鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)在橋梁工程中的應(yīng)用

文/中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門(mén)分公司 陳繼

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)作為節(jié)能、環(huán)保、生態(tài)型材料，廣受業(yè)界人士青睞。該結(jié)構(gòu)充分了發(fā)揮鋼和混凝土兩種材料優(yōu)點(diǎn)，是一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式更為合理，受力性能更加優(yōu)異。

形式及特點(diǎn)

鋼-混凝土組合的結(jié)構(gòu)形式

之前的橋梁結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)了木質(zhì)結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)以及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展，其鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)是橫向地結(jié)合混凝土以及鋼筋在抗剪力的作用下，進(jìn)行連接的構(gòu)件。在我國(guó)，主要有以下幾類：壓型鋼混凝土復(fù)合鋼板、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、核心筒復(fù)合梁、鋼和混凝土組合柱等。其中，鋼和混凝土組合柱最初在20世紀(jì)80年代的高速公路橋墩最先使用。組合柱優(yōu)于其他地震結(jié)構(gòu)，其延性、抗震以及強(qiáng)度都有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。在橋梁施工中，鋼管混凝土柱得到更廣泛的使用，使橋梁的抗震能力得到提高，剛性和強(qiáng)度也得到增強(qiáng)。

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

在承力相同的情況下，材料可以更好地發(fā)揮其性能。鋼材用量得以減少，非復(fù)合梁中，可節(jié)約15%至20%的鋼材用量。同樣的條件下，在加強(qiáng)混凝土對(duì)鋼梁的剛度時(shí)，可以認(rèn)為鋼結(jié)構(gòu)形式法蘭高度比非組合梁高30%，對(duì)地基的承載力減少。鋼筋混凝土穩(wěn)定性會(huì)受到鋼梁的翼緣寬度的影響，當(dāng)翼緣寬度加大時(shí)，其更加穩(wěn)定。橫向組合模式不僅可以提高鋼梁的整體剛度，還可以提高其穩(wěn)定性。當(dāng)剛度和穩(wěn)定性得到改善時(shí)，鋼梁的整體疲勞強(qiáng)度就得以降低。此外，組合模式和鋼橋或混凝土橋相比，還具有低噪音，重量輕，建造時(shí)間短，安裝更方便的優(yōu)點(diǎn)。

具體應(yīng)用

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)出現(xiàn)于20世紀(jì)初，但是我國(guó)的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的研究開(kāi)展得比較晚，而且推廣應(yīng)用較為緩慢，直到20世紀(jì)50年代才開(kāi)始研究并應(yīng)用于工程當(dāng)中。鋼混組合結(jié)構(gòu)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用，人們?cè)絹?lái)越重視其在高層建筑中的應(yīng)用。

槽型鋼-混凝土組橋梁

槽型鋼-混凝土組橋梁的運(yùn)用有兩種方式：一是加工、處理“U”形鋼，包括鋼梁現(xiàn)場(chǎng)澆注后的安裝和澆筑鋼梁，通過(guò)剪切，鋼筋會(huì)和混凝土成為一個(gè)整體，鋼筋和混凝土的性能得到充分發(fā)揮，優(yōu)化了橋梁建設(shè)的硬件，使其實(shí)際性能得到最大限度優(yōu)化；二是在受拉區(qū)，放一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)和混凝土凹槽的外化復(fù)合結(jié)構(gòu)，以下翼緣作為縱梁，使用時(shí)，混凝土出現(xiàn)縫隙的頻率就會(huì)降低，減輕了對(duì)橋梁的外部影響，不僅增加了橋梁的承載條件，也減少了加固材料的數(shù)量。

波形鋼腹板組合橋梁

混凝土澆筑過(guò)程中，因?yàn)樵诂F(xiàn)場(chǎng)搭建了腳手架，施工空間都會(huì)受到影響，使用波形鋼腹板可以改善這一狀況?；炷涟宓耐鈧?cè)可設(shè)置波形鋼板，因?yàn)殇摪寰哂懈玫睦煨?，橋梁的剛性結(jié)構(gòu)性能得到加強(qiáng)，可以預(yù)防開(kāi)裂的強(qiáng)度。使用這種類型的橋梁施工，能有效地降低腹板的黏結(jié)強(qiáng)度。

鋼-混凝土組合剛構(gòu)橋

橋墩梁結(jié)加固后，由于豎向荷載作用，在梁端處會(huì)產(chǎn)生負(fù)彎矩，且正彎矩也減小，中段的界面也相應(yīng)減少。傳統(tǒng)上會(huì)使用臨時(shí)錨固，這容易導(dǎo)致梁受到損壞。鋼-混凝土組合剛構(gòu)橋，可以實(shí)現(xiàn)更好的抗震性能，而且用料少，外觀效果好，所以適用性更強(qiáng)。

耐久性措施

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用的最大問(wèn)題就是腐蝕，鋼桁架、混凝土合橋與波紋鋼腹板梁橋都存在這個(gè)問(wèn)題。一般會(huì)通過(guò)涂裝工藝解決腐蝕問(wèn)題。其缺點(diǎn)是操作起來(lái)比較麻煩，而且會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，因此使用較少。很多國(guó)家目前采用電弧鋅鍍層鋁，這一方法在非鋅合金處理上防腐效果非常好。注塑試驗(yàn)確認(rèn)了鹽霧效果的有效性∶在50年內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)的表面完好，可見(jiàn)防腐效果很好。因?yàn)檫@一方法操作簡(jiǎn)便，效率高，成本降低，在防腐工作中具有很好的前景。

不足及前景展望

目前我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)，使用工藝比較落后，而且產(chǎn)生很多的能耗，污染嚴(yán)重，成本高。

其次，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，因造價(jià)成本較高而最終被舍棄。鋼-混結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)和純鋼結(jié)構(gòu)相比，純鋼結(jié)構(gòu)在成本上具有更大的優(yōu)勢(shì)，但就結(jié)構(gòu)性能而言，前者更勝一籌。部分施工單位只考慮到短期的經(jīng)濟(jì)效益，就選擇了純鋼結(jié)構(gòu)。

再次，由于腐蝕等問(wèn)題，鋼-混結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較高，這需要加緊研究，改進(jìn)其化學(xué)成分。在我國(guó)，耐候鋼在已經(jīng)逐步得到推廣應(yīng)用，很多金屬腐蝕問(wèn)題得以解決，但如何確保其質(zhì)量問(wèn)題，確保防腐效果，需要進(jìn)一步探索。

此外，存在鋼制橋梁的橋面問(wèn)題。鋪裝橋面時(shí)，其剪切會(huì)收到破壞，但處理表層的工藝比較復(fù)雜。所以材料是非常重要的，也就是材料必須抗剪應(yīng)力，選擇黏結(jié)層材料，可以使其鋪裝層實(shí)現(xiàn)剛性與柔性相結(jié)合，提高抗剪應(yīng)力，且其具有熱穩(wěn)定性好、抗扭變、防水抗?jié)B的特點(diǎn)，可推廣使用。