鋼—混凝土組合梁結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況及其在橋梁中的應(yīng)用

牛云峰

摘?要： 近年來，鋼—混凝土組合梁結(jié)構(gòu)形式越來越多地應(yīng)用于橋梁建設(shè)中。本文圍繞鋼—混凝土組合梁結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用進行有關(guān)研究，了解現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，分析結(jié)構(gòu)受力特征，分析了鋼—混凝土組合梁結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀及其需要進一步研究的問題，并提出了合理的設(shè)計建議。

關(guān)鍵詞： 鋼—混凝土連續(xù)組合梁橋;構(gòu)件連接;優(yōu)缺點;應(yīng)用;發(fā)展展望

【中圖分類號】TU398.9?????【文獻標(biāo)識碼】A?????【文章編號】1674-3733（2020）23-0114-01

1?組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展和工程應(yīng)用

鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)是在鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的結(jié)構(gòu)，主要有壓型鋼板組合板、組合梁、型鋼混凝土、鋼管混凝土和外包鋼混凝土等五類。

（1）鋼板與混凝土組合板：壓型鋼板與混凝土組合板的特點是利用混凝土造價低、抗壓強度高、剛度大等特點，作為板的受壓區(qū)，而受拉性能好的鋼材放在受拉區(qū)，代替板中受拉縱筋，使兩種材料合理受力，各得其所，兩種材料都能發(fā)揮各自的特點。

（2）混凝土組合梁：鋼—混凝土組合梁是將鋼梁與混凝土板組合在一起的梁，具有抗疲勞性能好、承載力可靠、節(jié)約鋼材、降低梁高和增強剛度的優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于高層建筑、橋梁結(jié)構(gòu)、多層工業(yè)廠房及結(jié)構(gòu)的加固與修復(fù)等方面。

（3）型鋼混凝土：型鋼混凝土是在鋼筋混凝土內(nèi)含型鋼的結(jié)構(gòu)，與鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土相比具有許多優(yōu)點，在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。由于型鋼混凝土與鋼結(jié)構(gòu)相比更耐久、更耐火，與鋼筋混凝土相比施工方便、延性好，使之越來越多地應(yīng)用于工程實踐。

（4）鋼管混凝土：由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有承載力高、塑性和韌性好、施工方便、耐火性能較好、抗震性能好等優(yōu)點，因此，廣泛應(yīng)用于高層和超高層建筑、橋梁結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)、單層和多層工業(yè)廠房柱等建筑。

（5）外包鋼混凝土：外包鋼混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性相比具有節(jié)省模板、降低造價和縮短工期的優(yōu)點，與鋼結(jié)構(gòu)相比具有剛度好、耐火性能好和減小防銹面積等優(yōu)點。

2?鋼—混凝土梁組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點

由于組合梁能按各組成部件所處的受力位置和特點，較大限度地充分發(fā)揮出鋼與混凝土各自材料的特性，不但滿足了結(jié)構(gòu)的功能要求，而且還有較好的技術(shù)經(jīng)濟效益。

2.1?組合梁有以下的優(yōu)點：（1）施工快速方便、不中斷現(xiàn)況交通。（2）實踐表明，組合梁方案與鋼結(jié)構(gòu)方案相比，可節(jié)省鋼材20—40%，每平方米造價可降低10—40%。（3）組合梁方案與鋼梁方案相比，截面剛度大，梁的撓度可減少1/3—1/2;此外，還可提高梁的自振頻率。（4）組合梁方案與鋼梁或鋼筋混凝土梁方案相比，可減少結(jié)構(gòu)高度，增加凈空高度。（5）組合梁方案由于它的整體性強，抗剪性能好，表現(xiàn)出良好的耐震性能。（6）組合梁施工中可以利用鋼梁作混凝土板的模板支承，以節(jié)約支承用的木材或鋼材。

2.2?組合梁不足之處主要表現(xiàn)為：（1）耐火等級差，對耐火要求高的結(jié)構(gòu)，需對鋼梁涂刷耐火涂料。（2）壓型鋼板組合板的連接性能不好，焊接質(zhì)量不易保證，還存在焊接栓釘、鍍鋅可焊性很差等施工問題。

3?鋼一混凝土組合梁結(jié)構(gòu)在橋梁設(shè)計中的應(yīng)用

混凝土組合梁橋是一種新型結(jié)構(gòu)，目前我國在這方面尚沒有成熟的設(shè)計理論和規(guī)范，其設(shè)計和施工都處于探索之中。

3.1?連續(xù)組合梁橋的一般特點

（1）鋼梁通過連接件疊合混凝土翼板形成組合梁后，抗彎能力及截面剛度均比原來鋼梁大有提高。

（2）單跨簡支組合梁在工作的時候，一般的情況是跨中截面所承受的彎矩大而剪力?。ɑ驗榱悖ё孛嫠惺艿募袅Υ蠖鴱澗貫榱?，故可分別按純彎或純剪條件來設(shè)計截面。

（3）單跨簡支組合梁，因為有混凝土翼板對鋼梁上翼緣起側(cè)向扶持作用，可以不考慮整體穩(wěn)定問題。

3.2?連續(xù)組合鋼箱梁橋的一般設(shè)計方法

（1）鋼箱梁的設(shè)計

鋼箱梁一般都是在工廠制作，運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行吊裝就位。因而，考慮到工廠預(yù)制條件、運輸及吊裝能力，一般在順橋向根據(jù)橋梁長度將主梁分為幾個制作段，縱向設(shè)置橫隔板以減少畸變變形的影響，保證其整體受力性能;在橫橋向設(shè)置橫系梁，以保證各個箱體共同受力及橋梁整體穩(wěn)定性。腹板一般做成內(nèi)外不等高來實現(xiàn)橋面橫坡，也有把腹板設(shè)計成槽形波紋鋼板，以進一步減輕橋梁自重。

（2）橋面板的設(shè)計

根據(jù)施工方法的異同，可將組合梁的橋面板分為預(yù)制和現(xiàn)澆兩種。預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土橋面板通過在縱向施加預(yù)應(yīng)力，來提高橋面板的耐久性，加強預(yù)制塊之間的連接以及滿足連續(xù)梁支點負彎矩處抗彎承載力的要求?，F(xiàn)澆橋面板的整體性好，并且與鋼梁及剪力連接件之間的粘接效果良好，加快了施工進度，但橋面板整體穩(wěn)定性不如前者好。

（3）抗剪連接件的設(shè)計

組合梁受力的關(guān)鍵所在是鋼梁和混凝土板連接部位的抗剪連接件，該處受力復(fù)雜又是容易產(chǎn)生疲勞破壞的地方，特別是在組合梁負彎矩區(qū)工作的鋼筋混凝土板，因為要承受拉應(yīng)力，如果不施加預(yù)應(yīng)力，則必須充分保證抗剪連接件的安全度。常見的機械連接件形式有栓釘、型鋼和鋼筋三種，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)不同的情況（如縱向剪力的大小及方向等）選用不同形式的連接件。

4?鋼—混凝土梁組合結(jié)構(gòu)需要進一步研究的問題

目前，鋼—混凝土組合梁結(jié)構(gòu)已被列入國家科技成果重點推廣項目，為更好地規(guī)范和推廣組合結(jié)構(gòu)，需要進一步對以下問題進行研究：組合結(jié)構(gòu)在復(fù)雜受力狀態(tài)下的性能及設(shè)計方法研究，溫度、徐變和收縮效應(yīng)及殘余應(yīng)力的影響研究，組合結(jié)構(gòu)的整體性能和施工力學(xué)問題研究，開展梁柱節(jié)點構(gòu)造、構(gòu)件及其節(jié)點制造的標(biāo)準(zhǔn)化和組合結(jié)構(gòu)體系的性能研究等。

5?對鋼—混凝土梁組合結(jié)構(gòu)進一步發(fā)展的展望

由于鋼—混凝土組合梁結(jié)構(gòu)具有諸多的優(yōu)點，近年來在我國已取得了較大的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于各類建筑結(jié)構(gòu)中，具有廣闊的發(fā)展前景，工程實踐表明，推廣該類結(jié)構(gòu)符合我國的基本建設(shè)國情和建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展方向。盡管如此，還需要進一步加大投入，就如何更好地發(fā)揮組合結(jié)構(gòu)在工程結(jié)構(gòu)中的優(yōu)勢進行深入研究，并應(yīng)盡快出臺完整的鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程，以促進鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計更加規(guī)范化。

參考文獻

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