结合梁结构在我国桥梁中的应用和主要技术问题总结

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【摘 要】本文介绍结合梁结构的构成及特点,总结近年结合梁结构在我国梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥等各式桥型中的应用.分析结合梁结构在桥梁设计中,存在的剪力键标准化、刚度合理匹配、负弯矩区混凝土板防裂处理、温度影响、混凝土收缩徐变等问题.供工程技术人员参考.

【关 键 词】桥梁工程；结合梁；剪力键

结合梁结构指采用剪力键将下部的钢板梁、U型钢梁、钢箱梁和钢桁梁等构件和上部的钢筋混凝土板结合在一起共同作用的一种复合结构,这种结构充分利用钢材良好的抗拉性能和钢筋混凝土较好的抗压性能[1].

结合梁结构具有高度小、自重轻、承载力高、刚度大、节省支模工序和模板、减少现场作业量、施工速度快、综合效益好等优点.作为重要的承重结构形式已广泛应用于工业厂房、大跨结构、地下结构、高层建筑和桥梁结构等[2].

多年来,结合梁结构的应用实践表明,它不仅可以很好地满足结构的功能要求,而且具有良好的技术经济效益,在建筑及桥梁结构等领域体现出广阔的应用前景.在我国,结合梁结构已部分应用与桥梁工程中[3].本文就这一技术做总结分析.

1结合梁结构在梁桥中的应用

1.1在简支梁桥中的应用

与钢桥相比,结合梁桥具有节省钢材、建筑高度低、噪声小、耐疲劳等优点；与混凝土桥相比,结合梁桥具有重量轻、刚度大、制造简单、施工速度快等优点.城市轨道钢桁梁桥多有梁高限制,并要求较高刚度且避免明桥面,多采用结合梁结构,如：武汉轨道交通跨越京广线的40m简支梁桥,通过采用结合梁结构实现了满足既有铁路净空限制,且施工期间不中断铁路[4].我国新建的各种高速铁路钢桁梁桥,为避免明桥面,亦多采用结合梁桥面.

1.2在连续梁桥中的应用

1993年建成的北京国贸桥,3个主跨采用连续结合梁结构,在国内城市立交桥中首创.综合效益有：（1）比现浇桥面板节省近4000m2高空支模工序和模板,减小湿作业量,缩短工期近一半,未中断下部交通；（2）比钢筋混凝土梁桥自重减轻约50%；（3）比钢桥节省钢材30%左右.实现“轻型大跨、预制装配、快速施工”的目的[3].台北城市立交中亦有类似应用.江苏省常州市武进区,跨越京杭运河的平陵大桥,长252m（71+110+71）,宽33.5m,主桥采用三跨连续结合梁结构,降低梁高,实现互通设计的平面化.

2结合梁结构在拱桥中的应用

2006年通车的广州丫髻沙大桥,桥面采用结合梁结构,有效降低桥梁自重.广州新光大桥,三跨连续刚架钢桁拱桥,主、边跨相差悬殊,为使传给拱脚三角刚架的竖向力平衡,主拱桥面采用结合梁,边拱采用混凝土梁.北京市玉渊潭公园入口的蝴蝶拱人行桥也采用了结合梁结构.

3结合梁结构在斜拉桥中的应用

1991年建成的上海南浦大桥,三跨主梁均为工字型钢梁与钢筋混凝土桥面板相结合的结合梁结构.1993年建成的上海杨浦大桥,双塔三跨斜拉桥,主跨602m,主梁采用双侧钢箱梁与混凝土桥面板结合的结合梁结构.两桥均先架设钢纵梁和钢横梁,形成施工拼装单元,再将预制钢筋混凝土桥面板铺装就位,浇筑接缝混凝土,通过上翼缘栓钉形成结合梁结构,节省支模工序,方便施工,保证质量.

20世纪末修建的最大规模公铁两用桥,芜湖长江大桥,跨径180+312+180m,上层公路部分采用结合梁结构桥面[5].2011年通车的湖北省武汉市二七长江大桥,为三塔斜拉桥,双主跨均616m,桥面采用结合梁结构.

4结合梁结构在悬索桥中的应用

2003年建成的江苏省苏州市苏州新区的索山桥,跨径33+90+33m,桥面总宽37m,是当时国内最大跨度的自锚式悬索桥.主梁除边跨端锚段采用混凝土外,均采用结合梁结构[6].2006年建成的广东省东莞市东江大桥,跨径112+208+112m,是国内第一座双层公路桥,采用三片钢桁的刚性悬索加劲,双层桥面均采用结合梁结构,保证了桥面铺装质量.

5结合梁结构的主要技术问题

5.1剪力键标准化

对于剪力键的承载力及影响因素,尚处于经验阶段,针对特定工程实,通过实验得出经验公式[7].多采用推出试验方法,但试件形式和尺寸无统一标准.设计人员并不是依靠受力或荷载要求去选用剪力键,而是先取用结合梁结构,再通过实验得出其许用值,反过来再去修正设计,使设计过程繁琐,给工程设计人员造成麻烦.

5.2刚度合理匹配

桥梁结构梁高多有变化,在梁高变化段,下部钢结构与上部混凝土结构刚度需要调整,以使受力合理；在钢结构板厚度变化的区域如何调整两部分刚度,减小刚度突变是需要着重关心的问题.

5.3负弯矩区混凝土板的处理

为防止混凝土板受拉开裂,常用做法是施加预应力,目前有两种方法：（1）在钢箱内施加预应力,使得全段混凝土板与钢结构均处于受压状态；（2）在混凝土板中施加预应力,又分为先张法和后张法两类.但所施加预应力的大小,多依托工程经验.

5.4温度影响

混凝土与钢的线膨胀系数有差异,即使是均匀的温度变化,仍会使结合梁横截面上产生温度应力,其影响有时会较大,甚至与荷载作用下的应力为同一量级[8].更突出的是两种材料的热传导性差异大,在日温度变化较大地区,温度梯度对结合梁结构造成的影响尚无公认合理的研究方法.

5.5混凝土收缩徐变

收缩、徐变使得结合梁形成次应力,影响结合梁结构的受力[9],多采用有限元法分析,文献[9]采用了解析法,钢筋混凝土结构中,收缩、徐变已是难点问题,在结合梁结构中更需慎重处理.

6结语

结合梁结构作为继钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、钢结构以及砖石混凝土结构之后的第五类结构,有高于钢结构和混凝土结构的优点,广泛应用于土木结构中.在我国,已在梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥等各式桥梁结构中得到应用,实现了可观的技术经济效益.国内对结合梁结构的研究还不够深入,停留在经验阶段,诸如剪力键标准化、刚度合理匹配、负弯矩区混凝土板处理、温度影响、混凝土收缩徐变等问题需工程技术人员进行深入研究,审慎处理.

【参考文献】

[1]赴鸿铁.钢与混凝土组合结构[M].北京：科学出版社,2011.

[2]李勇,陈宜言,聂建国,陈春宝.钢-混凝土组合桥梁设计与应用[M].北京：科学出版社,2002.

[3]聂建国,余志武.钢-混凝土组合梁在我国的应用及研究[J].土木工程学报,1999（3）.

[4]黎顺生.武汉轨道交通40m简支钢-混结合梁设计[J].铁道建筑,2011（2）.

[5]罗宇,王荣辉.钢-混凝土结合梁的发展历程与现状综述[J].公路交通技术,2004（4）.

[6]郭忆,郑本辉.苏州索山大桥主桥设计[C]//中国公路学会桥梁和结构工程分会2004年全国桥梁学术会议论文集.2004.

[7]胡建华,侯文崎,叶梅新.PBL剪力键承载力影响因素和计算公式研究[J].铁道科学与工程学报,2007,4（6）.

[8]陈玉骥.钢-砼结合梁温度应力的弹性力学解[J].佛山科学技术学院学报：自然科学版,2008,26（1）.

[9]王宝万,张元海.结合梁中混凝土收缩徐变引起的次内力分析[J].山东建材,2008（1）.

[责任编辑：丁艳]