连续组合梁桥结构设计探析

2013-03-07贺玉娥

黑龙江交通科技 2013年3期

关键词：梁桥连接件钢梁

贺玉娥

(贵州省铜仁公路勘察设计院)

连续组合梁桥结构设计探析

贺玉娥

(贵州省铜仁公路勘察设计院)

近年来，在我国许多城市道路建设中越来越多的采用钢—混凝土组合梁桥。连续组合梁桥具有结构轻巧美观、跨越能力大、施工快速方便和不中断交通等特点，其在建设中的技术要求也比较高。组合结构桥梁通过将抗拉性能强的钢材和抗压性能好的混凝土合理的应用于构件的受拉区和受压区，在很大程度上追求使用的高性能及实用经济性。将对钢—混凝土组合梁的概念进行探讨，从而分析连续组合梁桥的结构设计。

钢—混凝土组合梁桥;连续组合;结构设计

1 钢—混凝土组合梁桥一般概念

合理的选材，充分利用材料的性能，并做到扬长避短，让各种材料协同工作各尽所能，充分发挥结构的作用。同时，还应该一个部件具有多种用途，以取得最大的经济效益。钢—混凝土组合梁桥就是以这种思想所创造的结构形式。钢筋混凝土板和钢梁一般的组合体系是其中的钢筋混凝土板只有一个横向受弯功能，下面的钢梁作为支座。受到力压后钢梁会弯曲变形，从而造成钢筋混凝土板和钢梁之间有相对滑移现象，此时，混凝土板对钢梁来说是一种负担。如果在相同条件下，设置若干个连接件于混凝土板和钢梁中，从而达到抵抗他们之间的相对滑移，钢筋混凝土板同钢梁将会组合为具有同一中和轴的组合截面。

2 钢—混凝土组合梁桥的特点

2.1 钢—混凝土组合梁桥的优点

钢—混凝土组合梁桥与钢梁相比，具有一定的优点，其截面刚度相对较大，梁绕度相对较小，一般可减少1/2～1/3，同时，还可以在某种程度上提高梁的振动频率;组合梁由于其整体性能较好，抗减性较强，具有明显的耐震性能;在同钢梁或者钢筋混凝土梁比较中，组合梁还可减少结构高度，使得净空高度增加;根据实践表明，钢—混凝土组合梁桥还可以大大节省钢材和降低工程造价，与钢结构方案相比较，节省了20% ～40%的钢材，其造价每平米降低10% ～40%;此外，组合梁还具有施工快速方便，不中断交通等优点。

2.2 钢—混凝土组合梁桥缺点

钢—混凝土组合梁桥虽然具有很多的使用优点，不过其本身也不足之处:在组合梁钢梁制作过程中，由于其结构的特殊性，需要增加一道焊接的工艺，有的甚至需要专门的焊接施工工艺，在连接件的钢梁吊装就位后，必须经过现场校正;与此同时，组合梁的耐火等级相对较差，如果在耐火要求较高的结构中，还必须对钢梁涂上耐火涂料。

3 钢—混凝土组合梁桥的发展

组合结构的桥梁在欧美及日本等发达国家的桥梁建设中占有非常重要的地位，尤其是在美国和德国，其应用范围更加广泛，并且取得了很大的成就。而我国同世界相比，对于组合梁的应用也不算太晚，但是组合结构桥梁的技术水平较国际先进水平还是相对落后。随着我国对交通发展的需求，仍然要修建大量的桥梁。当前我国的钢年产量多达7亿吨，是名副其实的产钢大国，面对钢桥存在的腐蚀、振动、疲劳及屈曲等问题，以及迫切提高桥梁耐久性、环保性及适用性的现状，必须充分发挥组合梁桥的整体受力的经济性，将钢与混凝土等材料的性能优势相结合，从而使得钢—混凝土组合梁桥成为我国桥梁建设的重要组成部分。

4 钢—混凝土组合梁桥结构一般设计方法

4.1 钢箱梁设计

钢箱梁通常都是在工厂制作后运输到施工现场进行吊装。因此，在顺桥向根据桥梁长度将主梁分为几个制作段，各制作段长度应为20～30 m，且左右长度不等，在其纵向4～6 m左右处设置一道横隔板，以便达到减少变形的影响，从而保证整体受力性。同时，根据车道的数量在横桥上分几个箱体，箱体宽为3～5 m，各箱梁每4～6 m左右处设置一道横梁，以保证各箱体可以达到共同受力，从而使得桥梁更具有稳定性。为了实现桥面横坡，对于腹板的制作，一般做成内外不等的高度，如果通过依靠调整桥面板厚度来实现桥面横坡，会增大自重，这对大跨径组合梁桥非常重要。此外，还必须进行仔细的计算来设计底板纵向加劲肋、横向加劲肋，从而保证桥梁结构的稳定性。

4.2 桥面板的设计

图1 钢-混凝土组合梁桥的桥面板截面型式

钢—混凝土组合梁桥的桥面板截面型式(见图1)中混凝土板托通常两侧斜坡的倾角不应大于45°，如果大于此角度，混凝土翼板的计算宽度会变小，从而增加了剪力滞效应。为了解决普通连续组合梁因中间支座弯矩所造成的混凝土翼板开裂、承载力下降等弊病，一般在拉伸范围内的混凝土板施加预应力，通过直线和折线索的张拉及配置，在钢梁中建立了有效预应力和在中间支座受拉区混凝土翼板中建立了压应力，从而保证翼板的正常使用，且不开裂，有效减少了梁绕度，提高其承载力。按照施工方法的不同，组合梁的桥面板可以分为预制板和现浇板两种。预制预应力混凝土桥面板可以有效提高面板的耐久性，同时还大大加快了施工的进度。而现浇桥面板与预制桥面板相比，其整体性较好，且与钢梁和剪力连接件之间粘性较好。

4.3 抗剪连接件的设计

钢梁和混凝土板连接部分的抗剪连接件是组合梁受力的关键，由于要承受拉应力，此处的受力较为复杂，在组合梁弯矩处的钢筋混凝土板容易产生疲劳和破坏，如果不施加预应力，就必须保证抗剪连接件的安全度。连接件可以分为机械连接和粘接形式连接。机械连接件通常由栓钉、钢筋和型钢三种形式，在进行设计时，应该依照情况的不同选用连接件。常见的刚性连接件如图2所示，柔性连接件如图3所示。粘接形式连接一般可以分为自然形式和化学粘接剂形式两种。自然形式是通过将钢与混凝土的自然接触面粘接结合在一起。而化学粘接剂形式是采用化学粘接剂将钢和混凝土相连接。我国通常都采用此项技术对钢筋混凝土危梁及危柱进行加固。