周而銳

（廣東 珠海 519000）

1 引言

在目前的橋梁工程當(dāng)中主要運(yùn)用的材料就是鋼材與混凝土。除了傳統(tǒng)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(yīng)用。所以說，由構(gòu)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(yùn)用著單一材料的時(shí)候通常很難于結(jié)構(gòu)力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性能間找到一個(gè)更為不錯(cuò)的平衡點(diǎn)。在為了解決掉橋梁結(jié)構(gòu)的這一經(jīng)濟(jì)性與力學(xué)性能間矛盾的時(shí)候，20世紀(jì)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(yùn)用鋼梁與混凝土梁的混合運(yùn)用梁結(jié)構(gòu)的形式。

2 新型的混合梁其結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)的形式

新型的混合梁，就是在連續(xù)梁的中跨部分梁段來應(yīng)用組合梁構(gòu)造，在其余的中跨與邊跨梁段還是運(yùn)用傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)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(jié)合方法曾經(jīng)在斜拉橋之中獲得過成功運(yùn)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(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)分析

在我國國內(nèi)的以往橋梁建設(shè)當(dāng)中，在主跨的跨徑位于60～200m間的橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)中，變截面的預(yù)應(yīng)力混凝土的連續(xù)梁橋通常會(huì)因?yàn)樗慕?jīng)濟(jì)性能的優(yōu)越以及施工工藝的成熟等原因從而被推至在該跨徑區(qū)間之內(nèi)首選的橋型。不過在跨徑增長至100m以后，預(yù)應(yīng)力的混凝土橋經(jīng)濟(jì)方面的性能也將會(huì)伴隨著跨徑的增長進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生顯著地下降。除此之外，近幾年來實(shí)橋的調(diào)查情況也可以發(fā)現(xiàn)，在大跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土橋上往往會(huì)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(gè)時(shí)候，運(yùn)用傳統(tǒng)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(yù)應(yīng)力的混凝土橋所將面臨的全部困難，使得他于荷載效應(yīng)減小的時(shí)候可以免于梁體的開裂，不過因?yàn)樾枰獮榱酥骺鐑?nèi)部長度比較小的鋼梁段（其往往不會(huì)大于60m）來配置橋面的鋪裝材料（就像是環(huán)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(yùn)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(jié)構(gòu)的自重荷載所占有全部荷載內(nèi)的比例降低，從而將結(jié)構(gòu)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(yù)應(yīng)力的混凝土橋會(huì)產(chǎn)生非常大的提升，同樣還能夠?qū)⑦呏锌绲谋壤c其下部結(jié)構(gòu)尺寸及質(zhì)量降低。在施工的過程當(dāng)中，在主跨內(nèi)部組合梁段能夠很好的地運(yùn)用著交通的間歇，運(yùn)用到整體吊裝施工工法，從而合理的使施工對(duì)于橋下交通影響給降低。因?yàn)榻M合梁段是運(yùn)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(nèi)都可以采用造價(jià)較為低廉且質(zhì)量還不錯(cuò)的混凝土-瀝青混凝土來進(jìn)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(tǒng)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(jiǎn)化，使橋梁的總體造價(jià)得到降低，而且還使結(jié)構(gòu)擁有了更為不錯(cuò)的使用性與耐久性。

和傳統(tǒng)的混合梁構(gòu)造相比較，新型的混合梁處于兩種梁體結(jié)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(dá)成剛度上的匹配，進(jìn)而可以有效地避免梁體于結(jié)合部位發(fā)生比較大轉(zhuǎn)角的變形，使得行車變得更加的平穩(wěn)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(nèi)的大跨徑橋梁當(dāng)中的運(yùn)用，能夠帶來明顯的經(jīng)濟(jì)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(yōu)越性。

2.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)的計(jì)算

評(píng)價(jià)一類結(jié)構(gòu)體系好壞一般是運(yùn)用經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)來進(jìn)行衡量，在建筑中結(jié)構(gòu)體系其經(jīng)濟(jì)性能作為一個(gè)綜合橋梁的設(shè)計(jì)與工程的施工以及后期的運(yùn)營維護(hù)這些方面的因素一類綜合性的指標(biāo)，對(duì)于其實(shí)行詳細(xì)且深入的研究是非常困難的。

3 新型的混合梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其關(guān)鍵的控制要點(diǎn)

對(duì)傳統(tǒng)的連續(xù)梁系統(tǒng)，對(duì)結(jié)構(gòu)受力造成影響的參數(shù)其實(shí)主要就在兩個(gè)方面：結(jié)構(gòu)的布置與荷載。這其中的結(jié)構(gòu)邊中跨比與梁體高跨比及其截面頂?shù)装宓暮穸群透拱宓膶挾鹊榷鄠€(gè)設(shè)計(jì)的參數(shù)都將會(huì)影響到結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。但是新型混合的連續(xù)梁系統(tǒng)與他相比又多了個(gè)非常重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，那就是中跨內(nèi)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(gè)參數(shù)對(duì)于新型的混合梁系統(tǒng)受力造成的影響是最大的，其他的參數(shù)就像是梁體的高跨比以及別的截面參數(shù)都是隨動(dòng)的參數(shù)，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(jié)構(gòu)邊中跨的比例降低，當(dāng)然該組合梁長度不可以特別長，不然會(huì)造成組合梁處在受力不利負(fù)彎矩的區(qū)段。當(dāng)中跨的跨度與組合梁的長度是固定時(shí)這種情況之下，邊跨長度不應(yīng)該過于長，太長一方面可能會(huì)引起中間的支座產(chǎn)生較大的負(fù)彎矩，在另一個(gè)方面會(huì)增大相應(yīng)的造價(jià)與工程數(shù)量；而且邊跨長度不可以過于短，不然會(huì)使得邊支座附近有負(fù)反力現(xiàn)象的發(fā)生，從而需要來對(duì)結(jié)構(gòu)采用壓重等其他特殊的處理措施。

4 實(shí)例

位于上海浦東的某中跨為142m的河道橋梁模擬運(yùn)用新型的混合梁橋構(gòu)造形式，橋梁結(jié)構(gòu)的布置如圖2。

圖2 橋梁結(jié)構(gòu)布置

該橋橋面的寬度是8.7m，箱形的主梁位于中支點(diǎn)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(diǎn)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(shù)為a=1.6。去掉處在支點(diǎn)附位置局部的加厚，該混凝土的箱梁腹板厚度是550mm；邊跨內(nèi)部其底板的厚度于邊支點(diǎn)400mm變化到中支點(diǎn)位置的700mm，然而中跨之內(nèi)底板的厚度就在中支點(diǎn)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?；炷恋南淞焊拱迮c底板以及頂板在靠近其中支點(diǎn)位置左右的4m的局部范圍內(nèi)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(dāng)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(shè)計(jì)

混合梁當(dāng)中的連接件將鋼和混凝土板間縱、橫向的剪力進(jìn)行傳遞，來限制兩者受彎的時(shí)候不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)的滑移，確保截面上的兩種不一樣的材料一起發(fā)揮作用。一般用的連接構(gòu)件包含以下幾種：

（1）栓釘。運(yùn)用栓釘?shù)倪B接件，施工方便且質(zhì)量容易獲得保證，而且其力學(xué)的性能每有方向性，所以獲得廣泛的運(yùn)用。影響到栓釘?shù)目辜舫休d能力主要的原因是混凝土的強(qiáng)度與栓釘直徑。他的破壞模式通常是栓釘?shù)母窟B接位置剪切的破壞。

（2）彎筋。該剪力的連接件是運(yùn)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(duì)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(diǎn)，他的抗剪承載能力與抗剪的剛度在相比之下會(huì)更大，且和栓釘不一樣的是他的力學(xué)性能有著方向性。因?yàn)樾弯摻孛娴拿娣e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?xí)a(chǎn)生受壓的破壞。

（4）PBL剪力鍵。該P(yáng)BL的連接件是但是的南德國人及其Partners公司來研制發(fā)明的一類新型的剪力連接構(gòu)件。它是由帶孔的鋼板來構(gòu)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(nèi)部的混凝土，結(jié)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(wǎng)孔內(nèi)部設(shè)置一些貫通的鋼筋，從而來提升抗剪的能力。

PBL連接構(gòu)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(qiáng)度主要是取決于孔內(nèi)部混凝土的抗剪強(qiáng)度以及孔間鋼板抗剪的強(qiáng)度。除此之外，孔內(nèi)部混凝土與鋼筋間還有著預(yù)防混凝土板與鋼梁產(chǎn)生分離這個(gè)作用。因此，在進(jìn)行PBL連接件的設(shè)計(jì)時(shí)，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(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)：僅需要在鋼板上面設(shè)置圓孔的鋼板，運(yùn)用普通的焊接方式焊接到鋼梁翼緣之上，施工簡(jiǎn)單且質(zhì)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(qiáng)度大；缺點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：用鋼量比較大，廣泛地運(yùn)用栓釘?shù)倪B接件，其造價(jià)比較高；且抗剪承載能力計(jì)算的方法不一致，其理論還需進(jìn)一步的完善。

6 結(jié)束語

預(yù)應(yīng)力的混凝土梁和鋼梁連接的構(gòu)造，作為一個(gè)至關(guān)重要的位置，這是因?yàn)槠浠旌狭簶虻淖陨硇再|(zhì)決定的。該混合梁關(guān)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(jié)合，且保證其傳力順暢與耐久性好，而且施工方面簡(jiǎn)單易行。

[1]陳開利，余天慶，習(xí) 剛.混合梁的斜托橋發(fā)展[J].橋梁建設(shè)，2005（2）：1～4．

[2]劉玉擎.混合梁接合部設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展[J].世界橋梁，2005（4）：9～12．

[3]劉玉擎.組合結(jié)構(gòu)橋梁[M].北京人民交通出版社，2005（1）：19～46．