摘 要：鋼-混凝土組合梁是在鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)形式，目前推廣鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)已成為為公路和市政行業(yè)一項重大技術(shù)政策，而中小跨徑鋼混組合梁結(jié)構(gòu)發(fā)揮了混凝土材料的抗壓性能和鋼材的抗拉性能，回避了鋼橋面鋪裝的疲勞問題，符合工廠化制造、工業(yè)化生產(chǎn)、裝配式施工的現(xiàn)代橋梁建設(shè)發(fā)展趨勢，必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會效益。目前鋼-混組合梁在國內(nèi)應(yīng)用較少，作者就鋼-混組合梁的相關(guān)技術(shù)問題，談了一些體會及思考，供參考。

中圖分類號：U448.21+6 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）18-0143-02

1 中小跨徑鋼混組合梁橋概述及應(yīng)用現(xiàn)狀

鋼-混凝土組合梁是在鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)形式，主要通過在鋼梁和混凝土橋面板之間設(shè)置剪力連接件，使兩者成為一個整體而共同工作。將抗拉性能強的鋼和抗壓性能強的混凝土合理地用在構(gòu)件的拉伸區(qū)及其壓縮區(qū)，最大限度追求高性能、經(jīng)濟性是鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則。同時由于其裝配化的特點也帶來了優(yōu)良的可施工性能。

中小跨徑橋梁在建設(shè)中應(yīng)用較廣，而我國中小跨徑橋梁大多采用裝配式預應(yīng)力混凝土梁橋。相比較而言，鋼結(jié)構(gòu)橋梁在國內(nèi)應(yīng)用較少，據(jù)統(tǒng)計，截至2015年中國鋼結(jié)構(gòu)橋梁僅1877座，僅占橋梁總數(shù)的0.25%，組合梁橋占比更少。在一些發(fā)達國家如法國、日本、美國等鋼結(jié)構(gòu)橋梁占比分別為85%、41%和35%。

我國的組合結(jié)構(gòu)橋梁技術(shù)起步較晚，20世紀90年代我國組合結(jié)構(gòu)橋梁才開始發(fā)展，工程應(yīng)用大多零散出現(xiàn)，大規(guī)模應(yīng)用尚未出現(xiàn)。由于基礎(chǔ)理論和研究的滯后，以及缺乏相應(yīng)的指南或者規(guī)范，即使采用組合結(jié)構(gòu)橋梁，往往經(jīng)濟指標偏高，不能充分體現(xiàn)組合結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢。

2 中小跨徑鋼混組合梁橋的結(jié)構(gòu)特點

鋼混組合梁主要可分為傳統(tǒng)小間距鋼板梁（以美國、日本為代表）和大間距少主梁（以雙主梁為典型，以法國、日本為代表）兩種主要形式。

2.1 小間距多主梁鋼混組合梁的結(jié)構(gòu)特點

日本傳統(tǒng)小間距組合梁典型橫斷面布置是主梁間距不超過4m（以前的日本規(guī)范為3m），以2.5～3.8m為宜，橋面板的懸臂長度在1.5m以內(nèi)，采用這樣的主梁間距橋面板可以采用鋼筋混凝土橋面板，跨中板厚可以控制在26cm以內(nèi)，懸臂根部板厚可以控制在36cm以內(nèi)。通常一個車道設(shè)置一根主梁。傳統(tǒng)小間距組合梁主要適用的跨徑為20～50m，在此跨徑范圍內(nèi)且梁高有一定限制時，小間距鋼混組合梁是一種較為經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)形式。而且能夠適用于斜橋和彎橋，但是斜交角度一般控制在60°以上，以70°以上為宜。由于鋼板梁的抗扭剛度較小，用于曲線時應(yīng)按彎橋設(shè)計，考慮翼緣彎矩產(chǎn)生的次應(yīng)力，并應(yīng)加強平面縱向聯(lián)系等措施。

2.2 大間距雙主梁鋼混組合梁的結(jié)構(gòu)特點

隨著技術(shù)的發(fā)展和進步，日本從20世紀80年代末也開始對鋼混組合梁橋的承重體系進行研究，大幅減少橫撐和腹板加勁肋的同時，開始采用大間距鋼混組合梁，把2車道公路橋的主梁由原來的4根減少到2根。

大間距鋼混組合梁橋采用鋼混組合橋面板或者預應(yīng)力混凝土橋面板，因此主梁的數(shù)量減少，橫梁、橫聯(lián)等結(jié)構(gòu)可以簡化或者省略，較少的主梁數(shù)量也可以減少鋼結(jié)構(gòu)的加工、運輸和安裝成本，當跨徑達到50～60m且梁高不受限制時采用大間距鋼板梁比較經(jīng)濟，其典型的斷面形式也是雙主梁。

法國從1980年代前后開始集中力量進行鋼混組合結(jié)構(gòu)的開發(fā)研究，建設(shè)了許多具有前瞻性的橋梁。其中，在鋼混組合梁方面，對傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行了大幅度的簡化，把雙主梁的鋼混組合梁當成中小跨徑新建橋梁的主流。法國于1985年制定了雙主梁組合鋼板梁橋設(shè)計指南《Steel-Concrete_Composite_Bridges_Sustainable_Design_Guide》，1990年又加以改定并擬定）。

3 鋼混組合梁橋的幾點體會與思考

3.1 材料與構(gòu)造

如前所述，日本和法國的鋼混組合梁的發(fā)展過程也是伴隨著構(gòu)造不斷簡化的過程，鋼結(jié)構(gòu)橋梁不同于混凝土橋梁的一個很重要的特點，是因為鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸較小，穩(wěn)定和疲勞問題更加突出，對應(yīng)的就是構(gòu)造和細節(jié)措施特別多，有些構(gòu)造細節(jié)是隨著理論的發(fā)展能夠計算出來的，有些構(gòu)造細節(jié)是計算不清楚需要根據(jù)實踐和經(jīng)驗擬定出來的。雖然目前中小跨徑的鋼混組合結(jié)構(gòu)橋梁的很多構(gòu)造細節(jié)已經(jīng)有成熟的經(jīng)驗，規(guī)范上也有相應(yīng)的規(guī)定，但是在設(shè)計過程中仍需要知其然更需要知其所以然，如此方能知道哪些部位結(jié)構(gòu)能夠簡化，哪些部位需要進行加強。如鋼板梁的設(shè)計中某些板件的尺寸和構(gòu)造的設(shè)置是不符合《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》關(guān)于穩(wěn)定的要求的，后來與規(guī)范編制人員咨詢知其規(guī)定的尺寸和構(gòu)造要求只適用于一般純鋼板梁，組合梁截面由于中性軸的上移，鋼梁受壓區(qū)的縮短，則沒必要為了穩(wěn)定要求設(shè)置尺寸和構(gòu)造的限制。

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計材料、構(gòu)造和細節(jié)跟計算分析同等重要，甚至更重要，不能只重計算而忽略構(gòu)造細節(jié)。

3.2 組合梁橋面板

中小跨徑鋼混組合梁橋面板包括RC鋼筋混凝土橋面板、PC預應(yīng)力混凝土橋面板以及SC鋼混組合橋面板。目前國內(nèi)SC組合橋面板實際應(yīng)用還不多，四川省目前有相應(yīng)的地標，但在設(shè)計理念上，還需對結(jié)構(gòu)進一步合理化和適應(yīng)化。

隨著主梁根數(shù)減少、間距擴大，要求橋面板具有更高的跨越能力和耐久性能，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土橋面板已經(jīng)不能滿足要求。歐美等國大多使用高強混凝土及施加橫向預應(yīng)力的方法，并進一步采用預制預應(yīng)力混凝土橋面板，提高混凝土品質(zhì)，降低收縮徐變的不利影響。但預應(yīng)力混凝土橋面板存在重量大、施工質(zhì)量要求高等問題。從20世紀80年代末期，日本對鋼混組合橋面板進行了開發(fā)，通過車輪行車疲勞試驗、有限元分析等理論研究和試驗，證明組合橋面板不僅具有與預應(yīng)力混凝土橋面同等的承載能力和耐久性，并且具有重量輕、施工方便和翻新拓寬費用低等優(yōu)勢。

組合橋面板作為一種新型橋面板構(gòu)造形式，通過底部設(shè)置鋼板上部設(shè)置混凝土，并通過焊釘或者開孔板連接件進行連接，形成組合形式橋面板結(jié)構(gòu)。鋼混組合橋面板兼顧了混凝土橋面板和正交異性橋面板的優(yōu)勢：①增加了橋面板的剛度和強度，通過鋼板包裹混凝土提高橋面板的整體剛度，還能充分利用混凝土抗壓性能和鋼材抗拉性能，提高橋面板整體承載力；②相對于混凝土橋面板降低了橋面板的容重，可以實現(xiàn)更大跨越，同時相對于正交異性鋼橋面板可以和瀝青鋪裝更好的結(jié)合，提高了行車平穩(wěn)性和橋面板耐久性；③鋼混組合橋面板中鋼板還能作為模板直接提供混凝土的澆注平臺，免去模板材料和支撐架設(shè)等問題，實現(xiàn)快速吊裝施工。因此，鋼混組合橋面板可作為今后高性能橋面板應(yīng)用的一個重要方向。

3.3 主梁縱向整體計算

對于負彎矩區(qū)橋面板縱向設(shè)計計算，由于施加預應(yīng)力效果的不理想，現(xiàn)在常用的設(shè)計方法是允許開裂并限制裂縫寬度的設(shè)計方法，但是《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》11.3.3條和《公路鋼混組合橋梁設(shè)計與施工規(guī)范》7.5條均只給出計算方法和相應(yīng)的規(guī)定，并未明確給出橋面板縱向設(shè)計的原則和方法。國內(nèi)目前實踐主要是參照德國DIN規(guī)范（與Euro4規(guī)范一致），根據(jù)裂縫寬度限值采用限制鋼筋應(yīng)力和最大鋼筋直徑的方法進行設(shè)計。

對于鋼混組合結(jié)構(gòu)橋面板橫向設(shè)計計算，由于鋼混組合結(jié)構(gòu)的混凝土橋面板與混凝土橋的鋼筋混凝土橋面板在受力性能和工作性能上都存在一定的差異，不能簡單套用混凝土橋面板的設(shè)計計算方法，鋼混組合橋梁的混凝土橋面板必須考慮縱梁剛度的影響。對于具體項目的設(shè)計而言，為了設(shè)計的方便和直觀，一般會采用一些近似的簡化算法。對于橋面板的橫向簡化計算，美國ASSHTO和日本規(guī)范有關(guān)于混凝土橋面板計算法方法的規(guī)定，就是采用經(jīng)驗公式的計算方法，但是如前所述，日本規(guī)范的大間距鋼板梁僅限于梁間距6m，故對于目前較大間距的雙主梁鋼混組合梁來說，并不適用，所以目前對這種大間距雙主梁鋼混組合梁橋面板橫向計算依然只能通過通用有限元軟件直接采用彈性支撐的連續(xù)板進行設(shè)計計算，工作量較大，對設(shè)計人員的理論水平要求也較高。

3.4 負彎矩區(qū)設(shè)計

改善組合梁橋負彎矩的抗裂性能，可以通過如下手段進行解決：

（1）橋面板滯后結(jié)合。通過先澆筑結(jié)合跨中區(qū)域的橋面板，使得鋼梁預先進行變形，同時消除跨中區(qū)域混凝土橋面板與鋼梁結(jié)合的收縮徐變效應(yīng)，最后結(jié)合負彎矩區(qū)域的橋面板，降低其開裂的風險。這種方法需要調(diào)整橋面板的現(xiàn)澆工序，可以較為方便地應(yīng)用于預制拼裝橋面板，對于完全現(xiàn)澆的橋面板，則施工工序調(diào)整較為繁瑣，降低施工效率。這種方法也大量應(yīng)用于城市高架及跨海大橋建設(shè)中，該方法可以降低開裂可能性，但是不能完全消除。

（2）支座位移法。通過在施工中調(diào)整中支座的位移，使得負彎矩區(qū)混凝土形成預壓效果，主要實施方法是在架設(shè)完成鋼梁后頂升中支座，等橋面板澆筑完成后將中支座放到原來位置，形成預壓效果。該方法施工過程很簡單，實施效果也很明顯，但是需要對中支點鋼梁進行加固以方便頂升，還需要具有足夠的空間安放頂升裝置。該實施方法可以消除開裂風險，但需要進行精確的計算分析。

（3）跨中壓重。同樣是在施工過程中，在鋼梁架設(shè)完成后，通過對中跨進行預壓配重，并在混凝土橋面板澆筑完成后，釋放跨中壓重，使得負彎矩區(qū)形成預壓效果?？缰袎褐胤椒▋H限于中小跨徑橋梁，對于大跨橋梁增加壓重可能對鋼梁造成損傷或者形成破壞。

4 結(jié) 語

由于國內(nèi)組合結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用較少，我國在組合結(jié)構(gòu)橋梁的研究及應(yīng)用方面相對滯后，組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計指南或者規(guī)范也尚不完善，設(shè)計組合結(jié)構(gòu)橋梁基本參考國外規(guī)范或者是其他行業(yè)規(guī)范，所以設(shè)計和推廣這種結(jié)構(gòu)存在一定難度。對于新技術(shù)的推廣應(yīng)用，工程經(jīng)濟性和實踐檢驗十分重要。不關(guān)心工程經(jīng)濟性難以得到推廣應(yīng)用；不經(jīng)過實踐檢驗推廣存在出現(xiàn)系統(tǒng)性問題的風險。

目前推廣鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)已成為為公路及市政行業(yè)一項重大技術(shù)政策，而中小跨徑鋼混組合梁結(jié)構(gòu)發(fā)揮了混凝土材料的抗壓性能和鋼材的抗拉性能，回避了鋼橋面鋪裝的疲勞問題，符合工廠化制造、工業(yè)化生產(chǎn)、裝配式施工的現(xiàn)代橋梁建設(shè)發(fā)展趨勢，在做好細部節(jié)點及連接構(gòu)造設(shè)計和耐久性設(shè)計并加強理論和試驗研究的基礎(chǔ)上，必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會效益。

收稿日期：2018-5-20

作者簡介：張麗娟（1979-），女，高級工程師，學士，主要從事橋梁工程設(shè)計方面工作。