鋼—混組合結構在橋梁工程中的應用

李昌彬

【摘要】鋼-混組合鋼結構充分利用鋼材的抗拉性能與混凝土的抗壓性能，能顯著改善鋼結構的力學性能和提高經濟性。本文介紹了鋼-混組合結構的結構特點以及在各種不同類型橋梁中的應用，以及鋼混組合梁結構發展現狀及趨勢。鋼-混組合結構橋梁由于其整體受力的經濟性、發揮鋼與混凝土兩種材料各自優勢的合理性、以及便于施工的突出優點，在橋梁建設中占有重要地位。

【關鍵詞】組合結構；應用；發展趨勢

引言

最近的二十余年，全球發生了許多次大地震，造成了非常慘重的生命財產損失，地震災害的共同特點是：由于橋梁工程遭到嚴重破壞，切斷了震區交通生命線，造成救災工作的巨大困難，使次生災害加重，導致了巨大的經濟損失。據統計，在世界上發生7級以上毀滅性大地震災害中，以熱軋H型鋼為主的鋼結構建筑受害程度最小，因此若用于設計橋梁上部結構彈塑性減震限位阻尼器，具有很大的潛力和廣闊的應用前景。

一、鋼-混組合結構梁橋優勢

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勢。組合梁保留受壓區的混凝土翼板，受拉區則只配置鋼梁，二者之間通過抗剪連接件組合成整體。這樣，既不會產生混凝土受拉開裂的問題，也不會因鋼梁受壓側剛度較弱而發生失穩，同時還具備較高的剛度和較輕的自重。鋼-混凝土結合梁橋在中等跨度（20～90m）橋梁中已在世界各地廣泛應用。它的主要優點是：組合結構橋梁可以充分合理地發揮鋼與混凝土兩種材料的各自優勢，可以最大程度地實現工廠化制造，減少現場操作，場地清潔較有保證，鋼材部分可回收利 用，有利于環保、節能，且具有整體受力的經濟性與 工程質量的可靠性。與鋼橋相比有：節省鋼材；降低建筑高度；減少 沖擊，耐疲勞；減少鋼梁腐蝕；減少噪音；維修養護工 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-混組合結構在各種橋梁中的應用

鋼混組合結構橋梁種類繁多，但總的來說可以分為兩類：第一類是在同一截面內采用鋼與混凝土兩種材料，通過剪力連接件來實現鋼與混凝土的共同作用，稱為組合梁，也有學者稱之為結合梁：另一類是在橋梁的各個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。隨著施工技術的進步，組合鋼板梁橋還發展出鋼一預制混凝土板組合梁、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，減輕了結構自重：同時由于波折鋼板的縱向剛度小，預應力能有效施加，項板地板接近于單獨受力，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，連接件設計較困難。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，而內填混凝土對鋼管提供了有效的側向約束，防止鋼管的屈曲；鋼管混凝土拱橋的施工也很容易，但是內填混凝土的填充質量是施工的難點。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構的形式，上部拱肋為混凝土結構，下部為鋼管混凝土以增強

拱腳的強度。另外一種混合結構是采用混凝土拱肋與承重鋼梁的組合，可以減輕上部結構自重。

5、組合剛構橋。混凝土墩與上部鋼梁的組合，上部鋼梁可以采用組合鋼板梁、鋼箱梁或鋼桁架梁。由于上部結構的重量減輕，抗震性能得到提高，且更適于懸臂法施工。

6、組合斜拉橋。通常依據主梁所使用的材料對斜拉橋進行分類。當主梁用鋼材，而主塔采用鋼筋混凝土時，從整個結構體系來看應該屬于組合結合斜拉橋，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。連續梁橋也有采用這種組合形式的布置以改善梁體內力。當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，可以稱之為組合塔斜拉橋。

三、鋼-混組合梁結構發展現狀及趨勢

20世紀80年代以來，國際橋梁及結構工程協會（IBASE）多次召開國際學術會議，對組合結構橋 梁在研究、設計、施工等方面的發展進行交流和研討，進一步促進組合結構橋梁的發展。

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

在英國，大多數20～160m及以上跨徑的公路橋，組合結構橋梁競爭力很強；德國及美國組合結構橋梁應用更廣泛。

總之，組合結構橋梁由于其整體受力的經濟性、發揮鋼與混凝土兩種材料各自優勢的合理性、以及便于施工的突出優點，在歐美、日本等國的橋梁建設中占有重要地位，法國、美國的應用范圍更加廣泛，

四、結語

組合結構橋梁由于其整體受力的經濟性、發揮鋼與混凝土兩種材料各自優勢的合理性、以及便于施工的突出優點，在歐美、日本等國的橋梁建設中占有重要地位，法國、美國的應用范圍更加廣泛。目前，鋼一混組合結構梁橋在設計和施工中仍存在著很多問題，需要在不斷的研究中改進和提高。其中，鋼梁和預應力鋼筋混凝土梁之間的結合部是混合結構的應用和推廣的最關鍵環節。

參考文獻

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