载；第二，该桥的交通流量超过了原设计；第三，非法超载车辆。前者主要是由于设计荷载的变化和交通量的增加，即车辆用户非法超载，而后者在中国道路交通中更为常见。另一方面，桥梁超载会导致疲劳问题，超载增加了桥梁的疲劳范围，加剧了桥梁的损伤，并导致一些由超载引起的结构损伤事故。另一方面，超载引起的桥梁内部损伤无法恢复，桥梁在正常荷载作用下的运行状态发生变化，危及桥梁的安全性和耐久性。

三、钢结构桥梁施工工艺及耐久性提升技术

3.1、钢结构桥梁施工设备

桥梁钢结构安装准备主要集中在技术准备、机械设备和材料方面。在建造铁桥时，应发挥以下特点。

首先，生产主要包括钢结构的连接数量、起重设备和相关机械的选择、施工步骤的确定和减少以及缠绕材料的选择。钢结构桥施工前，认真阅读和了解施工项目的进度、施工组织机构的组成、钢环的布置、质量标准的制定和安全措施的制定。安装过程中如发现问题，应及时联系业主和设计部门，解决问题和安全隐患，方可安装。在选择起重机时，应注意机械设备的总量和型号，满足施工技术和施工时间的需要。

首先，确定起重机之间起重设备的工作内容和协调，根据设计内容的要求，将设计深度转移到关键部件上，纵向运行柱配置为从内到外反应。建造大型钢桥时，主支架的位置较大，需要在截面上卷起。钢结构上部钢柱基础的设计一般在施工中进行，由于锚栓的连接，钢柱与基础之间的连接部分是整个桥梁钢结构。设计该零件时，必须注意确保地脚螺栓的正确安装位置和高度。桥梁钢结构的基础支承面和地脚螺栓的挠度必须符合上述设计标准。

四、 基于施工工艺的桥梁耐久性分析

4.1、桥梁耐久性的质量控制

钢结构桥梁结构参数监测是指在钢结构桥梁施工前，对工程监测中的各种数据进行仿真分析，并利用准确的计算结果来减少后续设计误差等所谓的结构参数控制。随着技术水平的提高，各种先进技术被应用到钢桥施工中。例如，BIM技术在桥梁设计和施工中的广泛应用，可以实现钢结构桥梁的三维建模，从空间角度分析设计数据和设计精度。这有助于控制桥梁的结构参数。随时控制弹性模量的选择和桥梁的性能，尤其是随时控制材料的选择和桥梁的性能施工荷载控制和压力控制。及时评估各种参数的误差，防止桥梁变形。钢结构桥梁施工项目对桥梁施工质量有很大影响。为了实现钢结构桥梁施工质量管理的最终目标，钢结构桥梁施工质量管理只能在每个项目的施工管理中进行。钢结构桥梁通常采用分段悬臂施工技术，如桥梁结构、分段悬臂结构和分段合拢结构。具体的设计方法，如特定标记、张拉和吊装、无压计算、钢结构的制造和预制、大型钢筋的运输、现场组装和缠绕材料，影响整个主体。因此，在这个过程中，我们必须注意每个过程的质量验收，这必须得到可靠的质量管理的支持，桥梁钢结构施工质量管理。

4.2、耐久性的安全系数

桥梁结构的安全性是合理确定桥梁结构可靠性的基础。在正常使用条件下，结构满足预定使用要求的能力是指结构在正常使用条件下随时间满足预定功能要求的能力。桥梁结构的安全评估是对桥梁结构的可靠性进行评估，主要是评估和确定结构的强度。在此基础上，对高速公路桥梁的施工进行了研究。结构可靠性指数β是衡量桥梁结构可靠性的一个相对统一的定量指标，它是边界状态概率设计中衡量结构安全性的主要指标。我国公路主桥结构采用符合我国公路桥梁结构可靠性设计标准的边界状态承载力客观可靠度评估指标。目前，我国桥梁结构的安全可靠性评估主要基于桥的设计规范。

在20世纪70年代后,全世界的研究焦点都聚集到混凝土的耐久性上了。"我注意到,建筑物的耐久性及其耐久性只能在指定的保质期内维持,所有部件只能在指定的保质期内满足建筑物的原始性能要求。"近年来,国外专家们认为,"预测耐久性不是一门真正的科学,预测建筑物的寿命只能是一种估计"。而建筑设计依据中规定的功能要件,是满足桥梁安全性评价的最主要准则也是桥梁安全性评价的关键点。研究和评价桥梁结构的耐久性，对于延长桥梁结构的使用寿命，预防重大事故的发生，具有重大的经济效益和社会效益。一般来说，桥梁的耐久性是对未来的预测。国际标准ISO 2349:1998规定了结构可靠性的一般原则。“结构设计的目的是将结构和部件的故障风险降至最低，并确保其可靠性。使用目的、结构所需性能、环境条件、材料性能、结构体系、部件形状、详细结构和使用寿命设计，强调过程质量和控制水平

五、 钢结构桥梁耐久性提升

5.1、钢结构桥梁耐久性提升策略

应当更加重视结构的耐久性，因为桥梁结构在建造和运用的过程中常遭受环境和有害物质的腐蚀,受车辆、风力、地震、机械疲劳和超载等外部影响。同时,由于桥梁中各种材质的特性变化,引起结构各组成部分磨损程度的改变和下降。在长距离桥梁建设领域,从20世纪80年代开始,在我国建造了不少钢结构桥梁。到目前为止,它基本都不会坍塌或严重损坏。

注意疲劳损伤的研究，桥梁结构引起的车辆荷载和风荷载不仅会引起结构振动，还会引起动荷载的累积疲劳损伤。

由于桥梁所使用金属材料的均匀特性和不连续性,实际上具有很多细小缺陷。在反复应力作用下,上述缺点逐步发展和破坏,在材料中逐步产生了宏观裂缝。一旦宏观撕裂力不能有效抑制,很可能造成材料和构件的脆性破坏。虽然初始疲劳破坏一般都很难检测,但后果却通常很悲惨。疲劳磨损一直是钢桥施工中的核心问题。钢结构中出现了许多因钢结构疲劳造成的裂纹,不少桥梁也由于疲劳而坍塌。近二十多年来,对疲劳磨损的研究已步入混凝土构件范畴,但对锈蚀钢砼结构的动力特性和疲劳寿命的研究仍须加强。

小结

桥梁技术的耐久性延伸到桥梁的整个生命周期，还包括快速、顺利地进入整条线路。这必须通过适当的结构设计和严格的施工质量来保证。保证了钢筋混凝土桥梁施工的耐久性，具有良好的经济效益和社会效益。只有不断提高钢桥的施工质量，桥梁工程才能安全、永久地运行。钢结构桥梁作为国民经济发展的重要基础，发挥着越来越重要的作用。

参考文献：

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