鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)在橋梁中的發(fā)展及應用

(重慶交通大學土木工程學院　重慶　400074)

一、引言

鋼和混凝土是橋梁建造中的兩種最為主要的建筑材料，在這種結(jié)構(gòu)的各種性能上都有各自的優(yōu)點和缺點。鋼結(jié)構(gòu)橋梁的制造比較簡單施工比較方便，總體的性能像包括穩(wěn)定性，工作能力的可靠性等方面來說是具有很大優(yōu)勢；并且鋼結(jié)構(gòu)建筑是一種具有可持續(xù)發(fā)展的建筑材料不污染環(huán)境。但是鋼材也有它的不足的地方例如耐腐蝕性比較差；它比較耐熱但是不耐火。而對于混凝土而言，其大部分材料都可以在工地現(xiàn)場的得到或者在工地周邊獲取很方便，市場上的混凝土的從工廠運輸?shù)焦さ匾彩呛芊奖愕?，有些建筑物的?gòu)件可以直接在工廠里面進行制造和拼裝，可以縮短工期加快施工速度，也可以進行混凝土的現(xiàn)場澆筑，施工速度快。

二、鋼-混組合結(jié)構(gòu)原理及發(fā)展現(xiàn)狀

對于組合結(jié)構(gòu)的橋梁它的計算方法是彈性理論中的截面換算的方法，它的的假設(shè)條件是混凝土與鋼都是理想的彈性體，鋼與混凝土的連接是完全可靠的，變形相同。通過對彈性模量的換算將兩種材料換算成一種材料來計算。

按彈性理論計算鋼-混凝土組合梁：①視鋼梁和混凝土板之間是理想的連接，沒有相對的移動。②：視鋼和混凝土是理想的彈性體，他們的應變和應力成正比。③：組合截面的變形遵循平面假設(shè)原理。④：不考慮受拉區(qū)混凝土。在該組合結(jié)構(gòu)中將混凝土的截面用彈性模量的換算成鋼的截面來代替并稱成換算截面。

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁，就是將鋼筋和混凝土。用連接件把混凝土橋面板和鋼梁連成一個整體，同時要考慮它們的共同受力的橋梁結(jié)構(gòu)形式。工程師在組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工方面通過組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展和運用做出了很多簡化。從而組合橋也呈現(xiàn)出更多的優(yōu)勢，包括設(shè)計，施工，經(jīng)濟性能等方面。而相對于那些已建造的沒有使用組合結(jié)構(gòu)的橋梁來說減小了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸和截面高度，從而減小了結(jié)構(gòu)的自身重量，提高了橋梁的整體性與穩(wěn)定性。那么橋梁在外部荷載的作用下自身的撓度就要相對來說減少很多很多。通過連接件的作用導致橋面板對鋼梁的受壓起到約束作用。有利于鋼梁的整體性和穩(wěn)定性，充分的發(fā)揮鋼與混凝土的材料的優(yōu)勢。對結(jié)構(gòu)截面的降低增加了橋梁的整體外觀，降低了橋面的高度。而鋼-混凝土組合橋梁相對于混凝土橋梁上部結(jié)構(gòu)的高度減小，自重減小，造價降低。組合橋梁便于在工廠生產(chǎn)，現(xiàn)場施工費用低，施工速度快，工期就會縮短。并且能使用于傳統(tǒng)構(gòu)件不能使用的各種施工狀況下。

通常，為了減少施工的工作量縮短施工工期，我們只選用縱向方向的鋼梁。縱向鋼梁是通過用的若干橫梁來連接，橫量的設(shè)置數(shù)量根據(jù)具體情況而定。橫梁一般連接到縱向鋼梁，不與橋面板相連接。采用在橋面板內(nèi)橫向張拉預應力或者橫向懸臂鋼梁的方法來解決因橋面過寬混凝土橋面板往外伸的長度很大很大。或者縱向橋面板的跨度過大。當抗扭能力較大或者設(shè)計跨高比較大時，我們會選擇箱型截面組合梁橋。但是鋼的箱梁截面形式的橋梁造價比鋼材的板梁截面的橋梁來說要高很多，因此對于那些跨度要小一些的組合結(jié)構(gòu)的梁橋來說，我們更喜歡選擇工字型截面形式的鋼梁來進行設(shè)計施工。

三、鋼-混組合結(jié)構(gòu)的應用及發(fā)展趨勢

目前，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)中梁的形式有：組合鋼板梁橋，組合鋼箱梁橋，組合鋼桁梁橋，鋼桁腹桿組合梁橋，波形鋼腹板箱梁橋等。組合結(jié)構(gòu)還廣泛應用于斜拉橋、拱橋與懸索橋等橋中。

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁充分的發(fā)揮了鋼筋與混凝兩種材料的各自的優(yōu)點?？s短了在施工過程中工期，組合結(jié)構(gòu)滿足構(gòu)件的整體性以及施工中的經(jīng)濟性。減小了施工的造價成本。并且鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)便于施工的優(yōu)點在全球各國的橋梁工程建設(shè)中得到了更加廣泛的應用。

在我國的大跨度的技術(shù)要求的推動下，我國大跨度橋梁得到了快速的發(fā)展。并且在幾十年的研究與工程實踐中鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)不僅在大跨度橋梁工程中得到推廣運用，而且在工民建的高層與超高層的建筑中等很多結(jié)構(gòu)領(lǐng)域得到運用，得到重視。組合結(jié)構(gòu)可以充分的發(fā)展各種不同材料的特性與優(yōu)點，而且克服傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系的缺點，隨著不同結(jié)構(gòu)使用性能的提高，新技術(shù)的應用，新材料的發(fā)現(xiàn)，組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展相當迅速。隨著組合結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，由多種組合結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)體系的形成更加系統(tǒng)的理論以及設(shè)計方法計算方法將會發(fā)揮更大的綜合性能。由于新型材料的發(fā)展，新技術(shù)的研究出現(xiàn)，更多薄壁輕質(zhì)材料的出現(xiàn)鋼混組合結(jié)構(gòu)將在造價方面成本更加降低。

四、結(jié)論

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁是在已建的傳統(tǒng)橋梁結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)上進一步的發(fā)展過來的，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁充分發(fā)揮鋼材與混凝土兩種主要建筑材料的優(yōu)點減輕了橋梁的上部結(jié)構(gòu)的自重，這樣就提高了結(jié)構(gòu)的整體的經(jīng)濟性能，經(jīng)濟效益。并且減小了相對下的結(jié)構(gòu)部件尺寸，使橋梁的整體外觀更加優(yōu)美。降低了造價的成本包擴各項措施費，鋼-混凝土的構(gòu)件可以在工廠預制，縮短了橋梁的施工工期。