钢-混组合结构在大跨梁桥中的应用分析

摘要：钢-混组合桥梁具备钢结构抗拉、混凝土抗压，充分发挥两种材料的使用性能，以减轻自重，减小构件截面尺寸,增加有效使用空间的结构优点。目前我国正处于推进公路钢结构桥梁建设、实施绿色交通发展的历程中，钢混组合梁桥由于可采用轻型化钢混组合结构、工厂化生产预制、标准化组装施工，在工程中应用逐渐增多。与混凝土梁桥进行技术经济性对比，钢混组合梁桥具有明显的的技术经济优势。从钢混组合梁桥的现状和发展历程来看，我国发展钢混组合梁桥的具有重大意义。

关键词：钢-混组合结构；大跨梁桥；技术经济性； 引言

跨海随着钢-混凝土组合结构的试验研究逐渐深入、理论分析逐渐成熟，在钢筋混凝土结构和钢结构的基础上发展起来的钢混组合结构因具有良好的受力性能和施工性能，在桥梁工程和房屋建筑等诸多领域有了越来越广泛的应用。其中，钢板-混凝土组合梁桥是由工字型钢板梁与混凝土桥面板通过抗剪连接件连接而形成的一种组合结构，这种组合结构充分发挥了钢材和混凝土两者的材料性能优势，具有截面尺寸小而刚度大、结构承载能力高而施工方便快捷等优点。

近几十年来，钢板-混凝土组合梁桥发展很快，工程应用与实践表明，钢板-混凝土组合梁桥不仅能够符合现代桥梁对于使用功能的要求，同时满足经济效益和环保要求，工程实践经验表明，钢混组合结构桥梁逐渐凭借自身在技术经济上的长处，已成为最具有竞争力的桥梁结构型式之一 [1]。 1钢-混组合结构发展进程 1.1结构体系发展

早期建造的钢板组合梁桥在设计上虽然考虑了钢主梁与混凝土桥面板间的组合作用，但是在构造设计上却和非组合钢板梁桥很接近，采用的常是多根钢主梁、钢主梁间设置密集小横梁以及设置横联和平联的结构形式，而且为防止失稳在钢梁腹板上焊接众多纵向、横向加劲肋。

这种构造形式的钢板组合梁桥，构件数量繁多冗杂，焊接工作量巨大，不仅造成高额的工厂制作费用，而且施工周期长、后期桥梁管养难度大。同时在受力性能方面，各构件的受力程度和传力路径交错而不明确，不能充分发挥作用，还容易发生焊接处疲劳和构件局部失稳问题。这些制约着钢板组合梁桥的推广应用，因此桥梁工作者们开始尝试改进和创新钢板组合梁桥。

双主梁形式的钢板-混凝土组合梁桥的两根钢主梁之间通常不设置纵向联结系和腹板纵向加劲肋，减少了构件数量，混凝土桥面板承载方式可设置成横向或者纵向，与之对应的横梁形式为大横梁或者小横梁。双主梁钢板组合梁桥结构最大的力学特点同时也是构造优势便是仅利用两根钢板梁作为主要受力构件，充分发挥钢板梁的纵向受弯性能，钢板梁与混凝土桥面板通过抗剪连接件连接，并在钢板梁间设置一定数量的横梁，满足组合梁的横向受力要求，实现结构整体协同受力。

1.2国内工程应用

桥梁一直以来都是靓丽的风景线，工程师们努力把每座桥梁都建造成为融创新、环境、文化、情感于一体的经典艺术品。我国在把组合结构应用于桥梁工程的发展过程中，公路大跨径桥梁以上海市南浦大桥、杨浦大桥为代表首先在桥面系中采用钢混组合结构，铁路桥梁则以安徽芜湖长江大桥为代表首先采用钢桁组合梁，国家工程港珠澳大桥浅水区非通航孔桥也采用了跨径为85m钢箱组合连续梁桥。 2钢板-混凝土组合梁桥的一般构造

钢板-混凝土组合梁桥是由焊接或轧制的工字型钢板梁通过栓钉等抗剪连接件与现浇或预制的混凝土桥面板组合而成的结构，扬长避短形成强度高、质量轻、易施工的桥梁形式。 2.2钢板-混凝土组合梁桥的横截面一般构造

钢板组合梁桥的钢主梁一般处于受拉状态，主要有双主梁和多主梁结构形式。钢主梁材料可以选择成品轧制H型钢或者焊接工字型钢，一般当桥梁跨径较小且梁高较低的时候多采用轧制H型钢，易于降低成本，而且焊接工作量小、施工速度快，常应用于承受活载作用较小的人行天桥；对于桥梁跨径较大、承受活载作用也较大的公路桥梁，一般采用焊接的上下翼缘不等宽的工字型钢，此时可根据受力情况和计算结果确定腹板以及上下翼缘板的厚度和宽度[2]。

钢主梁立面布置既有等梁高也有变梁高形式，其中等梁高布置是常见的适用于工厂化预制的经济结构形式，同时也便于分节段运输和现场拼装施工。当采用等梁高布置时，为适应桥梁结构受力的变化，需分节段使用不同厚度的钢板，一般多是变化翼缘板厚度，并保证钢板梁顶、底面平齐而朝腹板侧变化。 2.3混凝土桥面板构造

混凝土材料具有良好的抗压性能，在钢板组合梁中主要起受压上翼缘的作用。钢板组合梁的混凝土桥面板不仅可提高结构的刚度和抗变形能力，还可提高组合粱抵抗屈曲的能力，即混凝土桥面板形成强度后，可为与之连接的钢板梁受压上翼缘板提供有力的侧向约束，提高了结构整体稳定性。

为克服桥面板顶易开裂和耐久性差的弊端，新型材料逐渐应用于混凝土桥面板中，如纤维增强复合材料（FRP）、活性粉末混凝土（RPC）以及超高性能纤维增强混凝土（UHPFRC）等逐渐应用于实际工程中，通过提高材料的力学特性从而增大组合结构的承载能力和改善结构耐久性。

2.4抗剪连接件构造

抗剪连接件是焊接于钢梁上翼缘并将钢板梁和混凝土桥面板连接在一起共同受力的重要构件，不仅起传递钢梁和混凝土桥面板间纵向剪力的作用，还起到抵抗两者间界面水平滑移和竖向掀起的作用。抗剪连接件是钢梁与混凝土桥面板发挥组合作用的基础，对组合梁的耐久性至关重要。通常在钢梁与混凝土桥面板支撑面间设置几毫米的橡胶密封条或者在钢梁上翼缘顶面涂抹钢混粘结胶，防止雨雪以及桥梁冲击荷载作用下可能发生的连接件锈蚀、影响组合梁耐久性的情况。

3钢板-混凝土组合梁桥的技术经济性和特点

与混凝土梁桥相比，减小了构件截面尺寸，结构高度降低、自重减轻；同时可以节省脚手架和模板，便于立体交叉施工，施工周期缩短；而且钢板组合梁桥的延性比混凝土梁桥更优。与钢桥相比，用钢量减少，节省材料，同等刚度、强度的组合梁桥可节省用钢量

20%~40%，造价显著降低；同时钢板组合梁桥的刚度更大，结构稳定性和整体性增强，由于

混凝土桥面板的侧向刚度大，在与钢板梁形成组合结构后可有效避免下部钢板梁发生整体失稳和局部失稳的弊端；而且钢板组合梁桥可改善钢桥的振动问题，减小结构发生共振的可能性，提高结构的耐久性。

但是，钢板组合梁桥也存在如下缺陷:

相对于混凝土桥，需要对钢板组合梁桥的钢梁采取防火措施，有必要在钢梁表面覆盖耐火材料；同时，钢梁和栓钉在环境作用下易腐蚀，为保证耐久性，有必要采用耐候钢或者防腐涂料。

栓钉和钢梁的焊接费时费工，需要借助高精度检测仪器分别对栓钉和钢梁的焊缝进行无损检测；同时预制桥面板在吊装时，现场作业人员在钢梁施工平台上行走不便，对剪力槽口的对接施工要求高。 4结语

钢-混组合板梁的轻型化也是在中小跨径桥梁推广应用中的一个发展趋势。通过对传统的钢梁体系进行大幅简化，减少主梁片数，减少横撑、腹板和加劲肋，采用预应力混凝土板，被认为是非常经济的一种桥梁形式。随着我国新时期下经济的快速发展，一带一路等政策的稳步实施，钢板组合梁桥势必将迎来一个研究与建造高潮。 参考文献：

[1] 李政.装配式组合钢箱梁在桥梁工程中的应用[J].建材发展导向,2019,17(08):88-89. [2] 陈龙.钢-混组合梁新型界面连接及传力机理研究[D].东南大学,2018. [3] 贾涛.铁路桥梁大跨度组合桥式结构的应用[J].江西建材,2017(05):181-182. [4] 刘城. 基于美国组合钢板梁桥通用图的中美桥梁设计规范对比[D].长安大学,2019.