裝配式組合梁發(fā)展研究綜述

張云龍 朱原稷 王 靜

（吉林建筑大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院， 長春 130118）

0 引言

1970年前后，美國實施了橋梁快速施工計劃(Accelerated Bridge Construction,簡稱ABC計劃)，利用在工廠預(yù)制橋梁結(jié)構(gòu)相關(guān)構(gòu)件，運至現(xiàn)場進(jìn)行拼裝施工，大大地提高了橋梁建設(shè)速度[1-3]。在關(guān)乎國民經(jīng)濟(jì)命脈的基礎(chǔ)交通領(lǐng)域上，我國積極順應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工業(yè)化、現(xiàn)代化的發(fā)展潮流。據(jù)不完全統(tǒng)計，在我國眾多類型的橋梁中50m以下的橋梁大部分采用的是預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)，其主要截面形式包括：空心板、T梁以及箱梁等。從總體看，這類橫向裝配式橋梁的工業(yè)化程度還很有限；此外，這類橋梁在日常運營過程中也出現(xiàn)了許多病害問題，比如縱向的裂縫和單板受力等[4]。

新型裝配式鋼混組合梁的出現(xiàn)較好地解決了上述問題。與我國廣泛存在的常規(guī)鋼筋混凝土梁橋相比，它不僅縮短了橋梁的施工工期，且其橫向整體預(yù)制的橋面板還有利于克服常規(guī)裝配式鋼筋混凝土梁橋橫向整體性差的問題；與此同時，以鋼作為主梁的結(jié)構(gòu)形式避免了下緣混凝土的開裂，從而大大減輕了橋梁因混凝土材料受拉而產(chǎn)生的病害，降低了后續(xù)維護(hù)成本，提高了組合梁橋結(jié)構(gòu)的使用壽命。不僅如此，預(yù)制裝配式鋼混組合梁為施工標(biāo)準(zhǔn)化、保證施工質(zhì)量、縮短工期提供了有力支撐，尤其是當(dāng)跨線橋需要阻斷交通時，裝配式組合梁是最佳選擇。縮短阻隔交通的時間對經(jīng)濟(jì)正處于高速發(fā)展的中國來說是極為重要的，預(yù)制鋼混組合梁結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)形式必將成為未來橋梁發(fā)展的主要方向。同時，鋼材作為一種綠色建材，建筑垃圾少，對生態(tài)環(huán)境的影響小，大面積使用將產(chǎn)生巨大的生態(tài)效益價值。

國內(nèi)外研究學(xué)者對于裝配式組合梁的研究熱點主要集中在下文中的幾大方面。

1 對高性能水泥基復(fù)合材料的研究

高性能水泥基復(fù)合材料在國外也被稱作UHPC材料[5]。UHPC材料是一種剔除了粗骨料的水泥基復(fù)合材料，另外還可以加入各類的纖維來改善其相應(yīng)材料性能。UHPC材料因其抗壓、抗拉、斷裂能、以及耐久性都遠(yuǎn)高于普通混凝土的優(yōu)勢，受到了橋梁工程界的廣泛關(guān)注。

對UHPC材料延性變形能力測驗的一個經(jīng)典試驗是由美國聯(lián)邦高速公路管理局（THWA）于2001年在弗吉尼亞的運輸部制作的一個長達(dá)24m的預(yù)應(yīng)力UHPC簡支梁。在試驗過程中，當(dāng)UHPC梁跨中下?lián)现?00mm時，仍未出現(xiàn)肉眼可見的裂縫，隨著荷載的繼續(xù)增加，該梁的極限撓度達(dá)到了驚人的480mm。該試驗表明：UHPC梁具有出色的延性變形能力;

2 對組合連續(xù)梁負(fù)彎矩區(qū)的研究

在對于組合連續(xù)梁負(fù)彎矩區(qū)開裂彎矩計算和受力性能等研究方面，通過國內(nèi)外學(xué)者近年來進(jìn)行的大量試驗與理論研究，鋼混組合連續(xù)梁被逐步運用到實際工程中。2003 年 Baskar 和 Shanmugam[6]通過試驗發(fā)現(xiàn)鋼梁與混凝土的組合使得鋼梁的承載效率提高，且負(fù)彎矩區(qū)的效率小于正彎矩區(qū)的效率。同年，聶建國[7]等人對五根鋼-混凝土連續(xù)組合梁進(jìn)行加載試驗，發(fā)現(xiàn)抗剪連接件在負(fù)彎矩區(qū)的作用至關(guān)重要，能有效地防止混凝土頂板開裂。2005年Ahti L??ne[8]通過數(shù)值模擬的方法，提出了負(fù)彎矩區(qū)塑性分析的簡化理論模型。2009年周安等[9]提出了用變剛度法計算組合梁撓度的思路，推導(dǎo)出了對負(fù)彎矩區(qū)砼開裂彎矩的計算公式。

3 對抗剪連接件的研究

我國對剪力連接件的研究要晚于國外。1986年起，鄭州工學(xué)院對其的理論研究為我國《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GBJ17-88）[10]的制定提供了重要依據(jù)[11]。2003 年版的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2003)[12]，較大幅度提高了栓釘抗剪承載力的上限，采用材料的抗拉強度來計算，從而減少了栓釘?shù)挠昧?，降低了施工成本?011年，重慶交通大學(xué)根據(jù)組合連續(xù)梁和組合連續(xù)鋼構(gòu)的特點，進(jìn)一步探討了剪力連接件的類型與構(gòu)造形式，設(shè)計了抗推試驗，系統(tǒng)地研究了其傳力特性與結(jié)構(gòu)性能。

4 存在的問題

（1）在材料方面，高性能水泥基復(fù)合材料的突出特點之一就是其高強度，而高溫、蒸壓等復(fù)雜、耗能大的養(yǎng)護(hù)方式大大局限了其在現(xiàn)實工程運用和推廣；此外，不同學(xué)者在纖維摻量對UHPC材料力學(xué)性能影響方面的結(jié)論也不盡相同。

（2）在剪力連接件方面，栓釘與鋼纖維增強高性能水泥基復(fù)合材料之間的連接強度還沒有相關(guān)的試驗研究；基于鋼纖維增強高性能水泥基復(fù)合材料對不同尺寸的栓釘?shù)目辜魪姸鹊挠绊懸矝]有相關(guān)文獻(xiàn)可供查詢。

（3）在負(fù)彎矩區(qū)方面，雖然工程師們引入了預(yù)應(yīng)力措施，但由于較大部分預(yù)應(yīng)力最終施加到了鋼梁上且伴隨著預(yù)應(yīng)力的損失，組合梁頂板在負(fù)彎矩區(qū)的開裂問題仍然突出。