鋼—混組合結(jié)構(gòu)在橋梁工程中的應(yīng)用

李昌彬

【摘要】鋼-混組合鋼結(jié)構(gòu)充分利用鋼材的抗拉性能與混凝土的抗壓性能，能顯著改善鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和提高經(jīng)濟(jì)性。本文介紹了鋼-混組合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及在各種不同類型橋梁中的應(yīng)用，以及鋼混組合梁結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。鋼-混組合結(jié)構(gòu)橋梁由于其整體受力的經(jīng)濟(jì)性、發(fā)揮鋼與混凝土兩種材料各自優(yōu)勢的合理性、以及便于施工的突出優(yōu)點(diǎn)，在橋梁建設(shè)中占有重要地位。

【關(guān)鍵詞】組合結(jié)構(gòu)；應(yīng)用；發(fā)展趨勢

引言

最近的二十余年，全球發(fā)生了許多次大地震，造成了非常慘重的生命財(cái)產(chǎn)損失，地震災(zāi)害的共同特點(diǎn)是：由于橋梁工程遭到嚴(yán)重破壞，切斷了震區(qū)交通生命線，造成救災(zāi)工作的巨大困難，使次生災(zāi)害加重，導(dǎo)致了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在世界上發(fā)生7級以上毀滅性大地震災(zāi)害中，以熱軋H型鋼為主的鋼結(jié)構(gòu)建筑受害程度最小，因此若用于設(shè)計(jì)橋梁上部結(jié)構(gòu)彈塑性減震限位阻尼器，具有很大的潛力和廣闊的應(yīng)用前景。

一、鋼-混組合結(jié)構(gòu)梁橋優(yōu)勢

鋼-混凝土組合梁，通過較為簡單的處理方式綜合了混凝土梁和鋼梁的優(yōu)勢。組合梁保留受壓區(qū)的混凝土翼板，受拉區(qū)則只配置鋼梁，二者之間通過抗剪連接件組合成整體。這樣，既不會(huì)產(chǎn)生混凝土受拉開裂的問題，也不會(huì)因鋼梁受壓側(cè)剛度較弱而發(fā)生失穩(wěn)，同時(shí)還具備較高的剛度和較輕的自重。鋼-混凝土結(jié)合梁橋在中等跨度（20～90m）橋梁中已在世界各地廣泛應(yīng)用。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：組合結(jié)構(gòu)橋梁可以充分合理地發(fā)揮鋼與混凝土兩種材料的各自優(yōu)勢，可以最大程度地實(shí)現(xiàn)工廠化制造，減少現(xiàn)場操作，場地清潔較有保證，鋼材部分可回收利 用，有利于環(huán)保、節(jié)能，且具有整體受力的經(jīng)濟(jì)性與 工程質(zhì)量的可靠性。與鋼橋相比有：節(jié)省鋼材；降低建筑高度；減少 沖擊，耐疲勞；減少鋼梁腐蝕；減少噪音；維修養(yǎng)護(hù)工 作量較少等。與混凝土橋相比有：重量較輕；制造安裝較為容易；施工速度快、工期短等。

二、鋼-混組合結(jié)構(gòu)在各種橋梁中的應(yīng)用

鋼混組合結(jié)構(gòu)橋梁種類繁多，但總的來說可以分為兩類：第一類是在同一截面內(nèi)采用鋼與混凝土兩種材料，通過剪力連接件來實(shí)現(xiàn)鋼與混凝土的共同作用，稱為組合梁，也有學(xué)者稱之為結(jié)合梁：另一類是在橋梁的各個(gè)部位分別采用混凝土梁、鋼梁以及組合梁的兩種或三種形式，通過結(jié)合段來連接不同材料的部位，一般稱之為混合梁。具體到各種橋型，則可以大致分為以下幾種：

1、組合鋼板梁橋。通過連接件把工字形鋼板梁與混凝土橋面板組合起來，使鋼板梁的抗彎剛度大幅度提高，從而能減小梁高，增大跨徑。隨著施工技術(shù)的進(jìn)步，組合鋼板梁橋還發(fā)展出鋼一預(yù)制混凝土板組合梁、鋼.混凝土疊合板組合梁以及壓形鋼板組合梁等形式。

2、組合箱梁橋。為提高截面抗彎、抗扭剛度，可以將閉合截面鋼箱梁與混凝土橋面板加以組合。不過這種組合形式的鋼頂板未充分利用，因此出現(xiàn)了槽形截面鋼箱梁與混凝土橋面板的組合形式，由于取消了鋼頂板，這種組合形式可以節(jié)省材料，但是施工精度及控制要求較高。法國工程界提出的波折腹板組合箱梁橋，利用波折鋼板代替混凝土腹板，減輕了結(jié)構(gòu)自重：同時(shí)由于波折鋼板的縱向剛度小，預(yù)應(yīng)力能有效施加，項(xiàng)板地板接近于單獨(dú)受力，減少了收縮徐變以及溫差的影響。

3、組合桁架橋。第一種是將鋼桁架梁與混凝土橋面板組合，與組合鋼板梁類似，但這種組合形式由于桁架與混凝土板的接觸面小，連接件設(shè)計(jì)較困難。另一種形式是將混凝土箱梁的腹板用桁架腹桿代替，相對于混凝土箱梁來說，減輕了自重；相對于桁架梁來說，增大了抗彎剛度，減小了桿件的變形，只是這種形式的施工難度也較大。

4、組合拱橋。最常見的是鋼管混凝土拱橋，在鋼管的約束下，混凝土的承載力大幅度提高，而內(nèi)填混凝土對鋼管提供了有效的側(cè)向約束，防止鋼管的屈曲；鋼管混凝土拱橋的施工也很容易，但是內(nèi)填混凝土的填充質(zhì)量是施工的難點(diǎn)。另外一種組合截面是型鋼混凝土拱橋，采用型鋼作為施工模板的支撐。此外還有在拱肋采用混合結(jié)構(gòu)的形式，上部拱肋為混凝土結(jié)構(gòu)，下部為鋼管混凝土以增強(qiáng)

拱腳的強(qiáng)度。另外一種混合結(jié)構(gòu)是采用混凝土拱肋與承重鋼梁的組合，可以減輕上部結(jié)構(gòu)自重。

5、組合剛構(gòu)橋?；炷炼张c上部鋼梁的組合，上部鋼梁可以采用組合鋼板梁、鋼箱梁或鋼桁架梁。由于上部結(jié)構(gòu)的重量減輕，抗震性能得到提高，且更適于懸臂法施工。

6、組合斜拉橋。通常依據(jù)主梁所使用的材料對斜拉橋進(jìn)行分類。當(dāng)主梁用鋼材，而主塔采用鋼筋混凝土?xí)r，從整個(gè)結(jié)構(gòu)體系來看應(yīng)該屬于組合結(jié)合斜拉橋，但一般仍稱之為鋼斜拉橋。由此組合斜拉橋可以分為兩類：第一類是組合梁斜拉橋，也稱結(jié)合梁斜拉橋，即主梁采用上述各種組合截面形式，如組合鋼板梁、組合箱梁、波折腹板組合箱梁等。另外一種稱為混合梁斜拉橋，在邊跨采用混凝土梁，中跨采用鋼梁或者組合梁。連續(xù)梁橋也有采用這種組合形式的布置以改善梁體內(nèi)力。當(dāng)主塔采用鋼塔與混凝土塔混合，或采用鋼管混凝土塔、型鋼混凝土

塔時(shí)，可以稱之為組合塔斜拉橋。

三、鋼-混組合梁結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

20世紀(jì)80年代以來，國際橋梁及結(jié)構(gòu)工程協(xié)會(huì)（IBASE）多次召開國際學(xué)術(shù)會(huì)議，對組合結(jié)構(gòu)橋 梁在研究、設(shè)計(jì)、施工等方面的發(fā)展進(jìn)行交流和研討，進(jìn)一步促進(jìn)組合結(jié)構(gòu)橋梁的發(fā)展。

在法國，組合結(jié)構(gòu)橋梁最具競爭力的跨徑范圍 為30～110m，跨度在40～100m 范圍內(nèi)的公路橋梁中85%都是組合結(jié)構(gòu)橋梁；而TGV高速鐵路橋梁中組合結(jié)構(gòu)橋梁的比例占45%，之后建設(shè)的高速鐵路橋梁中組合結(jié)構(gòu)橋梁的比例更高。

在英國，大多數(shù)20～160m及以上跨徑的公路橋，組合結(jié)構(gòu)橋梁競爭力很強(qiáng)；德國及美國組合結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用更廣泛。

總之，組合結(jié)構(gòu)橋梁由于其整體受力的經(jīng)濟(jì)性、發(fā)揮鋼與混凝土兩種材料各自優(yōu)勢的合理性、以及便于施工的突出優(yōu)點(diǎn)，在歐美、日本等國的橋梁建設(shè)中占有重要地位，法國、美國的應(yīng)用范圍更加廣泛，

四、結(jié)語

組合結(jié)構(gòu)橋梁由于其整體受力的經(jīng)濟(jì)性、發(fā)揮鋼與混凝土兩種材料各自優(yōu)勢的合理性、以及便于施工的突出優(yōu)點(diǎn)，在歐美、日本等國的橋梁建設(shè)中占有重要地位，法國、美國的應(yīng)用范圍更加廣泛。目前，鋼一混組合結(jié)構(gòu)梁橋在設(shè)計(jì)和施工中仍存在著很多問題，需要在不斷的研究中改進(jìn)和提高。其中，鋼梁和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁之間的結(jié)合部是混合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和推廣的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

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