鋼—混凝土組合梁在我國鐵路橋梁中的應用★

楊 得 旺

(1.中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063； 2.中鐵建大橋設計研究院，湖北 武漢 430063)

1 概述

鋼—混凝土組合梁通過剪力連接件將鋼材與混凝土連接形成組合截面，可充分發揮鋼材受拉、混凝土受壓的性能。其次，鋼—混凝土組合結構橋梁具有結構自重輕，結構高度低，施工快捷，對既有交通影響較小等優點[1]。

組合結構橋梁自20世紀50年代之后得到了迅速的發展，橋型由組合鋼板梁發展到鋼箱梁、波形鋼腹板梁、組合鋼桁梁等，應用范圍由簡支梁橋到懸索橋。組合梁的造價比鋼筋混凝土梁要高30%～40%，但組合梁帶來的綜合效益是相當可觀的，比如結構高度降低、自重減輕、地震作用減小、基礎造價降低、延性提高、施工費用降低、施工速度加快等[2]。

近年來，我國勞動力成本不斷提高，施工臨時占道費高，對施工工期要求越來越高，故鋼—混組合結構橋梁的競爭力逐漸增強。

2 我國鐵路組合結構橋梁工程實例分析

鐵路鋼—混凝土組合結構橋梁在跨越城市道路、鐵路橋梁，無運架梁條件，無設置預制梁場條件以及高烈度地震區橋梁中具有顯著優勢。在我國鐵路橋梁工程中，鋼—混組合梁在簡支梁、連續梁、斜拉橋中得到應用。另外，憑借其自重較輕、施工便捷的優點，鋼—混組合梁在大跨度拱橋拱上主梁中也得到了廣泛的應用，比如張吉懷鐵路芙蓉鎮酉水特大橋、翁馬鐵路烏江特大橋的拱上主梁均采用鋼—混凝土組合梁。

2.1 簡支組合梁

簡支組合梁具有受力特性簡單、現場安裝更方便的優點，特別適用于小跨度橋梁。

2.1.1深圳軌道交通4號線45 m單線簡支組合梁

深圳軌道交通4號線二期工程跨越和平路及人民路交叉口處采用45 m單線簡支組合梁(見圖1)[3]。由于橋梁地理位置環境因素、路況復雜車流量大、不能中斷其交通、道路較寬、施工要求工期短、建筑高度不宜過高、考慮城市景觀等要求，鋼—混組合結構橋梁的優勢明顯。

如圖2所示，鋼梁采用單箱單室形式，梁高2.8 m，梁寬5.78 m，高跨比為1/16，混凝土橋面板厚25 cm。鋼梁的底板上設通長縱向加勁肋，鋼梁兩腹板上設豎直加勁肋及水平加勁肋，每隔1.1 m～1.4 m設一隔板和加勁肋。

2.1.2京張高鐵官廳水庫特大橋

京張高鐵官廳水庫特大橋主橋兩側鄰孔各采用1-32 m簡支鋼—混組合梁進行過渡[4]。如圖3所示，主梁采用雙箱單室等高組合梁，計算跨度31.5 m，梁長32.6 m，橫橋向支座中心距為4.5 m。結合梁截面中心線位置梁高3.11 m(梁頂到梁底墊板底)，側面梁高3.048 m(梁頂最高點到梁底墊板底)。

2.2 連續組合梁

相對于簡支組合梁，連續組合梁具有剛度大，高跨比小、減少支座和伸縮縫的數量、良好的經濟性等優點。連續組合梁負彎矩區的混凝土橋面板常因拉應力過大而開裂，從而導致梁體剛度降低，混凝土板中鋼筋甚至板下鋼梁銹蝕，以至降低結構的耐久性。中支點負彎矩區抗裂是連續組合梁設計應用過程中需解決的關鍵問題，主要包括施加預應力、限制裂縫寬度、降低中性軸等措施。

2.2.1秦沈客專系列組合梁

根據工程需要，秦沈客運專線在14座橋上采用了7種鋼—混組合連續梁，主要是解決跨越既有道路，凈空和施工都受到限制的問題[5]。主跨32 m,40 m連續結合梁的截面形式采用2片工字形梁型，梁高分別為2.5 m,2.9 m，工字形梁之間用隔板連接，間距6 m。主跨32 m連續結合梁截面形式如圖4a)所示；主跨50 m結合連續梁的截面形式采用2個箱形梁組成，箱梁之間每隔6 m設一工形橫梁，截面尺寸見圖4b)。

2.2.2商合杭高鐵古城特大橋

商合杭高鐵古城特大橋采用5×50 m鋼—混組合連續梁，設計時速350 km[6]。梁部采用鋼箱組合結構形式，鋼梁為單箱雙室閉口截面，梁高4.0 m，頂寬為12.6 m，底寬6.9 m，主梁橫斷面如圖5所示。頂底板設連續縱向加勁肋，腹板設豎向加勁肋和水平加勁肋，4 m左右設1道橫隔板，在兩線線路中心線下方各設1道通長的小縱梁，鋼箱梁采用頂推拖拉法施工。通過下部鋼梁頂升及兩次落梁，代替傳統預應力鋼筋系統為上部橋面板施加預應力。

2.2.3滬蘇湖高鐵虹七跨華翔路橋

如圖6所示，滬蘇湖鐵路虹七跨華翔路橋采用(42+60+45)m鋼—混組合連續梁，梁高3.8 m，頂寬12.2 m，底寬5.0 m。橋面板橫橋向在中間部分標準厚度30 cm，在鋼梁腹板上翼緣附近區域加厚至55 cm，其間均以梗脅過渡。梁部用鋼量約5.0 t/m，混凝土用量約5.6 m3/m，鋼筋用量約365 kg/m3。

2.3 組合梁斜拉橋

鋼—混凝土組合梁在斜拉橋中的應用可分為以下兩個方面：

一方面，充分利用鋼—混凝土組合梁結構受力以及施工便捷的優點。相對于混凝土梁，鋼—混凝土組合梁自重輕，更適用于大跨度斜拉橋；相對于鋼梁，鋼—混凝土組合梁經濟性更優、剛度大，且能夠避免鋼橋面疲勞開裂問題。德國學者Svensson認為組合梁斜拉橋經濟跨徑上限為600 m。隨著超高性能混凝土的應用，有學者提出鋼-UHPC輕型組合梁斜拉橋經濟跨徑可達1 000 m。對于高速鐵路橋梁，高速行車對大跨度橋梁剛度要求高，鋼—混凝土組合梁的優勢凸顯。

另一方面，利用鋼—混凝土組合梁較鋼梁重的特點，平衡邊跨輔助墩負反力，常用在斜拉橋邊跨主梁中。例如：滬通長江大橋主梁采用箱桁組合斷面后，公路、鐵路橋面均為整體鋼橋面，為平衡輔助墩負反力，主梁兩側邊跨252 m范圍公路橋面采用帶有混凝土橋面板的組合截面[8]。此外，天興洲長江大橋、貴廣鐵路南盤江特大橋、北盤江特大橋等大跨度斜拉橋的邊跨也采用鋼—混凝土組合結構，以平衡邊跨負反力。

2.3.1蕪湖公鐵兩用長江大橋

2000年建成通車的蕪湖公鐵兩用長江大橋(如圖7所示)是一座矮塔鋼桁梁斜拉橋，主橋孔跨布置為(180+312+180)m，采用雙層橋面布置，上層公路橋面板與鋼桁梁上弦桿及公路縱橫梁通過剪力釘結合成鋼—混凝土組合橋面系，剪力連接件采用φ22栓釘[7]。

2.3.2昌贛客專贛州贛江特大橋

昌贛客專贛州贛江特大橋主橋結構采用(35+40+60+300+60+40+35)m混合梁斜拉橋，為我國首座設計時速350 km大跨度高速鐵路斜拉橋。中跨主梁采用箱形鋼—混凝土結合梁，鋼—混結合段位于主梁中跨側距離索塔20 m處。

主橋中跨采用鋼—混凝土組合梁，主梁斷面如圖8所示，橋面板全寬16.3 m，中心梁高4.5 m，混凝土橋面板厚30 cm，局部加厚至50 cm，鋼箱梁高400 cm。

2.3.3福廈高鐵泉州灣、安海灣跨海大橋

主跨400 m福廈高鐵泉州灣跨海大橋、主跨300 m安海灣跨海特大橋主梁全長均采用混凝土橋面板+槽形鋼箱梁的結合梁結構，主梁斷面如圖9所示。主梁全寬(含風嘴)21 m，中心梁高4.25 m。槽形鋼箱梁(不含兩側風嘴)采用單箱三室等高截面。

3 結語

鋼—混凝土組合梁符合“工廠標準制造，現場快速拼裝”的綠色建造的理念，工程應用應遵循“輕型化、工廠化、標準化、裝配化、信息化”的原則。國內在組合結構的發展過程中必須充分重視綜合經濟效益，失去經濟上的競爭力就不可能獲得良好的發展前景和發展動力。

組合梁可以使橋梁更加輕巧，美觀上更容易做出創新；組合梁制造安裝容易，施工速度快，對交通影響小，將會越來越多地用到鐵路橋梁中。隨著組合梁設計的成熟，其造價將會降低，應用范圍將會越來越廣泛。