鋼一混凝土組合結構的發展概況

(重慶交通大學 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，在物理和力學性能上都是非常不同的。鋼結構的壓縮、拉伸、彎曲、剪切和扭轉強度，其壽命一般超過一個世紀。在地震作用下，損壞程度相對較小，容易修復。但其噪聲、壓縮、疲勞、振動等缺陷仍然無法消除，特別是高腐蝕、高成本的問題，已成為制約其發展的主要因素。對于混凝土橋來說，絕大多數材料都能在附近取材，商品混凝土運輸方便，它的部件可以預制裝配，也可以在現場澆鑄，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裂縫的出現。如果我們利用兩種材料的各自的優缺點，就可以更好的發揮他們的功能。

一、鋼-混組合結構概述

鋼混組合結構是一種新型結構，能發揮混凝土和鋼的優點。與鋼筋混凝土結構相比，其重量更輕，同時提高了結構的延性，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，同時也降低了基礎的成本。在施工中容易安裝，能有效縮短施工周期。與鋼結構相比，鋼結構剛度強，穩定性好。由于混凝土的存在，所以耐火和耐久性的整體結構也得到了改善。因此，鋼混組合橋具有良好的力學性能和顯著的經濟效益和社會效益。

二、鋼-混組合結構的類型及特點

鋼-混組合結構是在鋼結構和混凝土結構基礎上發展起來的,是優良的新型的一種應用前景廣泛的結構，它是開發在鋼結構和混凝土結構基礎上的全優組合。它的結構類型主要有以下幾類：

(1)鋼管混凝土結構。它指在鋼管組合充填混凝土而形成的構件，廣泛應用于超高層建筑、大型橋梁等工程建設項目中。鋼管和混凝土結構,第一個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力。

(2)型鋼混凝土結構。它具有強度高、剛性好、延性好等優點。適用于抗震建筑，特別是高層建筑和超高層建筑。與鋼結構相比，鋼混組合結構不僅可以節約鋼和混凝土，而且具有保護作用，有利于防火災、腐蝕和銹蝕。

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

(4)箱梁組合結構。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構。與鋼結構相比，具有重量輕、施工方便等特點。其設計的關鍵是如何確?；炷翗蛎媾c鋼梁之間的力的可靠性。當橋的寬度增加時，考慮跨橋到甲板的應力，這可能需要橫向預應力。與鋼箱梁相比，可以保證良好的路面層的耐用性，因為鋼結構的抗腐蝕性能也有一定的作用。這種結構不僅能滿足結構要求，還節約材料。

(5)波折腹板組合橋梁。這是在混凝土箱形梁的基礎上，將混凝土腹板用波折腹板取代，避免了預應力混凝土橋腹板裂紋的發生，但是抗扭剛度和橫向剛度也削弱了，所以必須設置橫隔梁,與混凝土結構相比,可以減少重量;可以工廠處理,施工方便;縱向剛度很小,大大提高預應力的效率,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-混組合結構的發展現狀

(一)鋼與混凝土組合梁在國外的發展與研究

首次研究鋼混組合梁始于1920年代初,加拿大自治領橋梁公司進行了T形簡支梁的試驗研究,與此同時,美國也作了相應研究,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力。20世紀30年代末，英國、法國和其他國家也進行了一項試驗研究，并首次嘗試使用機械剪切連接。隨后,這些技術先進國家已經開發出復合梁設計規范或過程,在此期間復合梁設計理論已逐漸改善,大約在20世紀,60年前,基本上基于彈性理論分析復合梁,60年以后逐漸轉移到塑性理論分析,重點是研究聯合光束性能的一部分。研究了復合梁的應用和實驗研究，并對復合梁的理論研究進行了相應的研究。

(二)鋼與混凝土組合梁在國外的應用

最早的組合結構規范大多屬于橋梁結構，國外在很多大跨度橋梁中采用了鋼與混凝土組合梁。蘇聯于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用。

(三)鋼與混凝土組合梁在國內的應用

20世紀60年代初，鋼和混凝土的復合梁在工業和民用建筑和橋梁中使用，如根爐平臺，在唐山杜他電廠使用了近40年。平臺復合梁承受地震的考驗;四川峨嵋山鐵合金廠車間四個階段平臺梁,由于設備的維修需求,需要減少梁高度200毫米的鋼筋和混凝土復合梁,成功解決了問題,北京西站主要建筑的使用預應力鋼筋和混凝土復合梁和預應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32米跨度的簡支復合梁梁橋。在山西陽泉附近建了一座有48m跨度的大橋。北京國際貿易大橋是1993年建成的，采用鋼和混凝土建造的復合鋼板的復合橋是1991年和1993年建造的。楊浦大橋跨度423我會和直徑602米的橋都是用鋼筋和混凝土制成的集團的主要跨度672米,是世界上最大的公路、鐵路大橋,大橋預應力混凝土板的使用和鋼桁架疊合梁斜拉橋。

四、結語

目前，雖然各種形式的鋼一混凝土組合結構在國內工程中已顯示出其優越性，而且已創造出新的鋼一混凝土組合結構形式，并在實際工程中采用。但是，由于相關的設計理論、施工技術沒有得到普及推廣，有些問題還需作進一步的研究，以創造出性能更為優越的組合結構來。由于其具有諸多的優點，廣泛應用于各類建筑結構中，具有廣闊的發展前景。