我國鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁研究進(jìn)展及工程應(yīng)用

王旭

[摘 要]我國道路交通的發(fā)展和橋梁的建設(shè)息息相關(guān)，橋梁也是道路交通的重要組成部分。隨著人民生活的提高和各種車輛尤其私家車數(shù)量的急劇增加，我國的交通出行壓力增大，交通道路的建設(shè)以及相關(guān)橋梁的修筑也要隨著時代的發(fā)展不斷發(fā)展和進(jìn)步。雖然橋梁的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但在設(shè)計(jì)發(fā)展和應(yīng)用上始終要堅(jiān)持實(shí)事求是、因地制宜的原則。而鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁也以其獨(dú)特的魅力和優(yōu)勢在不斷地發(fā)展和應(yīng)用，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)在近年來傳統(tǒng)的梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上組合和創(chuàng)新的各種橋梁結(jié)構(gòu)和模型中有較強(qiáng)的競爭力。本文就其發(fā)展研究和應(yīng)用進(jìn)行闡述和分析。

[關(guān)鍵詞]橋梁結(jié)構(gòu)；鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)；研究；發(fā)展；應(yīng)用

中圖分類號：TU48 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）29-0200-01

橋梁的建造也隨著時代的變遷和科技的發(fā)展密切相關(guān)，用料和規(guī)格等由單一的木材、石材等小型橋梁不斷發(fā)展為現(xiàn)在的鋼材、混凝土為主的多種結(jié)構(gòu)或組合結(jié)構(gòu)的大型橋梁。而所有改革創(chuàng)新和組合都是為了優(yōu)化或者改造更高性能的橋梁，在物理結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能等都有很大的提高和進(jìn)步。鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)以其優(yōu)良性能，一經(jīng)出現(xiàn)便迅速在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。

一、鋼-混凝土組合橋梁的概述

橋梁的組合結(jié)構(gòu)通常指其結(jié)構(gòu)截面的材料的組合。鋼-混凝土的組合結(jié)構(gòu)就是目前最為常見的鋼材和混凝土的組合結(jié)構(gòu)。其研究應(yīng)用可以追溯到20世紀(jì)初葉，但那時候的應(yīng)用具有局限性，隨著以后的發(fā)展，鋼-混凝土之間通過剪力連接件采用剪力鍵傳力方式的應(yīng)用真正意義的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的誕生的標(biāo)志。而我國起步和發(fā)展較晚于西方國家，經(jīng)過近些年的發(fā)展也有更深的研究和應(yīng)用，并且隨著鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)更為深入廣泛的應(yīng)用尤其在橋梁上，無論其良好的實(shí)用性還是可觀的經(jīng)濟(jì)性都被建筑類行業(yè)廣泛的認(rèn)可。并且隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和不斷地深入的研究應(yīng)用，仍有很大的研究空間以及相當(dāng)?shù)膽?yīng)用前景。

二、鋼-混凝土組合橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

鋼-混凝土的組合結(jié)構(gòu)的橋梁兼顧了鋼材和混凝土在建筑工程方面的優(yōu)勢。鋼在橋梁中應(yīng)用可以是提高橋梁的抗拉、抗彎、抗剪和抗扭強(qiáng)度等力學(xué)結(jié)構(gòu)上的性能，進(jìn)而延長使用壽命；而混凝土主要負(fù)責(zé)抗壓等表面的特性，保證耐火、耐腐蝕等特性。在應(yīng)用上，鋼和混凝土的組合搭配性能高于純鋼式的橋梁，其剛度較大、穩(wěn)定性也好，同時純鋼結(jié)構(gòu)也有不可回避的弊端制約著功能、性能，例如噪音、震動等；性能上有遠(yuǎn)高于單純的混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁，有抗沖擊、抗腐蝕、重量輕、節(jié)約材料、便于施工建造等諸多優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)性上較之不按組合梁設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)可以節(jié)約15%～20%的鋼材。

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)從受力方面上講，通常分為組合梁、組合拱和組合柱三大類。其中組合拱多為鋼管混凝土拱，也有勁性骨架混凝土拱；組合柱如鋼管混凝土柱和型鋼混凝土柱，應(yīng)用較多的就是內(nèi)嵌型鋼或勁性骨架，也有疊合柱等；組合梁的應(yīng)用是橋梁應(yīng)用最為廣泛的，有型鋼類如工字鋼梁-混凝土板組合梁、槽鋼梁-混凝土板組合梁，有鋼桁架-混凝土板組合梁、鋼腹板（桿）-PC組合箱梁等。

三、鋼-混凝土組合橋梁的應(yīng)用和發(fā)展

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁在中等跨度（20～90m）應(yīng)用最為廣泛。傳統(tǒng)的組合橋梁應(yīng)用也隨著科技的發(fā)展不斷地進(jìn)行補(bǔ)充和優(yōu)化，從而使應(yīng)用在施工和經(jīng)濟(jì)性上提高更大的優(yōu)勢。例如對于跨度較小的橋梁選擇工字型鋼-混凝土組合梁，對于抗扭剛度較高的跨線橋或彎橋就要選擇箱形截面的鋼-混凝土組合梁，這就是因地制宜有針對、有選擇的對不同狀況、不同環(huán)境、不同要求的地方進(jìn)行最合理以及最切實(shí)地設(shè)計(jì)與應(yīng)用。因而，我國對于鋼梁-混凝土板組合梁（槽鋼、工字鋼）、波形鋼腹板-PC組合梁、鋼-混凝土組合剛構(gòu)橋、鋼管混凝土組合柱橋等都有較多應(yīng)用，同時也在不斷地學(xué)習(xí)、總結(jié)、規(guī)范和發(fā)展創(chuàng)新。國內(nèi)外典型的結(jié)構(gòu)：組合箱梁橋如法國的Arbois和Brasde la plaine（剛構(gòu)橋）、上海的閔浦大橋（斜拉橋）；鋼管混凝土勁性骨架柱（組合柱）如四川雅瀘高速公路上的臘八斤特大橋和黑石溝特大橋；鋼管混凝土拱橋（組合拱）如四川合江長江一橋，等等。

對于國際上出現(xiàn)的新型橋梁結(jié)構(gòu)也不斷跟進(jìn)、探索和研究。在設(shè)計(jì)方案上，勘查技術(shù)隨著GPS等技術(shù)應(yīng)用對于地理環(huán)境的勘探和了解有了更進(jìn)一步突破，對于設(shè)計(jì)、改進(jìn)，模擬仿真等有了詳實(shí)充分的數(shù)據(jù)支持；而設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)、設(shè)計(jì)理念和理論的不斷更新和深刻，對于橋梁規(guī)格、要求都有大幅度的提高，同時CAD的集成技術(shù)、3D的模擬仿真等理論驗(yàn)證以及實(shí)驗(yàn)證明等都不斷推動著橋梁的發(fā)展和建設(shè)。另外，新型材料的發(fā)現(xiàn)、新組合的研究和應(yīng)用也為其理論向?qū)嵺`轉(zhuǎn)化提供新的方便和可能，如高性能的UHPC材料、CFRP材料、智能材料和納米材料等的研究和發(fā)展。

在發(fā)展上，無論是新理論或是理論技術(shù)的創(chuàng)新和改進(jìn)，還是工程材料的新發(fā)現(xiàn)和新應(yīng)用等都是國際社會所關(guān)注的焦點(diǎn)。因?yàn)闃蛄旱慕ㄔO(shè)或者改革影響著交通通行，進(jìn)而影響著國民經(jīng)濟(jì)甚至國際、民生等等。而科技的進(jìn)步向來是核心的動力，近年來不斷發(fā)展的鋼腹板（桿）-混凝土組合拱、勁性骨架混凝土橋面板-鋼管混凝土桁架組合桁梁、波形鋼腹板-鋼管混凝土組合梁結(jié)構(gòu)以及不斷設(shè)計(jì)研究與測試應(yīng)用的鋼管混凝土勁性骨架柱、鋼管混凝土主肢-混凝土綴板復(fù)合柱和混合柱、雙重組合作用連續(xù)組合梁橋和大跨斜拉橋組合橋面系等結(jié)構(gòu)也取得了一定的成果。

四、小結(jié)

我國橋梁的建設(shè)繼木橋、混凝土橋、鋼橋和鋼筋混凝土橋梁之后，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁作為一種較為新型的橋梁迅速在近些年被廣泛應(yīng)用，它充分發(fā)揮了鋼材高強(qiáng)的抗拉、抗剪能力和抗壓耐腐蝕等綜合能力，同時還節(jié)約了成本。雖然我國發(fā)展起步較晚，但仍然擋不了我國的發(fā)展熱情，從國外學(xué)習(xí)、引進(jìn)以及自主的設(shè)計(jì)開發(fā)與研究，都離不開政府的政策支持、教育資源、建設(shè)等的投入，而隨著我國經(jīng)濟(jì)、科技、文化等的全面持續(xù)發(fā)展和進(jìn)步，我國的橋梁建設(shè)（尤其隨著鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和推廣）會有更矚目的明天。

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