鋼-混組合梁橋的應用及其關鍵技術綜述

摘要：隨著我國橋梁工程事業的發展，鋼-混凝土組合梁橋作為一種新型橋梁結構，目前正廣泛應用于公路及城市立交橋中。本文結合鋼-混凝土組合梁橋的結構特點及其應用情況，分析闡述了鋼-混組合梁橋的關鍵技術，為此類橋梁結構的設計與施工提供參考。

關鍵詞：鋼-混組合梁；結構特點； 應用；關鍵技術

1 前言

隨著我國城市交通基礎設施建設的飛速發展，上跨現有道路的公路及城市立交橋越來越多。該類橋梁施工中受下穿道路通行的影響非常大。為了減少對被交道路交通的影響，縮短工期，降低風險和管理難度，采用鋼-混組合梁橋是比較適宜的。鋼-混組合結構是在鋼筋混凝土結構和鋼結構的基礎上發展起來的一種新型結構。它和混凝土箱梁相比極大地減輕了結構自重，提高了橋梁的跨越能力；和鋼梁相比減少了鋼材用量，提高了結構剛度。所以，鋼-混凝土組合梁在我國的公路及城市立交橋建設中得到了廣泛應用。

2 鋼-混組合梁橋的結構特點

組合梁橋采用剪力鍵將鋼梁與鋼筋混凝土橋面板結合成整體，鋼筋混凝土橋面板不僅直接承受車輪荷載起到橋面板的作用，而且作為主梁的上翼板與鋼梁形成組合截面，參與主梁共同作用。組合梁橋采用最多的是簡支梁橋結構形式，因為簡支梁最符合組合梁材料分布的合理原則，即梁上翼緣應是適宜受壓的混凝土板，下緣是利于受拉的鋼梁。

（1）與鋼梁相比，鋼-混組合梁具有以下特點：

a）減少了鋼材的用量，節約了造價；

b）增大了梁的剛度，有利于整體穩定性；

c）采用鋼筋混凝土橋面板，有利于瀝青面層的結合，提高橋面鋪裝的耐久性。

（2）與混凝土梁相比，鋼-混組合梁具有以下特點：

a）結構自重輕，減少了下部基礎的工程量；

b）已安裝鋼梁可作為模板使用，節省了模板工程量；

c）施工工期短，且對橋下交通的影響小；

d）降低了梁高，有利于橋下凈空利用率。

3 鋼-混組合梁橋應用情況綜述

鋼-混凝土組合梁在我國起步較晚，改革開放以前，雖有少數工程用過組合梁，但未考慮組合效應，而僅僅作為強度儲備和為方便施工而已。近年來，隨著我國橋梁科技的不斷發展，組合梁橋越來越多地被應用于公路與城市立交橋中，且應用形式也是多樣的。

3.1 鋼箱及鋼板梁-混凝土組合梁

鋼箱及鋼板梁作為傳統組合梁橋很早就被應用于橋梁建設中，而箱形截面組合梁在近幾年的應用最為廣泛。箱形截面組合梁橋的抗扭剛度很高，因此較工字形截面組合橋具有更高的穩定性和更大的剛度，適用于跨高比較大及扭轉作用較大的跨線橋和彎橋。鋼箱梁的制作費用較鋼板梁高，因此從降低造價的角度出發，對于跨度較小的組合橋不宜采用箱形截面。但鋼箱梁底板寬度較大，因此使用的鋼板厚度可相應減小，同時箱梁內部封閉性較好，有利于提高鋼梁的抗腐蝕性。

箱形截面的組合橋通常有兩種截面形式，即閉口截面鋼箱梁與開口截面鋼箱梁。其中，上端開口的鋼箱梁由腹板、底板以及寬度較小的頂板組成，制作比較方便，同時用鋼量較小。但在與混凝土橋面板形成組合截面之前，開口截面的箱形鋼梁抗扭剛度較小，頂板穩定性也較差，因此在施工過程中需要采取增加橫隔板或斜撐的措施以保證結構的穩定性。

3.2 體外預應力及波形鋼腹板組合梁

體外預應力可減小構件截面尺寸，并便于施工和維護管理。在鋼箱截面組合梁的基礎上，又進一步發展了波形鋼腹板組合梁橋。波形鋼腹板具有較強的抗剪和抗屈曲能力，而縱向抗壓能力較低，作為混凝土箱梁腹板時幾乎不對縱向預應力產生抵抗，從而大大提高了預應力導入的效果，使得上、下混凝土翼板在恒載作用下均處于體外預應力所引起的受壓狀態。1986年，法國首次設計和建造了采用波形鋼腹板的Cognac 組合橋。此后，法國、日本等國建成了多座波形鋼腹板組合橋。目前，我國正在對這種橋梁形式開展研究工作，但在應用中仍存在很多問題尚待解決。

3.3 組合剛構橋

當發生強烈地震時，橋梁可能由橋墩震落發生事故。在地震區的橋梁通常都需要設置一定的抗震設施，但震害調查表明，此類裝置有時不能有效發揮作用。連續梁橋與剛構橋是超靜定結構，其抗震性能比簡支梁橋好。將鋼-混凝土組合梁與橋墩固結后所形成組合剛構橋，既可以減少橋面系的受力，又能夠減少支座的使用，在很多情況下具有一定的應用價值。對于組合剛構橋，設計與施工時需要重點解決的問題是保證橋面的荷載能有效地傳遞到橋墩，即梁-墩節點處的構造。

3.4 大跨拱橋及斜拉橋的組合橋面系

對于主跨超過150m 的橋梁，常常采用拱橋或斜拉橋結構形式。對于大跨度斜拉橋甚至懸索橋，采用組合橋面可以提高經濟性。橋面彎矩主要由鋼結構部分承擔，軸向力則主要由鋼筋混凝土板承擔。此外，使用鋼-混凝土組合橋面系代替昂貴的正交異性鋼橋面板，還可以解決鋼橋面系剛度不足以及易導致瀝青鋪裝發生破壞的問題。

4 鋼-混組合梁橋的關鍵技術

為了使得鋼筋混凝土橋面板與鋼梁共同工作，兩者之間必須設置剪力鍵。它主要用來承受鋼筋混凝土橋面板與鋼梁接觸面之間的縱向剪力，防止橋面板與鋼梁之間相對滑移，此外，它還起抵抗兩者之間的掀起作用，因此剪力鍵的作用尤為關鍵。

4.1 剪力鍵的分類

目前，剪力鍵按照應用形式分類可分為以下幾種：

（1）鋼筋剪力鍵

鋼筋剪力鍵可以采用斜鋼筋或螺旋鋼筋，由于其抗彎剛度相對較小，鋼筋本身的彎曲會使混凝土板與型鋼梁之間產生一定的滑移，縱向剪力會使剪力鍵變形，連接件將產生彎曲應力，混凝土產生不均勻壓應力，從而靠近剪力鍵根部的混凝土發生剪壓破壞。

（2）型鋼剪力鍵

型鋼剪力鍵通常采用角鋼、T形鋼、槽鋼、工字鋼等，該類剪力鍵抗剪剛度很大，作用在混凝土上的壓應力為均勻分布，破壞形態為剪力鍵前混凝土壓壞或者剪力鍵之間混凝土剪切破壞。

（3）圓柱頭焊釘剪力鍵

焊釘為焊接于鋼梁翼板的大頭螺釘，該剪力鍵力學性能不依存方向，焊釘焊接技術成熟，施工簡單，受力可靠，并且混凝土的應力集中較小，因此目前被各個國家廣泛使用。

（4）開孔鋼板剪力鍵

開孔板剪力鍵由帶孔鋼板組成，穿過這些鋼板孔灌注混凝土，成型后形成一系列混凝土榫來抵抗剪力，這種剪力鍵的設置具有方向性，抗剪剛度大，抗疲勞性能好，圓孔中貫通鋼筋，更能增大抗剪強度。

（5）鋼與有機材料組合剪力鍵

鋼與有機材料組合剪力鍵也稱為剛度滯后型剪力鍵，是通過在栓釘根部用硬化型環氧樹脂包裹，調整硬化劑的加入量來控制硬化時間，可以達到剛度滯后的目的。這類剪力鍵目前在國內工程應用較少。

4.2 剪力鍵的設計方法

剪力鍵的設計方法可分為彈性分析的容許應力法和塑性分析的極限狀態法。彈性設計法認為疊合面不發生相對滑移，根據梁的豎向剪力的設計值，確定所需剪力鍵的數量。塑性分析法則考慮了疊合面事實上存在的相對滑移，認為各剪力鍵受力基本相等，可以等距離布置。在實際工程設計中，通常按剪力鍵的彈性塑性方法分別進行計算，取偏于安全的計算結果并考慮構造要求進行剪力鍵的布置。

5 結語

鋼-混凝土組合梁橋充分發揮了鋼材和混凝土的力學特性，并具有很好的施工性能。我們相信，隨著科學研究工作的深入開展，設計規范、規程的齊全和完善，隨著我國鋼產量的不斷增加和人們對鋼-混凝土組合結構優越性認識的不斷提高，組合橋將會在我國橋梁建設事業中發揮越來越重要的作用。

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