裝配式組合梁發展研究綜述

張云龍 朱原稷 王 靜

（吉林建筑大學交通科學與工程學院， 長春 130118）

0 引言

1970年前后，美國實施了橋梁快速施工計劃(Accelerated Bridge Construction,簡稱ABC計劃)，利用在工廠預制橋梁結構相關構件，運至現場進行拼裝施工，大大地提高了橋梁建設速度[1-3]。在關乎國民經濟命脈的基礎交通領域上，我國積極順應基礎設施建設工業化、現代化的發展潮流。據不完全統計，在我國眾多類型的橋梁中50m以下的橋梁大部分采用的是預制裝配式結構，其主要截面形式包括：空心板、T梁以及箱梁等。從總體看，這類橫向裝配式橋梁的工業化程度還很有限；此外，這類橋梁在日常運營過程中也出現了許多病害問題，比如縱向的裂縫和單板受力等[4]。

新型裝配式鋼混組合梁的出現較好地解決了上述問題。與我國廣泛存在的常規鋼筋混凝土梁橋相比，它不僅縮短了橋梁的施工工期，且其橫向整體預制的橋面板還有利于克服常規裝配式鋼筋混凝土梁橋橫向整體性差的問題；與此同時，以鋼作為主梁的結構形式避免了下緣混凝土的開裂，從而大大減輕了橋梁因混凝土材料受拉而產生的病害，降低了后續維護成本，提高了組合梁橋結構的使用壽命。不僅如此，預制裝配式鋼混組合梁為施工標準化、保證施工質量、縮短工期提供了有力支撐，尤其是當跨線橋需要阻斷交通時，裝配式組合梁是最佳選擇。縮短阻隔交通的時間對經濟正處于高速發展的中國來說是極為重要的，預制鋼混組合梁結構這種結構形式必將成為未來橋梁發展的主要方向。同時，鋼材作為一種綠色建材，建筑垃圾少，對生態環境的影響小，大面積使用將產生巨大的生態效益價值。

國內外研究學者對于裝配式組合梁的研究熱點主要集中在下文中的幾大方面。

1 對高性能水泥基復合材料的研究

高性能水泥基復合材料在國外也被稱作UHPC材料[5]。UHPC材料是一種剔除了粗骨料的水泥基復合材料，另外還可以加入各類的纖維來改善其相應材料性能。UHPC材料因其抗壓、抗拉、斷裂能、以及耐久性都遠高于普通混凝土的優勢，受到了橋梁工程界的廣泛關注。

對UHPC材料延性變形能力測驗的一個經典試驗是由美國聯邦高速公路管理局（THWA）于2001年在弗吉尼亞的運輸部制作的一個長達24m的預應力UHPC簡支梁。在試驗過程中，當UHPC梁跨中下撓至300mm時，仍未出現肉眼可見的裂縫，隨著荷載的繼續增加，該梁的極限撓度達到了驚人的480mm。該試驗表明：UHPC梁具有出色的延性變形能力;

2 對組合連續梁負彎矩區的研究

在對于組合連續梁負彎矩區開裂彎矩計算和受力性能等研究方面，通過國內外學者近年來進行的大量試驗與理論研究，鋼混組合連續梁被逐步運用到實際工程中。2003 年 Baskar 和 Shanmugam[6]通過試驗發現鋼梁與混凝土的組合使得鋼梁的承載效率提高，且負彎矩區的效率小于正彎矩區的效率。同年，聶建國[7]等人對五根鋼-混凝土連續組合梁進行加載試驗，發現抗剪連接件在負彎矩區的作用至關重要，能有效地防止混凝土頂板開裂。2005年Ahti L??ne[8]通過數值模擬的方法，提出了負彎矩區塑性分析的簡化理論模型。2009年周安等[9]提出了用變剛度法計算組合梁撓度的思路，推導出了對負彎矩區砼開裂彎矩的計算公式。

3 對抗剪連接件的研究

我國對剪力連接件的研究要晚于國外。1986年起，鄭州工學院對其的理論研究為我國《鋼結構設計規范》（GBJ17-88）[10]的制定提供了重要依據[11]。2003 年版的《鋼結構設計規范》（GB50017-2003)[12]，較大幅度提高了栓釘抗剪承載力的上限，采用材料的抗拉強度來計算，從而減少了栓釘的用量，降低了施工成本。2011年，重慶交通大學根據組合連續梁和組合連續鋼構的特點，進一步探討了剪力連接件的類型與構造形式，設計了抗推試驗，系統地研究了其傳力特性與結構性能。

4 存在的問題

（1）在材料方面，高性能水泥基復合材料的突出特點之一就是其高強度，而高溫、蒸壓等復雜、耗能大的養護方式大大局限了其在現實工程運用和推廣；此外，不同學者在纖維摻量對UHPC材料力學性能影響方面的結論也不盡相同。

（2）在剪力連接件方面，栓釘與鋼纖維增強高性能水泥基復合材料之間的連接強度還沒有相關的試驗研究；基于鋼纖維增強高性能水泥基復合材料對不同尺寸的栓釘的抗剪強度的影響也沒有相關文獻可供查詢。

（3）在負彎矩區方面，雖然工程師們引入了預應力措施，但由于較大部分預應力最終施加到了鋼梁上且伴隨著預應力的損失，組合梁頂板在負彎矩區的開裂問題仍然突出。