钢混组合梁桥的设计实践研究

鲍旺祥

摘 要：钢混组合梁桥是我国道桥项目施工中应用广泛的一种重要桥梁形式。该结构可以最大程度利用混凝土抗压性以及钢材抗拉性，同时可以很好地规避混凝土抗裂性差以及钢材容易受压屈曲的缺陷，具有很强的设计和应用价值。

关键词：钢混组合梁桥；结构设计；难点；对策

中图分类号：U442.5 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）29-0083-02

Abstract： Steel-concrete composite beam bridge is an important bridge form which is widely used in the construction of road and bridge projects in China. The structure can make the best use of the compressive resistance of concrete and the tensile strength of steel， and can avoid the defects of poor cracking resistance of concrete and the buckling of steel under compression， so it has a strong design and application value.

Keywords： steel-concrete composite beam bridge； structural design； difficulty； countermeasure

在現代土建工程趋于经济化和可持续发展的大背景下，如何最大程度发挥各种建材的力学性能与优势，降低工程建设成本是当前发展和研究的重点。组合结构作为一种重要的结构形式，可以在确保不同结构材料之间保持良好连接性的基础上，发挥不同结构材料的力学性能与优势，大大提升了工程结构整体性能，具有很强的推广、研究与应用价值。

1 钢混组合梁桥结构特征以及常见截面形式

1.1 结构特征分析

钢混组合梁桥结构特征主要表现在如下几个方面：其一，结构自重轻，强度更高。相较于混凝土梁桥，钢混组合梁桥结构中应用了许多自重更轻且强度更高的钢材，在一定程度上降低结构自重，增强结构强度。其二，施工便捷。该种梁桥结构可以实现分段预制和吊装安装作业，具体就是先分段预制钢梁和混凝土，然后运输到施工现场来进行组合安装，大大提升了施工便捷性，同时施工效率比较高。其三，力学性能突出。钢混组合桥梁通过在混凝土下方设置钢梁，可以充分利用钢材良好受拉作用的同时，避免混凝土出现受拉开裂情况，同时也避免行车荷载直接接触钢梁结构，这样有助于降低出现钢梁出现疲劳失效的概率。

1.2 常见截面形式

在计算理论持续发展和完善的背景下，钢混组合梁桥截面形式也发生改变，常见的主要包括如下几种类型，即：

（1）钢混组合箱梁截面形式。这种截面形式的钢混组合梁桥具有良好的抗扭性与稳定性，并且通过应用倾斜形式腹板来减小底板宽度，同时由于封闭了混凝土内外部的表面，所以具有良好的耐久性，主要适用于大跨径桥梁或曲线桥梁工程建设中。

（2）钢混组合桁架截面形式。该种截面形式的钢混组合梁桥具有良好的通用性、实用性与美观性。由于相对繁杂的设计节点以及较多的外露杆件，所以养护工作量相对较大，尤其适用于大跨径桥梁结构设计。

（3）钢混组合板梁截面形式。该种截面形式的钢混梁桥的梁高比较低，构造设计简单，施工更为便捷，经济效益更好。但是由于涉及到许多外漏的构件，在一定程度上增加了工程养护量，主要适用于中小跨径桥梁设计。

2 钢混组合梁桥的设计难点

通过上述分析可知，钢混组合梁桥具有众多结构优势，力学性能也比较突出。但是在结构设计过程中依旧存在一些设计难点，具体表现在如下几个方面：其一，构造层面设计难题。为了确保钢混组合梁桥结构性能得以发挥，必须确保钢与混凝土之间具有良好的连接性能。但是却很难掌握复杂应力状态下结构是否存在滑移以及其是否会对结构受力安全性产生影响。其二，截面层次设计难题。对于不同截面形式的钢混组合梁桥结构，面临着不同的设计问题。比如，连续梁桥结构形式的钢混组合梁桥，需要着重考虑负弯矩区开裂问题的处理。其三，结构整体层次（体系层次）设计难题。考虑到钢梁组合梁桥具有比较大的横向宽度，结构自重较轻，所以横向稳定性比较差，尤其是如果梁桥中间点采用了铰支撑设计形式，那么会进一步降低其横向稳定性，所以设计中需要着重考虑相应设计要点。

3 钢混组合梁桥的设计对策

3.1 构造层次的设计对策

钢混组合梁桥构造层次的设计难题在于处理好钢材和混凝土二者之间的连接问题，力求确保二者连接的稳固性。考虑到钢材和混凝土的变形性能与弹性变量等有很大差异，所以为了更好发挥二者的协同受力和变形作用，就需要采取恰当的构造措施来增强二者的一体性和整体性。如图1所示，在当前钢混组合梁桥结构设计中，连接混凝土桥面板和钢板的连接，主要采用嵌入连接、组合连接件、栓钉连接以及型钢连接等几种常用连接方式。

此外，在设计钢梁组合梁桥截面连接形式的时候，还需要考虑是否存在滑移问题及其是否会影响混凝土面板和钢梁之间的连接情况，必要时通过弹塑性计算来对截面承载力进行计算和验证。

3.2 截面层次的设计对策

如果负弯矩区的底板钢梁处于受压状态，那么就非常容易出现局部弯曲失稳，这样会逐步扩散到结构体系层次，会破坏整个梁体，所以通过加设多道加劲肋来防范底板部位处出现屈曲情况。但是由于腹板以及负弯矩区底板具有很高的应力水平，同样容易出现屈曲问题，需要在腹板位置处合理设置加劲肋，并适当地增加相应板件的厚度，同时可以在支点负弯矩区域内进行全截面混凝土浇筑，以便可以全面包裹负弯矩区钢板来消除底板存在的屈曲问题。此外，钢混组合梁桥的负弯矩区域还会伴有顶板混凝土开裂问题，尤其是在活载作用下会因为过大负弯矩使顶板出现较大拉应力，容易产生混凝土开裂问题。针对这种情况，可以采取下述对策来解决相应的负弯矩区开裂问题：（1）板面板滞后钢梁结合对策。为了降低钢混组合梁桥负弯矩区开裂风险，在跨中区域桥面板的浇筑结合施工，通过相应的应力使钢梁将其预先进行变形，借此来将跨中区域位置处的钢梁和混凝土桥面板结合过程中所产生的收缩变效应消除掉，最后再进行负弯矩区域的桥面板浇筑结合，从而确保负弯矩区混凝土和钢板连接的整体质量。（2）支座位移法。通过在钢混组合梁桥施工中对支座的位移进行调整，可以使负弯矩区域中的混凝土处于预压状态效果。如图2所示，在钢梁架设完毕后，将中支座顶升后，待桥面板浇筑完成后再将顶升的中支座放置在原来位置，从而达到预压的效果。（3）施加中支点顶板预应力。通过在容易出现开裂的负弯矩区域先施加一定的预应力，待储备到一定程度顶板压应力，将这些压应力对后续运营过程中产生的顶板拉应力进行抵抗，从而降低顶板出现开裂问题的概率风险，这种方法主要适用于大跨径组合梁桥设计。

3.3 体系层次的设计对策

在外界形成荷载作用下，钢混组合梁桥发生倾覆问题的一个重要机理在于整个梁桥结构绕着一个轴出现了翻转问题，一旦其超过固定的临界状态，那么就会使相应的钢混组合梁桥变成一个机动体系，进而造成倾覆破坏问题。在设计钢混组合梁桥结构的时候，为了避免出现倾覆破坏，可以采用下述几种方法：其一，考虑到独柱墩中间通常会应用距离较近的双点支撑或单点支撑，所以必须要对直线或大曲率的独柱墩型式梁桥进行合理设计，避免影响其抗扭性能。其二，为了增加独柱墩的抗扭性，需要对独柱墩的横向支座间隔进行合理设定。对于单点支撑型式，可以直接将梁体和桥墩固结在一块。其三，横向稳定构造的设计，可以应用竖向抗拉钢筋设置或抗拉支座设置方式来提升稳定力矩较小梁桥结构的横向稳定性。

4 结束语

总之，钢混组合梁桥是当前桥梁建设中常用的一种桥梁类型，其可以最大程度发挥混凝土和钢材二者的优势，降低工程建设成本。为了有效确保其设计质量，需要着重处理钢混连接构造问题，负弯矩区开裂问题以及横向稳定性问题等设计难题，确保可以提升钢混组合桥梁设计的整体质量。

参考文献：

[1]齐伟杰.钢混组合梁桥的设计要点和方法[J].城市道桥与防洪，2016（9）：88-89.

[2]刘晓青.公路钢混组合梁桥设计问题探讨[J].交通世界，2018（13）：104-105.

[3]孙涛.钢混组合梁桥的设计要点和方法[J].城市道桥与防洪，2017（15）：67-69.