在桥梁工程中钢_混凝土组合结构的优势与劣势

在桥梁工程中钢_混凝土组合结构的优势与劣势

交通土建2011级

摘 要：随着我国经济建设的加速发展，在近30年来建造了不少大型桥梁。由于组合梁能充分发挥钢与混凝土两种材料的力学的性能，在国内外桥梁工程中获得了广泛的应用。本文将阐述钢_混凝土组合梁结构在桥梁工程中的优势、劣势、应用及发展趋势，

关键词：桥梁工程；钢－混凝土组合结构 1、钢_混凝土组合结构发展现状 自20世纪50年代以来，欧洲各国、美国和日本等国已在多类桥梁中较为广泛的应用了组合结构。与之配套的各类抗剪连接件、施工架设技术和分析方法也不断发展，并编制了以欧洲规范四等为代表的组合结构桥梁设计规范。20世纪80年代以来，国际桥梁及结构工程协会（IBASE）多次召开国际学术会议，对组合结构桥梁在研究、设计、施工等方面的发展进行交流和研讨，进一步促进组合结构桥梁的发展。 相对于发达国家，尽管在我国很多大中城市的高架立交桥、中小跨径的公路桥和铁路桥以及大跨度斜拉桥、悬索桥、拱桥中都应用了组合结构，我国组合结构桥梁的技术水平仍落后于国际先进水平。桥梁施工技术发展极不平衡。一方面，在寻求跨度突破的巨大技术需求推动下，大跨度桥梁快速发展并且屡次打破世界记录；另一方面，在中、小跨度桥梁中，混凝土及预应力混凝土桥梁占据绝对数量优势。而我国混凝土及预应力混凝土桥梁存在质量问题较多，预应力后张梁工艺存在堵孔、张拉预应力控制不准、压浆不密实等技术瓶颈。预应力混凝土连续梁桥砼箱梁腹板承受较大的主拉应力，砼材料易开裂，致使结构刚度降低，影响结构的耐久性。而且混凝土箱梁自重较大，在自重、徐变等因素作用下，跨中挠度会持续增大，严重影响结构的承载力，降低结构的安全度，为桥梁带来很大安全隐患。因此，工程界很多人正在呼吁采用高性能高强混凝土、采用钢_混凝土组合结构，以改变我国工程结构以混凝土为主的现状，与发达国家工程结构、桥梁结构发展趋势保持一致。

2、钢_混凝土组合结构梁桥的优势

钢－混凝土组合梁桥是指将钢筋与混凝土桥面板通过抗剪连接件连接成整体，并考虑共同受力的桥梁结构形式。组合梁保留了受压区的混凝土翼板，受拉区则只配置钢梁。这样，既不会产生混凝土受拉开裂的问题，也不会因钢梁受压侧刚度较弱而发生失稳问题。同时减轻了自重，又可以使整体强度更高、刚性更大，提高了抗震性能。当采用外包混凝土构造时，更具有良好的耐火和耐腐蚀性能。施工时，此结构还具有少支模或者不支模、施工方便快速的优点。钢_混凝土组合梁桥还可以最大程度地实现工厂化制造，减少现场操作量，场地清洁较有保证，钢材部分可回收利用，有利于环保、节能，且具有整体受力的经济性与工程质量的可靠性。

相对于不按组合梁设计的纯钢桥，钢－混凝土组合梁可以采用截面较小的钢梁，一般可降低用钢量 15% ~ 20%。而钢－混凝土组合梁的截面惯性矩较钢梁明显增大，有利于减少结构在活荷载下的挠度。通过抗剪连接件的连接作用，混凝土桥面板可以对钢梁受压翼缘起到约束作用，从而增强钢梁的稳定性，有利于材料强度的充分发挥。同时截面高度的降低使结构的外形变得更加纤巧，改善桥梁的

景观效果，利于增加桥下净空或降低桥面高程。钢_混凝土组合结构较钢结构还具有耐疲劳，减少钢梁腐蚀，减少噪音，维修养护工作量较少等优点。

与混凝土结构桥相比，钢_混凝土组合上部结构高度较低、自重减轻、相应使得结构的延性提高、基础造价降低，且制造安装较为容易，施工方面要简便得多，施工速度也比混凝土梁要快，工期短。并且钢_混凝土组合结构可以适用于传统砖石及混凝土结构难以应用的情况。而在结构方面, 它不像普通混凝土梁在受荷后有大量混凝土处于受拉区，也不像一般钢梁在受压区去顶替比钢材费用便宜很多的混凝土去充当受压材料，以至材料性能不能充分发挥作用。另外，钢_混凝土组合梁对于重荷载、长跨度、要求梁截面高度小一点的工程更为适用。一般来说，钢筋混凝土梁的高跨比，最大只能达到1/10~1/12 ，而钢_混凝土组合梁却可以达到1/20~ l/24，几乎在高跨比方面比钢筋混凝土梁增大了一倍能力，而且钢_混凝土组合梁高度中还包括了板的厚度。

可见，和传统的纯钢结构梁桥、混凝土及预应力混凝土结构梁桥相比，钢_混凝土组合结构梁桥在力学性能、施工性能以及经济性上具有很大优势。 3、钢_混凝土组合结构梁桥的劣势

钢_混凝土组合梁桥同时具有钢筋混凝土结构和钢结构的优势，它也存在一些的钢筋混凝土结构和钢结构的共性问题，例如混凝土桥面板开裂、破损和钢粱腐蚀、疲劳裂纹、鼓包等病害；也具有其独特的个性问题，例如剪力键的疲劳和剪断问题。在实际工程中 须对具体的病害进行具体的分析，进而采取具有针对性的加固策略，以达到加固的目的。

钢_混凝土组合结构梁桥还具有两种连续性的主要病害：一是混凝土开裂；二是钢结构腐蚀。除了由混凝土材料自身特点或施工原因引起的裂缝外，钢_混凝土组合结构梁桥开裂主要有两种原因：一是由支座不均匀沉降、温度梯度或混凝土收缩等内因所引起；二是外荷载作用下负弯矩区的混凝土桥面板在高拉应力作用下开裂。其负弯矩区会出现混凝土桥面板受拉、钢梁受压的情况，负弯矩区混凝土桥面板开裂后，将导致组合梁刚度降低，有害气体、污水或其他腐蚀性液体可能会渗入这些裂缝，从而腐蚀混凝土板内的钢筋、栓钉以及钢梁，降低了桥梁的耐久性，增加了维修养护工作的困难。 所以，设计时，如何防止负弯矩区混凝土开裂或如何有效地控制负弯矩区混凝土裂缝宽度成为一个关键性问题。对于负弯矩区混凝土桥面板裂缝可以有两种处理原则。一种是通过某种措施在混凝土桥面板内产生预压应力来防止混凝土开裂，另一种是允许混凝土桥面产生裂缝，并通过配筋等措施来控制裂缝宽度。采用预应力方法也可以减少甚至防止混凝土在使用荷载下的开裂，使负弯矩区的混凝土桥面板与钢梁仍然形成组合截面共同工作，以达到节省材料、增加结构刚度的目的，并防止钢梁的锈蚀。

剪力键是保证钢梁和混凝土桥面板共同工作的关键所在，它承受着巨大的钢梁与混凝土翼板之间的纵向剪力作用，并抵抗两者之间的掀起作用。钢-混凝土组合梁中，相当宽的混凝土翼板沿一个狭窄的接触面承受钢梁通过剪力连接传来的剪力，将在混凝土翼板的结合面附近产生较大的剪应力。所以在组合梁中，尤其是单排栓钉连接T形截面组合梁常发生混凝土纵向开裂。混凝土翼板的纵向开裂将导致混凝土翼板的纵剪强度成为梁破坏的控制条件，如果没有足够的横向钢筋来约束裂缝的发展，组合梁的剪力连接程度就有会降低，而使得组合梁达不到设计承载力而提前破坏。而对于经常超载的桥梁，由于纵向剪力过大或者反复作用导致剪力键疲劳将会导致剪力键弯曲或剪断。出现这种情况时会明显地发现梁段

的钢梁与混凝土桥面板间发生相对错动，这时，剪力键起不到应用的作用，组合桥梁已演变成迭合梁桥，其承载能力将大幅降低。必须更换之。否则钢一混凝土组合梁的组合作用已不复存，

3、钢_混凝土组合结构的应用及发展趋势 目前，钢混组合梁的主要形式有：组合钢板梁桥，组合钢箱梁桥，组合钢桁梁桥，组合刚构桥，组合梁斜拉桥，组合结构悬吊桥面系，钢桁腹杆组合梁桥，波形钢腹板箱梁桥，混合梁桥，预应力组合梁桥等。出于造型及施工的需要，国内外也建成了一些特殊类型的组合结构桥梁。 组合结构桥梁由于其整体受力的经济性、发挥钢与混凝土两种材料各自优势的合理性、以及便于施工的突出优点，在欧美、日本等国的桥梁建设中占有重要地位，法国、美国的应用范围更加广泛，取得世人瞩目的成就。在我国，由于钢结构或组合结构的造价高、养护费用高；钢材较贵，同时，我国劳动力费用较低；组合结构桥梁的研究与实践都与其国际发展水平有明显的差距，而深入研究表明：同等的设计理论、方法以及当前国内施工水平，在40~100mm甚至更大的跨度范围内，组合结构完全可以在造价上与预应力混凝土竞争。现如今，环保、节能和实现可持续发展是使社会经济同能源、资源、环境实现良性循环的措施，是社会发展与自然关系的协调与保证。钢－混凝土组合结构符合发展节能建筑和经济持续健康发展的要求。我国又是钢铁大国，适时的发展我国桥梁钢－混凝土组合结构，改变我国混凝土桥梁占多数的现状，才能实现可持续发展。

参考文献： 【1】聂建国，《钢-混凝土组合结构桥梁》 【2】赵鸿铁，《组合结构原理》 【3】叶建龙，余茂峰，《钢—混凝土组合结构在跨线桥中的应用》 【4】陈德坤，《钢-混组合结构的应力重分布与蠕变裂断》 【5】黄侨，荣学亮，陆军，《既有钢-混组合梁桥常见病害分析及其加固策略》 【6】白先梅，李治学，《钢－混凝土组合梁桥的发展概况与运用》

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/hirg.html