張?jiān)讫?朱原稷 王 靜

（吉林建筑大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院， 長(zhǎng)春 130118）

0 引言

1970年前后，美國(guó)實(shí)施了橋梁快速施工計(jì)劃(Accelerated Bridge Construction,簡(jiǎn)稱ABC計(jì)劃)，利用在工廠預(yù)制橋梁結(jié)構(gòu)相關(guān)構(gòu)件，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝施工，大大地提高了橋梁建設(shè)速度[1-3]。在關(guān)乎國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈的基礎(chǔ)交通領(lǐng)域上，我國(guó)積極順應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工業(yè)化、現(xiàn)代化的發(fā)展潮流。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)眾多類型的橋梁中50m以下的橋梁大部分采用的是預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)，其主要截面形式包括：空心板、T梁以及箱梁等。從總體看，這類橫向裝配式橋梁的工業(yè)化程度還很有限；此外，這類橋梁在日常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中也出現(xiàn)了許多病害問(wèn)題，比如縱向的裂縫和單板受力等[4]。

新型裝配式鋼混組合梁的出現(xiàn)較好地解決了上述問(wèn)題。與我國(guó)廣泛存在的常規(guī)鋼筋混凝土梁橋相比，它不僅縮短了橋梁的施工工期，且其橫向整體預(yù)制的橋面板還有利于克服常規(guī)裝配式鋼筋混凝土梁橋橫向整體性差的問(wèn)題；與此同時(shí)，以鋼作為主梁的結(jié)構(gòu)形式避免了下緣混凝土的開(kāi)裂，從而大大減輕了橋梁因混凝土材料受拉而產(chǎn)生的病害，降低了后續(xù)維護(hù)成本，提高了組合梁橋結(jié)構(gòu)的使用壽命。不僅如此，預(yù)制裝配式鋼混組合梁為施工標(biāo)準(zhǔn)化、保證施工質(zhì)量、縮短工期提供了有力支撐，尤其是當(dāng)跨線橋需要阻斷交通時(shí)，裝配式組合梁是最佳選擇?？s短阻隔交通的時(shí)間對(duì)經(jīng)濟(jì)正處于高速發(fā)展的中國(guó)來(lái)說(shuō)是極為重要的，預(yù)制鋼混組合梁結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)形式必將成為未來(lái)橋梁發(fā)展的主要方向。同時(shí)，鋼材作為一種綠色建材，建筑垃圾少，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響小，大面積使用將產(chǎn)生巨大的生態(tài)效益價(jià)值。

國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)于裝配式組合梁的研究熱點(diǎn)主要集中在下文中的幾大方面。

1 對(duì)高性能水泥基復(fù)合材料的研究

高性能水泥基復(fù)合材料在國(guó)外也被稱作UHPC材料[5]。UHPC材料是一種剔除了粗骨料的水泥基復(fù)合材料，另外還可以加入各類的纖維來(lái)改善其相應(yīng)材料性能。UHPC材料因其抗壓、抗拉、斷裂能、以及耐久性都遠(yuǎn)高于普通混凝土的優(yōu)勢(shì)，受到了橋梁工程界的廣泛關(guān)注。

對(duì)UHPC材料延性變形能力測(cè)驗(yàn)的一個(gè)經(jīng)典試驗(yàn)是由美國(guó)聯(lián)邦高速公路管理局（THWA）于2001年在弗吉尼亞的運(yùn)輸部制作的一個(gè)長(zhǎng)達(dá)24m的預(yù)應(yīng)力UHPC簡(jiǎn)支梁。在試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)UHPC梁跨中下?lián)现?00mm時(shí)，仍未出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的裂縫，隨著荷載的繼續(xù)增加，該梁的極限撓度達(dá)到了驚人的480mm。該試驗(yàn)表明：UHPC梁具有出色的延性變形能力;

2 對(duì)組合連續(xù)梁負(fù)彎矩區(qū)的研究

在對(duì)于組合連續(xù)梁負(fù)彎矩區(qū)開(kāi)裂彎矩計(jì)算和受力性能等研究方面，通過(guò)國(guó)內(nèi)外學(xué)者近年來(lái)進(jìn)行的大量試驗(yàn)與理論研究，鋼混組合連續(xù)梁被逐步運(yùn)用到實(shí)際工程中。2003 年 Baskar 和 Shanmugam[6]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鋼梁與混凝土的組合使得鋼梁的承載效率提高，且負(fù)彎矩區(qū)的效率小于正彎矩區(qū)的效率。同年，聶建國(guó)[7]等人對(duì)五根鋼-混凝土連續(xù)組合梁進(jìn)行加載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)抗剪連接件在負(fù)彎矩區(qū)的作用至關(guān)重要，能有效地防止混凝土頂板開(kāi)裂。2005年Ahti L??ne[8]通過(guò)數(shù)值模擬的方法，提出了負(fù)彎矩區(qū)塑性分析的簡(jiǎn)化理論模型。2009年周安等[9]提出了用變剛度法計(jì)算組合梁撓度的思路，推導(dǎo)出了對(duì)負(fù)彎矩區(qū)砼開(kāi)裂彎矩的計(jì)算公式。

3 對(duì)抗剪連接件的研究

我國(guó)對(duì)剪力連接件的研究要晚于國(guó)外。1986年起，鄭州工學(xué)院對(duì)其的理論研究為我國(guó)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ17-88）[10]的制定提供了重要依據(jù)[11]。2003 年版的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003)[12]，較大幅度提高了栓釘抗剪承載力的上限，采用材料的抗拉強(qiáng)度來(lái)計(jì)算，從而減少了栓釘?shù)挠昧浚档土耸┕こ杀尽?011年，重慶交通大學(xué)根據(jù)組合連續(xù)梁和組合連續(xù)鋼構(gòu)的特點(diǎn)，進(jìn)一步探討了剪力連接件的類型與構(gòu)造形式，設(shè)計(jì)了抗推試驗(yàn)，系統(tǒng)地研究了其傳力特性與結(jié)構(gòu)性能。

4 存在的問(wèn)題

（1）在材料方面，高性能水泥基復(fù)合材料的突出特點(diǎn)之一就是其高強(qiáng)度，而高溫、蒸壓等復(fù)雜、耗能大的養(yǎng)護(hù)方式大大局限了其在現(xiàn)實(shí)工程運(yùn)用和推廣；此外，不同學(xué)者在纖維摻量對(duì)UHPC材料力學(xué)性能影響方面的結(jié)論也不盡相同。

（2）在剪力連接件方面，栓釘與鋼纖維增強(qiáng)高性能水泥基復(fù)合材料之間的連接強(qiáng)度還沒(méi)有相關(guān)的試驗(yàn)研究；基于鋼纖維增強(qiáng)高性能水泥基復(fù)合材料對(duì)不同尺寸的栓釘?shù)目辜魪?qiáng)度的影響也沒(méi)有相關(guān)文獻(xiàn)可供查詢。

（3）在負(fù)彎矩區(qū)方面，雖然工程師們引入了預(yù)應(yīng)力措施，但由于較大部分預(yù)應(yīng)力最終施加到了鋼梁上且伴隨著預(yù)應(yīng)力的損失，組合梁頂板在負(fù)彎矩區(qū)的開(kāi)裂問(wèn)題仍然突出。