鋼-混凝土混合梁橋設計分析

周而銳

（廣東 珠海 519000）

1 引言

在目前的橋梁工程當中主要運用的材料就是鋼材與混凝土。除了傳統使用的混凝土剛梁橋與梁橋以外，目前鋼-混凝土的組合梁橋在近幾年來也獲得了很廣泛的應用。所以說，由構件截面之上材料的組成情況橋梁就能夠分成鋼橋、混凝土橋以及鋼-混凝土的組合橋。

伴隨著目前橋梁跨度不斷地增大，主梁在其長度的方向僅僅運用著單一材料的時候通常很難于結構力學性能和經濟性能間找到一個更為不錯的平衡點。在為了解決掉橋梁結構的這一經濟性與力學性能間矛盾的時候，20世紀的70年代我們的橋梁工程專家們就提出在主梁的長度方向運用鋼梁與混凝土梁的混合運用梁結構的形式。

2 新型的混合梁其結構形式與特點

2.1 結構的形式

新型的混合梁，就是在連續梁的中跨部分梁段來應用組合梁構造，在其余的中跨與邊跨梁段還是運用傳統的預應力的混凝土梁，這就是組合梁和混凝土梁于縱橋向上混合的使用，如圖1。這一組合的梁和混凝土梁其結合方法曾經在斜拉橋之中獲得過成功運用，就像主跨為590m上海的徐浦大橋和主跨為430m香港的汲水門橋，不過于梁式體系橋梁之中依然是罕有嘗試。

圖1 新型混合梁橋圖示

2.2 結構的優勢分析

在我國國內的以往橋梁建設當中，在主跨的跨徑位于60～200m間的橋梁結構當中，變截面的預應力混凝土的連續梁橋通常會因為他的經濟性能的優越以及施工工藝的成熟等原因從而被推至在該跨徑區間之內首選的橋型。不過在跨徑增長至100m以后，預應力的混凝土橋經濟方面的性能也將會伴隨著跨徑的增長進而會產生顯著地下降。除此之外，近幾年來實橋的調查情況也可以發現，在大跨徑的預應力混凝土橋上往往會存有橋體的開裂和跨中的長期撓度太大等各種安全的隱患。這個時候，運用傳統混合梁，包括鋼梁和混凝土梁，其雖能夠較好地回避掉大跨徑預應力的混凝土橋所將面臨的全部困難，使得他于荷載效應減小的時候可以免于梁體的開裂，不過因為需要為了主跨內部長度比較小的鋼梁段（其往往不會大于60m）來配置橋面的鋪裝材料（就像是環氧瀝青的鋪裝等），從而增大了施工工藝繁瑣的程度。

新型的混合梁橋其部分的主跨梁段是運用組合梁，他的重量相比于混凝土的梁體來說要比較輕盈，能夠較好地使結構的自重荷載所占有全部荷載內的比例降低，從而將結構受力降低，從而使得新型的混合梁橋其跨越的能力相比于預應力的混凝土橋會產生非常大的提升，同樣還能夠將邊中跨的比例與其下部結構尺寸及質量降低。在施工的過程當中，在主跨內部組合梁段能夠很好的地運用著交通的間歇，運用到整體吊裝施工工法，從而合理的使施工對于橋下交通影響給降低。因為組合梁段是運用到混凝土橋的面板，其這樣做不僅使新型的混合梁橋能夠于全橋的范圍之內都可以采用造價較為低廉且質量還不錯的混凝土-瀝青混凝土來進行鋪裝工作，還可以很好地避開鋼橋面板疲勞的問題。所以相比于傳統的混合梁橋來說，新型的混合梁橋其不僅將施工的工藝給與了簡化，使橋梁的總體造價得到降低，而且還使結構擁有了更為不錯的使用性與耐久性。

和傳統的混合梁構造相比較，新型的混合梁處于兩種梁體結合的部位，而且組合梁相比于鋼箱梁其更容易和混凝土梁之間達成剛度上的匹配，進而可以有效地避免梁體于結合部位發生比較大轉角的變形，使得行車變得更加的平穩與舒適。所以可得到，新型的混合梁橋該種橋型于一定的跨度范圍之內的大跨徑橋梁當中的運用，能夠帶來明顯的經濟效益，特別是在城市的立交與跨線橋梁交通繁忙的路線，其更具有特有的優越性。

2.3 結構優勢的計算

評價一類結構體系好壞一般是運用經濟性的指標來進行衡量，在建筑中結構體系其經濟性能作為一個綜合橋梁的設計與工程的施工以及后期的運營維護這些方面的因素一類綜合性的指標，對于其實行詳細且深入的研究是非常困難的。

3 新型的混合梁的結構設計其關鍵的控制要點

對傳統的連續梁系統，對結構受力造成影響的參數其實主要就在兩個方面：結構的布置與荷載。這其中的結構邊中跨比與梁體高跨比及其截面頂底板的厚度和腹板的寬度等多個設計的參數都將會影響到結構受力狀態。但是新型混合的連續梁系統與他相比又多了個非常重要的設計參數，那就是中跨內的組合梁段長度。邊中跨的比例和中跨組合梁的長度比例這兩個參數對于新型的混合梁系統受力造成的影響是最大的，其他的參數就像是梁體的高跨比以及別的截面參數都是隨動的參數，其造成的影響并不是很明顯。

新型的混合梁橋邊跨長度與中跨的組合梁跨度是互相影響的，將中跨的組合梁跨度比例增大就能夠在一定程度之上來將結構邊中跨的比例降低，當然該組合梁長度不可以特別長，不然會造成組合梁處在受力不利負彎矩的區段。當中跨的跨度與組合梁的長度是固定時這種情況之下，邊跨長度不應該過于長，太長一方面可能會引起中間的支座產生較大的負彎矩，在另一個方面會增大相應的造價與工程數量；而且邊跨長度不可以過于短，不然會使得邊支座附近有負反力現象的發生，從而需要來對結構采用壓重等其他特殊的處理措施。

4 實例

位于上海浦東的某中跨為142m的河道橋梁模擬運用新型的混合梁橋構造形式，橋梁結構的布置如圖2。

圖2 橋梁結構布置

該橋橋面的寬度是8.7m，箱形的主梁位于中支點位置的梁高是8m，在中跨附近兩種梁的交界位置梁高是3.2m，中間的組合梁是高度為3.2m的截面，邊支點位置的梁高是3.5m高。邊跨與中跨混凝土梁段的梁底邊線拋物線的變化次數為a=1.6。去掉處在支點附位置局部的加厚，該混凝土的箱梁腹板厚度是550mm；邊跨內部其底板的厚度于邊支點400mm變化到中支點位置的700mm，然而中跨之內底板的厚度就在中支點位置的700mm變化到兩類梁交界位置的300mm處；頂板的中心位置與懸臂端的厚度是250mm、靠近腹板的位置其厚度是450mm。混凝土的箱梁腹板與底板以及頂板在靠近其中支點位置左右的4m的局部范圍內逐漸的加厚。組合梁之中的鋼梁其底板的厚度是16mm、腹板的厚度是12mm，組合梁當中混凝土的截面和混凝土梁頂板是完全一樣的。

5 剪力連接件的設計

混合梁當中的連接件將鋼和混凝土板間縱、橫向的剪力進行傳遞，來限制兩者受彎的時候不會產生相對的滑移，確保截面上的兩種不一樣的材料一起發揮作用。一般用的連接構件包含以下幾種：

（1）栓釘。運用栓釘的連接件，施工方便且質量容易獲得保證，而且其力學的性能每有方向性，所以獲得廣泛的運用。影響到栓釘的抗剪承載能力主要的原因是混凝土的強度與栓釘直徑。他的破壞模式通常是栓釘的根部連接位置剪切的破壞。

（2）彎筋。該剪力的連接件是運用鋼板和混凝土間所布置的有角度鋼筋，從而來抵制鋼和混凝土間的剪力。對彎筋的連接件其抗剪的承載力造成影響主要的原因是彎筋直徑以及彎筋和混凝土間錨固的長度。

（3）型鋼。型鋼抗剪的工作性能和栓釘有著很多的共同點，他的抗剪承載能力與抗剪的剛度在相比之下會更大，且和栓釘不一樣的是他的力學性能有著方向性。因為型鋼截面的面積相比于栓釘來說要大很多，所以，型鋼破壞的模式通常是在連接件旁邊的位置混凝土會產生受壓的破壞。

（4）PBL剪力鍵。該PBL的連接件是但是的南德國人及其Partners公司來研制發明的一類新型的剪力連接構件。它是由帶孔的鋼板來構成，能夠焊接于T字形的截面上翼緣。其開孔的鋼板和灌注到其內部的混凝土，結合在一起形成系列混凝土的抗剪銷以來抵制剪力流。還能夠于網孔內部設置一些貫通的鋼筋，從而來提升抗剪的能力。

PBL連接構件他的破壞形式主要是由于開孔鋼板之中混凝土的抗剪銷或者孔間鋼板剪切破壞與撕裂，所以說連接件其抗剪的強度主要是取決于孔內部混凝土的抗剪強度以及孔間鋼板抗剪的強度。除此之外，孔內部混凝土與鋼筋間還有著預防混凝土板與鋼梁產生分離這個作用。因此，在進行PBL連接件的設計時，需要避免孔間的鋼板其剪切破壞早于混凝土剪切破壞的情況。PBL連接件優點有以下幾個：僅需要在鋼板上面設置圓孔的鋼板，運用普通的焊接方式焊接到鋼梁翼緣之上，施工簡單且質量可靠，以及其抗疲勞的性能很好，其整體性能好，還有其抗剪剛度及強度大；缺點有以下幾個方面：用鋼量比較大，廣泛地運用栓釘的連接件，其造價比較高；且抗剪承載能力計算的方法不一致，其理論還需進一步的完善。

6 結束語

預應力的混凝土梁和鋼梁連接的構造，作為一個至關重要的位置，這是因為其混合梁橋的自身性質決定的。該混合梁關鍵的問題就是要必須使得兩種不一樣的材料梁段，可以緊密的結合，且保證其傳力順暢與耐久性好，而且施工方面簡單易行。

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[2]劉玉擎.混合梁接合部設計技術的發展[J].世界橋梁，2005（4）：9～12．

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