鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況

(重慶交通大學(xué) 市政工程　重慶　400074)

引言

鋼和混凝土是橋梁施工中兩種主要的建筑材料，在物理和力學(xué)性能上都是非常不同的。鋼結(jié)構(gòu)的壓縮、拉伸、彎曲、剪切和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，其壽命一般超過一個(gè)世紀(jì)。在地震作用下，損壞程度相對較小，容易修復(fù)。但其噪聲、壓縮、疲勞、振動(dòng)等缺陷仍然無法消除，特別是高腐蝕、高成本的問題，已成為制約其發(fā)展的主要因素。對于混凝土橋來說，絕大多數(shù)材料都能在附近取材，商品混凝土運(yùn)輸方便，它的部件可以預(yù)制裝配，也可以在現(xiàn)場澆鑄，而且成本更低。然而,由于混凝土材料性能的局限性,一般情況下無法避免受拉區(qū)裂縫的出現(xiàn)。如果我們利用兩種材料的各自的優(yōu)缺點(diǎn)，就可以更好的發(fā)揮他們的功能。

一、鋼-混組合結(jié)構(gòu)概述

鋼混組合結(jié)構(gòu)是一種新型結(jié)構(gòu)，能發(fā)揮混凝土和鋼的優(yōu)點(diǎn)。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，其重量更輕，同時(shí)提高了結(jié)構(gòu)的延性，提高了抗震性能。此外，截面尺寸相對較小，可以有效地增加空間的使用，同時(shí)也降低了基礎(chǔ)的成本。在施工中容易安裝，能有效縮短施工周期。與鋼結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)剛度強(qiáng)，穩(wěn)定性好。由于混凝土的存在，所以耐火和耐久性的整體結(jié)構(gòu)也得到了改善。因此，鋼混組合橋具有良好的力學(xué)性能和顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

二、鋼-混組合結(jié)構(gòu)的類型及特點(diǎn)

鋼-混組合結(jié)構(gòu)是在鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,是優(yōu)良的新型的一種應(yīng)用前景廣泛的結(jié)構(gòu)，它是開發(fā)在鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的全優(yōu)組合。它的結(jié)構(gòu)類型主要有以下幾類：

(1)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。它指在鋼管組合充填混凝土而形成的構(gòu)件，廣泛應(yīng)用于超高層建筑、大型橋梁等工程建設(shè)項(xiàng)目中。鋼管和混凝土結(jié)構(gòu),第一個(gè)外鋼管對核心混凝土的一部分箍的有約束力的作用,使混凝土三向壓縮,大大提高承載力、延性增加;其次，核心混凝土的一部分外鋼管支持防止鋼鐵材料過早屈曲;由于有混凝土的存在，耐火性提高。鋼管和混凝土通過接觸力一起工作。然而，混凝土的收縮等多種因素影響了粘結(jié)力。

(2)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)。它具有強(qiáng)度高、剛性好、延性好等優(yōu)點(diǎn)。適用于抗震建筑，特別是高層建筑和超高層建筑。與鋼結(jié)構(gòu)相比，鋼混組合結(jié)構(gòu)不僅可以節(jié)約鋼和混凝土，而且具有保護(hù)作用，有利于防火災(zāi)、腐蝕和銹蝕。

(3)鋼混疊合板組合梁結(jié)構(gòu)。通常是鋼梁與混凝土翼緣板及連接件組成。通過設(shè)置兩個(gè)接觸表面之間的剪切連接，確保兩個(gè)接觸表面與力的連接，承受外部負(fù)載。但是在連續(xù)梁的中間有一個(gè)負(fù)的力矩，如何確保這里的合理的力，確保耐用性仍然是一個(gè)問題。

(4)箱梁組合結(jié)構(gòu)。它指的是混凝土橋面板與鋼腹板與鋼底板組合成閉合截面的結(jié)構(gòu)。與鋼結(jié)構(gòu)相比，具有重量輕、施工方便等特點(diǎn)。其設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是如何確保混凝土橋面與鋼梁之間的力的可靠性。當(dāng)橋的寬度增加時(shí)，考慮跨橋到甲板的應(yīng)力，這可能需要橫向預(yù)應(yīng)力。與鋼箱梁相比，可以保證良好的路面層的耐用性，因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)的抗腐蝕性能也有一定的作用。這種結(jié)構(gòu)不僅能滿足結(jié)構(gòu)要求，還節(jié)約材料。

(5)波折腹板組合橋梁。這是在混凝土箱形梁的基礎(chǔ)上，將混凝土腹板用波折腹板取代，避免了預(yù)應(yīng)力混凝土橋腹板裂紋的發(fā)生，但是抗扭剛度和橫向剛度也削弱了，所以必須設(shè)置橫隔梁,與混凝土結(jié)構(gòu)相比,可以減少重量;可以工廠處理,施工方便;縱向剛度很小,大大提高預(yù)應(yīng)力的效率,而上部和下部混凝土翼緣板之間的約束收縮蠕變、干燥收縮、溫差等效果降低。

三、鋼-混組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀

(一)鋼與混凝土組合梁在國外的發(fā)展與研究

首次研究鋼混組合梁始于1920年代初,加拿大自治領(lǐng)橋梁公司進(jìn)行了T形簡支梁的試驗(yàn)研究,與此同時(shí),美國也作了相應(yīng)研究,故意兩岸的工字梁法蘭牙齒切成條,或鋼梁表面的凸緣輪廓分明的不均勻增加動(dòng)力。20世紀(jì)30年代末，英國、法國和其他國家也進(jìn)行了一項(xiàng)試驗(yàn)研究，并首次嘗試使用機(jī)械剪切連接。隨后,這些技術(shù)先進(jìn)國家已經(jīng)開發(fā)出復(fù)合梁設(shè)計(jì)規(guī)范或過程,在此期間復(fù)合梁設(shè)計(jì)理論已逐漸改善,大約在20世紀(jì),60年前,基本上基于彈性理論分析復(fù)合梁,60年以后逐漸轉(zhuǎn)移到塑性理論分析,重點(diǎn)是研究聯(lián)合光束性能的一部分。研究了復(fù)合梁的應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)研究，并對復(fù)合梁的理論研究進(jìn)行了相應(yīng)的研究。

(二)鋼與混凝土組合梁在國外的應(yīng)用

最早的組合結(jié)構(gòu)規(guī)范大多屬于橋梁結(jié)構(gòu)，國外在很多大跨度橋梁中采用了鋼與混凝土組合梁。蘇聯(lián)于1944年建成了第一座組合公路橋；瑞典于1955年建成跨徑為182m的斯曹松特橋；日本自1959年制定規(guī)范后，便有80%公路鋼橋改為組合式橋；可見，鋼與混凝土組合梁在國外橋梁中得到廣泛的應(yīng)用。

(三)鋼與混凝土組合梁在國內(nèi)的應(yīng)用

20世紀(jì)60年代初，鋼和混凝土的復(fù)合梁在工業(yè)和民用建筑和橋梁中使用，如根爐平臺(tái)，在唐山杜他電廠使用了近40年。平臺(tái)復(fù)合梁承受地震的考驗(yàn);四川峨嵋山鐵合金廠車間四個(gè)階段平臺(tái)梁,由于設(shè)備的維修需求,需要減少梁高度200毫米的鋼筋和混凝土復(fù)合梁,成功解決了問題,北京西站主要建筑的使用預(yù)應(yīng)力鋼筋和混凝土復(fù)合梁和預(yù)應(yīng)力鋼桁架武漢長江大橋上公路橋梁和路面混凝土板的斯金格說T形接頭鉚接;在信陽車站附近的京廣線在十字架上,一個(gè)32米跨度的簡支復(fù)合梁梁橋。在山西陽泉附近建了一座有48m跨度的大橋。北京國際貿(mào)易大橋是1993年建成的，采用鋼和混凝土建造的復(fù)合鋼板的復(fù)合橋是1991年和1993年建造的。楊浦大橋跨度423我會(huì)和直徑602米的橋都是用鋼筋和混凝土制成的集團(tuán)的主要跨度672米,是世界上最大的公路、鐵路大橋,大橋預(yù)應(yīng)力混凝土板的使用和鋼桁架疊合梁斜拉橋。

四、結(jié)語

目前，雖然各種形式的鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)在國內(nèi)工程中已顯示出其優(yōu)越性，而且已創(chuàng)造出新的鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)形式，并在實(shí)際工程中采用。但是，由于相關(guān)的設(shè)計(jì)理論、施工技術(shù)沒有得到普及推廣，有些問題還需作進(jìn)一步的研究，以創(chuàng)造出性能更為優(yōu)越的組合結(jié)構(gòu)來。由于其具有諸多的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各類建筑結(jié)構(gòu)中，具有廣闊的發(fā)展前景。