结合梁结构在桥梁中的应用

陕西凯达公路桥梁工程建设有限公司 陕西西安 710075摘要：结合梁是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型结合梁结构，近年来其结构在桥梁中的应用又得到了迅速的发展。本文就结合梁桥的发展历程及在桥梁中的应用进行探讨。

关键词：结合梁结构；桥梁；应用

Abstract: combining the beam is in steel structure and concrete structure developed on the basis of a new combined with beam structure, in recent years the structure in the application of bridge and obtained a rapid development. This paper is combined with the development of the girder bridge course and the application in bridge is discussed in this paper.

Key words: combined with beam structure; Bridge; application

中图分类号：U448.2文献标识码：A文章编号：

一、结合梁的发展历程

结合梁是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型结合梁结构，通常采用钢梁与混凝土板，以抗剪连接件连接形成整体而共同受弯的一种结构构件。钢和混凝土结合梁具有结构高度小、自重轻、承载力高、刚度大、节省支模工序和模板、减少现场作业量、施工速度快、综合效益好等显著优点，作为重要的横向承重构件之一可以广泛应用于工业厂房、大跨结构、地下结构、高层建筑和桥梁结构等。多年来，结合梁在各国的应用实践表明，它不仅可以很好地满足结构的功能要求，而且具有良好的技术经济效益，在建筑及桥梁结构等领域体现出广阔的应用前景。

结合梁从出现到目前被广泛应用，其发展大致经历3个历史阶段。

结合梁大约最早出现于上个世纪20年代，这个时期可认为是结合梁的创始阶段。当时主要考虑到防火需要而开始对外包混凝土钢梁进行研究，着重于两者的组合效应。随后30年代，即出现在钢梁与覆盖的混凝土之间加入各式各样连接件的构造方法。

40―60年代可以认为是结合梁发展的第2阶段。这时，结合梁有了深入、细致、全面的研究和应用，在这期间结合梁的设计理论也日趋完善并逐步成熟。60年代开始，结合梁的设计理论逐步从弹性的转化为塑性的，应用范围也逐步扩展到工业与民用建筑中，特别是高层建筑中。

70年代开始，结合梁的应用趋于普及，可以认为是结合梁发展的第3阶段。结合梁开始在交通、冶金、电力、煤炭、建筑等领域有着更为广泛的应用。从此以后，它的发展几乎赶上了钢结构，在一定的领域内几乎代替了钢结构及钢筋混凝土结构。

二、结合梁在我国的研究与设计状况

我国从20世纪50年代开始在交通、冶金、电力、煤矿等系统研究并应用结合梁。1978年以来，原郑州工学院、清华大学、原哈尔滨建筑工程学院、山西省电力勘测设计院和华北电力设计院等单位对采用栓钉剪力连接件的钢和混凝土结合梁进行了深入的试验研究和理论分析，包括抗剪承载力、刚度、滑移效应、纵向抗剪和栓钉连接件的实际抗剪承载力、混凝土板纵向抗剪计算方法等，提出考虑滑移效应的结合梁截面刚度和抗弯强度的简化实用计算公式。我国现行《钢结构设计规范》中关于栓钉剪力连接件抗剪设计承载力计算公式过分保守，导致栓钉连接件用量偏多，结合梁造价偏高，施工不便。清华大学通过对结合梁中栓钉剪力连接件实际抗剪承载力的研究，提出放宽其抗剪承载力上限值的建议，使用栓钉用量比按照现行规范的要减少40％以上，成果经受了工程实践的检验。在试验研究的基础上还建立了结合梁的极限变形和延性指标计算公式。80年代初，我国应用组合梁采用较早期的连接件形式――槽钢和弯筋连接件。郑州工学院于1980年进行了2根采用槽钢剪力连接件的钢和混凝土简支结合梁试验，证明截面变形近似符合平截面假定，并从1983年开始，对槽钢连接件进行了较为系统的试验研究，得到了槽钢剪力连接件的破坏形态、极限承载力计算公式和极限承载力上限值等。1995年开始，清华大学等单位对部分剪力连接结合梁进行了试验研究，对现有部分剪力连接结合梁的抗弯强度和挠度计算公式提出了修正建议，在强度和变形能够满足要求的前提下，采用部分剪力连接结合梁可以取得较好的综合效益。哈尔滨建筑工程学院和郑州工学院及清华大学等单位对钢和混凝土连续结合梁进行了试验研究，探讨了连续结合梁的塑性内力重分布性能、负弯矩截面的抗弯承载力、负弯矩区混凝土翼缘的裂缝宽度、钢梁的局部稳定等问题，在次生破坏能够避免出现时，连续结合梁的中支座弯矩调幅可达25％。

三、结合梁的主要特点

结合梁桥主要有以下特点：

(1)结合梁桥可以得到单一材料无法取得的更优越的结构力学特性和合理的结构形式。它充分利用了钢和混凝土的优点又弥补了各自的不足，钢在受拉区有良好的抗拉强度和变形性能，但在受压区易产生屈服。混凝土则相反，与其抗拉强度相比抗压强度较大。钢构件重量比混凝土构件轻，混凝土比钢价格便宜。

(2)现今开发的结合梁桥，结构简单，易于工厂制造，提高了制造和安装质量，可缩短工期，大大减少了维修工作量，降低了建设和维修管理的成本。因此，结合结构梁桥将成为21世纪桥梁的热点动向。

(3)多种形式的结合梁桥突破了传统的中小跨度梁式桥的模式，可以适应各种施工条件，能与周边环境相协调，具有优良的景观性。另外，结合桥的技术开发增强了焊接钢桥在中小跨度桥梁中的竞争力。

结合梁的发展过程中，国内外的许多学者大多以实验为基础进行相应的理论研究，归纳起来研究方法主要有3种：一是由Newmark、Siess和Viesl提出的经典的线弹性方法，假设结合梁的3部分都处于材料的线弹性阶段；二是由Yam和Champman提出的刚塑性分析法，该方法考虑3部分完全塑性，主要用于计算结合梁的极限承载力。工程实践中，这2种方法在应用上均有一定局限性。鉴于此，Oehlers和Sved提出了“混合法”，该方法在考虑连接塑性的同时，认为结合梁中钢梁和混凝土翼板是完全弹性的，并通过对结合梁极限承载力、变形等大量研究，取得了相应的成果。

目前我国对结合梁的基础研究工作很不系统，不少问题尚未开始研究，许多问题的研究也不够深入、细致，得出的许多结论还有待于进一步研究和实践的验证，在结合梁领域值得进一步研究的问题包括：结合梁在复杂应力状态下的性能与设计方法、结合梁的截面优化设计、预应力结合梁、桁架结合梁、大跨度结合梁的温度、徐变和收缩的效应、结合结构的整体工作性能、结合梁的可靠度研究、结合梁的耐久性、结合梁的疲劳性等。

四、国内外结合梁结构在桥梁中的应用

80年代以来，跨度在300―500m范围内，钢与混凝土组合的结合梁斜拉桥逐渐被人们接受，如英国主跨450m的达得福特(DaItford)桥和主跨456m的塞文(Sevem)桥都是结合梁斜拉桥。我国上海南浦大桥和杨浦大桥也都是不同形式的钢与混凝土材料组合使用的结合梁桥。结合梁桥的基本形式是由用横梁和桥面系梁连接的2根工字钢主梁与混凝土桥面板组合的多跨梁桥，钢梁采用顶推或起重机架设，桥面板采用现场浇筑混凝土或预制混凝土板。一般PC箱梁桥自重较大，箱梁腹板占其自重的25％～30％，改为8.m板厚的波形钢腹板后使其自重大大减轻，是一种很有发展前途的新型结构。

我国于20世纪50年代建成的武汉长江大桥，上层公路桥的纵梁(跨度18m，梁距1.8m)就采用了结合梁。之后于1991年12月建成的上海南浦大桥，该大桥参考加拿大Annacies(阿拉西斯桥，主跨长465m)设计。大桥3跨主梁为工字型钢梁与钢筋混凝土桥面板相结合的结合梁斜拉桥，主跨跨径为：171m+423m+171m，钢箱梁长846m。1993年又建成了上海杨浦大桥，主桥为双塔3孔结合梁斜拉桥，全长1088m，中主跨为602m，钢箱梁长1070m，当时跨径纪录为世界第一大跨斜拉桥。南浦大桥和杨浦大桥的桥面结构采用了钢―混凝土叠合梁结构。钢纵梁和钢横梁形成施工拼装单元，预制钢筋混凝土桥面板铺装就位后，通过钢梁上翼缘预制板端间的接缝混凝土和栓钉剪力连接件的作用使钢梁和混凝土桥面板连成整体形成组合梁。

1993年由北京市政设计研究院设计的北京国贸桥的3个主跨采用了连续结合梁结构，这是该结构在国内城市立交桥中首次应用。1997年建成的上海徐浦大桥，主桥为1跨过江的双塔双索面混凝土梁与钢―混凝土叠合梁混合结构斜拉桥，主跨长590m，钢箱梁长949m，主桥的设计构思为中跨采用叠合梁，其断面和施工方法与杨浦大桥相仿。芜湖长江大桥是我国20世纪末修建的跨度最大、规模最大的公、铁2用新型桥梁，其主距为180m+312m+180m，钢箱梁长2184m，公路采用了组合桥面板。

参考文献：

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