鮑旺祥

摘 要：鋼混組合梁橋是我國(guó)道橋項(xiàng)目施工中應(yīng)用廣泛的一種重要橋梁形式。該結(jié)構(gòu)可以最大程度利用混凝土抗壓性以及鋼材抗拉性，同時(shí)可以很好地規(guī)避混凝土抗裂性差以及鋼材容易受壓屈曲的缺陷，具有很強(qiáng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：鋼混組合梁橋；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；難點(diǎn)；對(duì)策

中圖分類號(hào)：U442.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）29-0083-02

Abstract： Steel-concrete composite beam bridge is an important bridge form which is widely used in the construction of road and bridge projects in China. The structure can make the best use of the compressive resistance of concrete and the tensile strength of steel， and can avoid the defects of poor cracking resistance of concrete and the buckling of steel under compression， so it has a strong design and application value.

Keywords： steel-concrete composite beam bridge； structural design； difficulty； countermeasure

在現(xiàn)代土建工程趨于經(jīng)濟(jì)化和可持續(xù)發(fā)展的大背景下，如何最大程度發(fā)揮各種建材的力學(xué)性能與優(yōu)勢(shì)，降低工程建設(shè)成本是當(dāng)前發(fā)展和研究的重點(diǎn)。組合結(jié)構(gòu)作為一種重要的結(jié)構(gòu)形式，可以在確保不同結(jié)構(gòu)材料之間保持良好連接性的基礎(chǔ)上，發(fā)揮不同結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能與優(yōu)勢(shì)，大大提升了工程結(jié)構(gòu)整體性能，具有很強(qiáng)的推廣、研究與應(yīng)用價(jià)值。

1 鋼混組合梁橋結(jié)構(gòu)特征以及常見(jiàn)截面形式

1.1 結(jié)構(gòu)特征分析

鋼混組合梁橋結(jié)構(gòu)特征主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：其一，結(jié)構(gòu)自重輕，強(qiáng)度更高。相較于混凝土梁橋，鋼混組合梁橋結(jié)構(gòu)中應(yīng)用了許多自重更輕且強(qiáng)度更高的鋼材，在一定程度上降低結(jié)構(gòu)自重，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。其二，施工便捷。該種梁橋結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)分段預(yù)制和吊裝安裝作業(yè)，具體就是先分段預(yù)制鋼梁和混凝土，然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)來(lái)進(jìn)行組合安裝，大大提升了施工便捷性，同時(shí)施工效率比較高。其三，力學(xué)性能突出。鋼混組合橋梁通過(guò)在混凝土下方設(shè)置鋼梁，可以充分利用鋼材良好受拉作用的同時(shí)，避免混凝土出現(xiàn)受拉開(kāi)裂情況，同時(shí)也避免行車荷載直接接觸鋼梁結(jié)構(gòu)，這樣有助于降低出現(xiàn)鋼梁出現(xiàn)疲勞失效的概率。

1.2 常見(jiàn)截面形式

在計(jì)算理論持續(xù)發(fā)展和完善的背景下，鋼混組合梁橋截面形式也發(fā)生改變，常見(jiàn)的主要包括如下幾種類型，即：

（1）鋼混組合箱梁截面形式。這種截面形式的鋼混組合梁橋具有良好的抗扭性與穩(wěn)定性，并且通過(guò)應(yīng)用傾斜形式腹板來(lái)減小底板寬度，同時(shí)由于封閉了混凝土內(nèi)外部的表面，所以具有良好的耐久性，主要適用于大跨徑橋梁或曲線橋梁工程建設(shè)中。

（2）鋼混組合桁架截面形式。該種截面形式的鋼混組合梁橋具有良好的通用性、實(shí)用性與美觀性。由于相對(duì)繁雜的設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)以及較多的外露桿件，所以養(yǎng)護(hù)工作量相對(duì)較大，尤其適用于大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（3）鋼混組合板梁截面形式。該種截面形式的鋼混梁橋的梁高比較低，構(gòu)造設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，施工更為便捷，經(jīng)濟(jì)效益更好。但是由于涉及到許多外漏的構(gòu)件，在一定程度上增加了工程養(yǎng)護(hù)量，主要適用于中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)。

2 鋼混組合梁橋的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

通過(guò)上述分析可知，鋼混組合梁橋具有眾多結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，力學(xué)性能也比較突出。但是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中依舊存在一些設(shè)計(jì)難點(diǎn)，具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：其一，構(gòu)造層面設(shè)計(jì)難題。為了確保鋼混組合梁橋結(jié)構(gòu)性能得以發(fā)揮，必須確保鋼與混凝土之間具有良好的連接性能。但是卻很難掌握復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下結(jié)構(gòu)是否存在滑移以及其是否會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)受力安全性產(chǎn)生影響。其二，截面層次設(shè)計(jì)難題。對(duì)于不同截面形式的鋼混組合梁橋結(jié)構(gòu)，面臨著不同的設(shè)計(jì)問(wèn)題。比如，連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)形式的鋼混組合梁橋，需要著重考慮負(fù)彎矩區(qū)開(kāi)裂問(wèn)題的處理。其三，結(jié)構(gòu)整體層次（體系層次）設(shè)計(jì)難題?？紤]到鋼梁組合梁橋具有比較大的橫向?qū)挾?，結(jié)構(gòu)自重較輕，所以橫向穩(wěn)定性比較差，尤其是如果梁橋中間點(diǎn)采用了鉸支撐設(shè)計(jì)形式，那么會(huì)進(jìn)一步降低其橫向穩(wěn)定性，所以設(shè)計(jì)中需要著重考慮相應(yīng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

3 鋼混組合梁橋的設(shè)計(jì)對(duì)策

3.1 構(gòu)造層次的設(shè)計(jì)對(duì)策

鋼混組合梁橋構(gòu)造層次的設(shè)計(jì)難題在于處理好鋼材和混凝土二者之間的連接問(wèn)題，力求確保二者連接的穩(wěn)固性。考慮到鋼材和混凝土的變形性能與彈性變量等有很大差異，所以為了更好發(fā)揮二者的協(xié)同受力和變形作用，就需要采取恰當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施來(lái)增強(qiáng)二者的一體性和整體性。如圖1所示，在當(dāng)前鋼混組合梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，連接混凝土橋面板和鋼板的連接，主要采用嵌入連接、組合連接件、栓釘連接以及型鋼連接等幾種常用連接方式。

此外，在設(shè)計(jì)鋼梁組合梁橋截面連接形式的時(shí)候，還需要考慮是否存在滑移問(wèn)題及其是否會(huì)影響混凝土面板和鋼梁之間的連接情況，必要時(shí)通過(guò)彈塑性計(jì)算來(lái)對(duì)截面承載力進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)證。

3.2 截面層次的設(shè)計(jì)對(duì)策

如果負(fù)彎矩區(qū)的底板鋼梁處于受壓狀態(tài)，那么就非常容易出現(xiàn)局部彎曲失穩(wěn)，這樣會(huì)逐步擴(kuò)散到結(jié)構(gòu)體系層次，會(huì)破壞整個(gè)梁體，所以通過(guò)加設(shè)多道加勁肋來(lái)防范底板部位處出現(xiàn)屈曲情況。但是由于腹板以及負(fù)彎矩區(qū)底板具有很高的應(yīng)力水平，同樣容易出現(xiàn)屈曲問(wèn)題，需要在腹板位置處合理設(shè)置加勁肋，并適當(dāng)?shù)卦黾酉鄳?yīng)板件的厚度，同時(shí)可以在支點(diǎn)負(fù)彎矩區(qū)域內(nèi)進(jìn)行全截面混凝土澆筑，以便可以全面包裹負(fù)彎矩區(qū)鋼板來(lái)消除底板存在的屈曲問(wèn)題。此外，鋼混組合梁橋的負(fù)彎矩區(qū)域還會(huì)伴有頂板混凝土開(kāi)裂問(wèn)題，尤其是在活載作用下會(huì)因?yàn)檫^(guò)大負(fù)彎矩使頂板出現(xiàn)較大拉應(yīng)力，容易產(chǎn)生混凝土開(kāi)裂問(wèn)題。針對(duì)這種情況，可以采取下述對(duì)策來(lái)解決相應(yīng)的負(fù)彎矩區(qū)開(kāi)裂問(wèn)題：（1）板面板滯后鋼梁結(jié)合對(duì)策。為了降低鋼混組合梁橋負(fù)彎矩區(qū)開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，在跨中區(qū)域橋面板的澆筑結(jié)合施工，通過(guò)相應(yīng)的應(yīng)力使鋼梁將其預(yù)先進(jìn)行變形，借此來(lái)將跨中區(qū)域位置處的鋼梁和混凝土橋面板結(jié)合過(guò)程中所產(chǎn)生的收縮變效應(yīng)消除掉，最后再進(jìn)行負(fù)彎矩區(qū)域的橋面板澆筑結(jié)合，從而確保負(fù)彎矩區(qū)混凝土和鋼板連接的整體質(zhì)量。（2）支座位移法。通過(guò)在鋼混組合梁橋施工中對(duì)支座的位移進(jìn)行調(diào)整，可以使負(fù)彎矩區(qū)域中的混凝土處于預(yù)壓狀態(tài)效果。如圖2所示，在鋼梁架設(shè)完畢后，將中支座頂升后，待橋面板澆筑完成后再將頂升的中支座放置在原來(lái)位置，從而達(dá)到預(yù)壓的效果。（3）施加中支點(diǎn)頂板預(yù)應(yīng)力。通過(guò)在容易出現(xiàn)開(kāi)裂的負(fù)彎矩區(qū)域先施加一定的預(yù)應(yīng)力，待儲(chǔ)備到一定程度頂板壓應(yīng)力，將這些壓應(yīng)力對(duì)后續(xù)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的頂板拉應(yīng)力進(jìn)行抵抗，從而降低頂板出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題的概率風(fēng)險(xiǎn)，這種方法主要適用于大跨徑組合梁橋設(shè)計(jì)。

3.3 體系層次的設(shè)計(jì)對(duì)策

在外界形成荷載作用下，鋼混組合梁橋發(fā)生傾覆問(wèn)題的一個(gè)重要機(jī)理在于整個(gè)梁橋結(jié)構(gòu)繞著一個(gè)軸出現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)問(wèn)題，一旦其超過(guò)固定的臨界狀態(tài)，那么就會(huì)使相應(yīng)的鋼混組合梁橋變成一個(gè)機(jī)動(dòng)體系，進(jìn)而造成傾覆破壞問(wèn)題。在設(shè)計(jì)鋼混組合梁橋結(jié)構(gòu)的時(shí)候，為了避免出現(xiàn)傾覆破壞，可以采用下述幾種方法：其一，考慮到獨(dú)柱墩中間通常會(huì)應(yīng)用距離較近的雙點(diǎn)支撐或單點(diǎn)支撐，所以必須要對(duì)直線或大曲率的獨(dú)柱墩型式梁橋進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，避免影響其抗扭性能。其二，為了增加獨(dú)柱墩的抗扭性，需要對(duì)獨(dú)柱墩的橫向支座間隔進(jìn)行合理設(shè)定。對(duì)于單點(diǎn)支撐型式，可以直接將梁體和橋墩固結(jié)在一塊。其三，橫向穩(wěn)定構(gòu)造的設(shè)計(jì)，可以應(yīng)用豎向抗拉鋼筋設(shè)置或抗拉支座設(shè)置方式來(lái)提升穩(wěn)定力矩較小梁橋結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，鋼混組合梁橋是當(dāng)前橋梁建設(shè)中常用的一種橋梁類型，其可以最大程度發(fā)揮混凝土和鋼材二者的優(yōu)勢(shì)，降低工程建設(shè)成本。為了有效確保其設(shè)計(jì)質(zhì)量，需要著重處理鋼混連接構(gòu)造問(wèn)題，負(fù)彎矩區(qū)開(kāi)裂問(wèn)題以及橫向穩(wěn)定性問(wèn)題等設(shè)計(jì)難題，確保可以提升鋼混組合橋梁設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量。

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