浅析钢—混组合结构桥梁预制装配化

马春祥 赵 森 雷 政

(河南大建桥梁钢构股份有限公司，河南 郑州 450000)

浅析钢—混组合结构桥梁预制装配化

马春祥 赵 森 雷 政

(河南大建桥梁钢构股份有限公司，河南 郑州 450000)

论述了钢—混组合结构桥梁预制装配化技术在我国中小跨径桥梁应用中的重要性，介绍了几种适合预制装配化的发展潜力巨大的钢—混组合结构桥梁形式，有利于我国钢混组合结构桥梁的推广应用。

中小跨径桥梁，钢—混组合结构桥梁，预制装配化，波形钢腹板

经过改革开放30多年的发展，我国公路桥梁建设取得了举世瞩目的成就。根据2017年4月交通运输部发表的《2016年交通运输行业发展统计公报》，截至2016年年底，全国公路桥梁80.53万座、4 916.97万m，比上年增加2.61万座、324.19万m，其中特大桥梁4 257座、753.54万m，大桥86 178座、2 251.50万m。其中，中小跨径桥梁规模庞大，约占比例为89%。

我国公路桥梁中占绝大多数的中、小型桥梁为预应力混凝土桥。传统的混凝土桥梁建造仍主要以人工绑扎、现场浇筑为主，粗放型的施工模式导致行业整体能耗高、现场人工作业量大；且现场作业环境、安全性差，施工周期长，施工质量难以有效保证。另一方面，现有施工模式对城市既有交通影响严重，工程占道施工加重了道路交通的负荷，影响道路的交通安全与畅通。桥梁作为基础设施建造中的重要组成部分，迫切需要产业现代化转型升级。

1 桥梁预制装配化的重要意义

伴随着重大施工装备的现代化和桥梁技术工业化，现代桥梁施工开始向工厂化、大型化、机械化、标准化方向发展。桥梁预制装配化技术借鉴于工业化组织经验，能够实现结构的装配化和标准化设计，即运用现代化管理模式，通过标准化的桥梁设计以及模数化、工厂化的预制构件生产，以工业化制品现场装配取代现场湿作业施工模式，实现桥梁结构部件的通用化和现场施工的装配化、机械化。

与传统的以现场施工为主的建造方式相比，预制装配化技术表现在工程结构的构配件生产工厂化和标准化、现场施工机械化、组织管理科学化，体现了工业化社会土建结构的高效建造方式和技术手段，其优点主要体现在：

1)工厂化和标准化有利于确保构件的质量和尺寸精度，大大提高结构耐久性；2)能够改善桥梁结构现场可施工性，降低因天气原因、现场施工时间而导致的施工延误，减小施工干扰；3)桥梁上、下部结构可以平行作业，有利于缩短施工周期；4)施工期间对桥下公共交通影响非常小，有利于保通；5)能够大大提高施工效率，建造速度快，降低工程造价。

2 钢—混组合结构桥梁优势

钢—混凝土组合梁是由钢梁和混凝土板通过抗剪连接件连成整体而共同受力的横向承重构件，既能克服钢桥和混凝土桥梁的弱点，又能充分发挥钢材抗拉、混凝土抗压性能好的优点，近20年来得到了飞速的发展。其优点如下：

1)钢—混凝土充分发挥各种材料特性(钢材受拉、混凝土承压)，因而结构的经济性好；2)主要承重部件为钢结构，桥梁工厂化程度较高，有利于保证工程质量与快速施工；3)较一般混凝土结构轻巧，有利于降低桥梁下部工程造价；4)基于结构型式、材料分配选择的多样性，更有利于优化结构；5)减少了混凝土用量，有利于环境保护；6)增加了钢材应用范畴，有利于国家钢铁工业发展。研究和统计表明，当跨径为30 m～110 m，特别是60 m～80 m范围内，钢—混凝土组合桥的单位面积造价要比混凝土桥低80%。法国钢—混组合结构桥梁的应用比例为85%，日本为50%，而我国所占的比例仅有1%左右，我国钢铁产能过剩的现状将迎来钢—混组合结构桥梁的建设高潮。

3 具有发展潜力的适合预制装配化的钢—混组合结构桥梁型式

钢—混组合结构桥梁最大的优势就是构件可以分开组装，构件能够实现标准化、工厂化生产，有利于快速施工。目前常用的形式有组合钢板梁、组合钢箱梁、波形钢腹板组合梁、组合桁架梁、组合刚构桥、桁式腹杆组合梁桥等。国内建设和发展较多的是组合钢板梁、组合钢箱梁和波形钢腹板组合梁。

3.1 组合钢板梁

组合钢板梁桥主要由钢板梁和混凝土桥面板组合而成，钢板梁与混凝土桥面板通过连接件连接在一起，其抗弯刚度能够大幅度提高，减小梁高，增大跨径。组合钢板梁桥的适用条件广泛，铁路、公路、城市高架、乡村环境等均能应用，跨径应用范围可达30 m～130 m，总长从几十米至上千米。

组合钢板梁桥预制装配化主要优势在于：自重轻，材料用量省，比较经济；样式灵活，便于远距离运输，架设施工简单快速，对交通影响小；结构为开截面，与封闭截面的箱型结构相比，受力更明确，便于设计人员掌握；开截面更便于后期管养。钢板梁横断面结构示意图见图1，少主梁(波形钢腹板)结构示意图见图2。

3.2 槽型钢箱组合梁桥

槽型钢箱组合梁，结构简洁、受力明确，是组合钢箱梁桥最常用的形式。目前应用最多的是两道腹板的槽型钢梁断面形式，这种断面仅在腹板外的上翼缘板与桥面板结合，桥面板两侧悬臂无钢加劲肋与斜撑，桥面板为横向承重板。槽型钢箱组合梁构件的预制装配化，大大减少了施工现场浇筑作业，有利于缩短施工周期。

3.3 窄幅钢箱组合梁桥

窄幅箱梁这种结构形式专门针对中小跨度桥梁开发，特别是城市高架桥梁，窄幅箱梁便于运输安装，并可以为随后的桥面板现浇施工提供支撑平台。窄幅箱梁常以两片梁的形式出现。和钢板梁相比，窄幅箱梁自身具有一定的抗扭刚度和侧向抗弯刚度，具有更好的侧向稳定性，这样可以在两片梁之间不设或少设横梁连接，并容易满足安装阶段的横向受力与稳定需要。和钢箱梁相比，窄幅箱梁的构造简单，钢梁制造安装及桥面板施工方便。因此这种结构形式不仅简洁而且还具有较好的经济性(见图3)。

3.4 波形钢腹板预制装配式箱梁桥

波形钢腹板预制装配式箱梁具有自重轻、经济指标较低、抗扭性能较好、适应性强、对地面交通影响较小、便于机械化施工等优点，其无论是结构性能、耐久性、美观性、经济性均较预应力混凝土桥具有较大竞争力。波形钢腹板预制装配式箱梁结构预制形式有三种，分别为预制箱梁、预制工字梁以及分节段预制箱梁或工字梁。

3.4.1 预制箱梁

采用与装配式混凝土箱梁桥类似的结构形式和施工方法。箱梁的上、下翼缘板采用混凝土板，腹板采用波形钢腹板，整片梁在工厂预制装配成形。河南泼河大桥全长120 m，结构为4孔30 m先简支后连续装配式体外预应力波形钢腹板组合箱梁。

3.4.2 预制工字梁

预制波形钢腹板工字梁因腹板采用波形钢腹板，使得自身重量大大减轻，克服了混凝土梁自重过大的缺点，使30 m～60 m成为经济适用跨径。工厂化、标准化、装配化有效保证了波形钢腹板PC箱梁的施工质量，加快了施工进度。

3.4.3 分节段预制

在城市桥梁和受施工及运输条件限制的区域，可以采用分节段预制的形式(如节段长度可划分为8 m)，预制成波形钢腹板箱梁节段或工字梁节段，运输至现场拼接并浇筑湿接头、湿接缝混凝土形成波形钢腹板箱梁或连续箱梁。

3.4.4 少支架施工方法

少支架施工方法是先行架设波形钢腹板，采用波形钢腹板工字梁作为承重构件，挂模浇筑混凝土底板及横隔板，最后吊装分节段预制的混凝土顶板，浇筑湿接缝形成箱梁。广州鱼窝头桥采用少支架法施工。

3.5 波形钢腹板连续结合梁

波形钢腹板连续结合梁体系充分发挥了下翼缘钢板轻质高强的优点；避免底板混凝土开裂，耐久性好；自重较轻，受力明确，腹板稳定性好；无预应力体系，构造简洁可靠；景观效果好；采用波形钢腹板代替混凝土腹板，碳排放量可降低67%。波形钢腹板连续结合梁创新性在于：

1)结构设计：钢筋混凝土桥面板；波形钢腹板板梁；PBL刚性连接件；全宽横梁翼缘；空腹+实腹式横梁。

2)桥面板整体预制；整片吊装架设；支点外节点栓接。

4 结语

钢—混凝土组合结构桥梁由于兼有钢桥和混凝土桥的优点，使结构设计、施工、维护更趋合理，从全寿命周期角度来看，具有很强的技术经济竞争力。将桥梁预制装配化技术应用到钢—混组合结构桥梁中，能够打破固有的模式，将原有效率低下的设计施工过程简化为标准构件的生产与拼装过程，在保证桥梁产品质量的前提下，大大缩短桥梁建造周期，符合未来桥梁产业的发展趋势。采用预制装配化技术的钢—混组合结构桥梁必将成为我国桥梁建设的重要组成部分。

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Briefanalysisoftheprefabricationofsteel-concretecompositestructuralbridges

MaChunxiangZhaoSenLeiZheng

(HenanDajianBridgeSteelStructureLimitedByShare，Zhengzhou450000，China)

The paper discusses the importance of steel-concrete composite structure bridge prefabrication technology in the application of medium and small span bridges in our country， and introduces several kinds of bridge forms of steel-concrete composite structure which are suitable for prefabrication， which will be good for promoting steel-concrete composite structure bridge in our country.

small and medium span bridge, steel-concrete composite structural bridges, precast assembly, corrugated steel web

U448.216

：A

1009-6825(2017)24-0167-02

2017-06-16

马春祥(1989- )，男，助理工程师； 赵 森(1989- )，男，助理工程师； 雷 政(1988- )，男，工程师