各種橋型中組合鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

　　一：梁橋

　　最常見(jiàn)的是組合鋼板梁橋，通過(guò)連接件把鋼板梁與混凝土橋面板加以組合來(lái)提高抗彎剛度，減小梁高，增大跨徑。從上世紀(jì)30年代出現(xiàn)至今，鋼板梁橋的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，在歐洲得到廣泛應(yīng)用。法國(guó)自1980年前后集中全國(guó)的技術(shù)力量進(jìn)行組合橋梁的開(kāi)發(fā)研究，建成了許多前瞻性的中小跨橋梁。其中在組合鋼板梁橋方面，對(duì)傳統(tǒng)的鋼梁橋體系進(jìn)行了大幅度簡(jiǎn)化，用2根主梁的組合鋼板梁橋已經(jīng)成為中小跨度橋梁形式中極具經(jīng)濟(jì)性的一種。現(xiàn)在法國(guó)30m—llOm的中小跨度橋梁中，組合鋼結(jié)構(gòu)橋梁已經(jīng)占到8成之多。瑞士近年來(lái)也逐漸把2主梁組合鋼板梁橋體系加以簡(jiǎn)化，并作為標(biāo)準(zhǔn)橋型之一采用。近年來(lái)鐵路橋也開(kāi)始積極采用組合鋼板梁進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)與施工，我國(guó)秦沈客運(yùn)專線上就采用了這種組合鋼結(jié)構(gòu)橋梁。

　　組合箱梁橋使用于跨徑較大的橋梁，較常用的組合鋼結(jié)構(gòu)箱梁橋有波折腹板組合箱梁橋、開(kāi)截面組合箱梁橋以及雙重組合箱梁橋。這里介紹比較常用的波折腹板組合箱梁橋。法國(guó)于1986年建成一座3跨連續(xù)梁橋，該橋采用厚度為8mm的波折腹板代替混凝土腹板，波折腹板通過(guò)連接件與頂?shù)装褰Y(jié)合。與預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁比較，采用波折腹板組合梁橋有以下優(yōu)勢(shì)：用波折腹板代替混凝土腹板，主梁自重可以減輕20%—30%；波折腹板在橋梁縱向剛度幾乎為零，，可以大幅度提高施加預(yù)應(yīng)力的效率；由于波折腹板的縱向剛度很小，上下混凝土翼緣板的溫度變形、徐變、收縮都可以自由進(jìn)行，不會(huì)產(chǎn)生次應(yīng)力。

　　組合桁架橋是將桁架的上弦桿與橋面板通過(guò)連接件有效的結(jié)合在一起，可以增大截面的抗彎剛度，減小上下弦桿的變形。1993年建成的Nantenbach鋏路橋采用83.2m+208m+83.2m的3跨連續(xù)上承式組合桁架體系，在負(fù)彎矩區(qū)沒(méi)有設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋，而是在橋墩附近的兩個(gè)下弦桿之間澆注混凝土，使上下弦桿都形成組合體系以抵抗負(fù)彎矩。

　　此外還有采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土邊跨和鋼箱梁中跨的組合連續(xù)梁鋼結(jié)構(gòu)，混凝土梁與鋼箱梁通過(guò)結(jié)合段連接。

　　二：拱橋

　　組合鋼結(jié)構(gòu)拱橋一般指拱肋采用組合鋼結(jié)構(gòu)的拱橋，也有拱肋采用鋼筋混凝土、主梁采用鋼梁或者組合梁的組合鋼結(jié)構(gòu)拱橋，這里不作論述。鋼結(jié)構(gòu)天橋

　　最常見(jiàn)的組合鋼結(jié)構(gòu)拱橋是鋼管混凝土拱橋，如巫山長(zhǎng)江大橋。采用鋼箱混凝土作為拱肋，雖然套箍效應(yīng)不及鋼管混凝土，但是由于施工難度相對(duì)較低、經(jīng)濟(jì)性好，得到了較廣泛應(yīng)用。另外還有采用勁性骨架施工的拱橋，如萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋，也是組合鋼結(jié)構(gòu)拱橋的一種。

　　三：斜拉橋

　　組合鋼結(jié)構(gòu)斜拉橋可分為2種，一種是采用鋼與混凝土組合截面的形式，另一種則是在橋的不同部位分別采用鋼結(jié)構(gòu)和混凝土鋼結(jié)構(gòu)，兩者之間通過(guò)結(jié)合段連接，這種斜拉橋也有學(xué)者稱之位混合鋼結(jié)構(gòu)斜拉橋。

　　采用組合截面的斜拉橋，一般是在橋面鋼結(jié)構(gòu)中采用這種組合形式，如上海的浦大橋和南浦大橋：鋼縱梁和鋼橫梁形成施工拼裝單元，預(yù)制鋼筋混凝土橋面板鋪裝就位之后，通過(guò)鋼梁上翼緣預(yù)制板端間的接縫混凝土和栓釘剪力連接件的作用使鋼梁和混凝土橋面板連成整體形成組合梁。2000年日本修建的Shinkansen橋是一座采用鋼管混凝土梁作為主梁的斜拉橋，屬于新型的組合鋼結(jié)構(gòu)斜拉橋。

　　混合鋼結(jié)構(gòu)斜拉橋一般是采用邊跨混凝土梁與中跨鋼梁結(jié)合的形式，比較有代表性的如法國(guó)Norrmandie橋、日本的多多羅大橋、我國(guó)的徐浦大橋、湛江海灣大橋等。這種鋼結(jié)構(gòu)形式～般擁在中跨較大、邊跨較小的斜拉橋上，由于跨采用自重和剛度較大的混凝土梁，增加了邊跨主梁的重量和剛度，又由于混凝土梁具有良好的錨固和壓重作用，從而避免了邊跨的橋墩上浮，減小了主跨梁體的內(nèi)力和變形，降低了邊跨端支點(diǎn)的負(fù)反力，從而加大斜拉橋的跨越能力。也有在橋塔采用混合鋼結(jié)構(gòu)的形式，如南京長(zhǎng)江三橋，下部橋塔采用混凝土鋼結(jié)構(gòu)，增大鋼結(jié)構(gòu)剛度以及防撞能力，上部橋塔采用鋼鋼結(jié)構(gòu)，便于錨固斜拉索。混合鋼結(jié)構(gòu)斜拉橋的技術(shù)難點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)鋼梁段與混凝土梁段的結(jié)合。由于結(jié)合段是材料與鋼結(jié)構(gòu)特性的突變點(diǎn)，其傳力機(jī)理、剛度設(shè)計(jì)、疲勞性能都是影響橋梁安區(qū)的重要因素。

　　四：其他橋型

　　組合鋼結(jié)構(gòu)在剛構(gòu)橋、懸索橋上的應(yīng)用也比較廣泛。在剛構(gòu)橋上的應(yīng)用與梁橋類似，一般采用混凝土橋墩與鋼梁或組合梁形成組合鋼結(jié)構(gòu)，也有采用混合鋼結(jié)構(gòu)梁的形式。在懸索橋上的應(yīng)用與斜拉橋類似，在此不再詳述。

　　剪力連接件

　　鋼混組合鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能很大程度由剪力連接件的性能決定。常用連接件按照形式可以分為：鋼筋連接件、型鋼連接件、栓釘連接件、以及開(kāi)孔鋼板連接件等。

　　A：型鋼連接件

　　將型鋼用貼角焊縫焊接到鋼板上的連接形式。型鋼連接件的抗剪強(qiáng)度很大，但在極限狀態(tài)下可能會(huì)發(fā)生鋼板與混凝土完全分離的情況，另外，由于型鋼的焊接量很大，鋼板上會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)變。

　　B：鋼筋連接件

　　將螺紋鋼筋焊結(jié)在鋼板上承受鋼板與混凝土之間的剪力，這種形式的連接件稱為鋼筋連接件。常用的連接鋼筋有彎起鋼筋、輪形鋼筋及螺旋形鋼筋。最近發(fā)展了一種波形彎起鋼筋，如下圖所示，其施工較為簡(jiǎn)易，而抗剪切及掀起作用較強(qiáng)，有較好的發(fā)展前景。

　　C：開(kāi)孔鋼板連接件

　　即PBL剪力鍵，它是依靠鋼板圓孔中的混凝土承擔(dān)鋼與混凝±之間的作用力的新型連接件。其破壞形式是圓孔中混凝土的破壞，因此不存在疲勞破壞的問(wèn)題。這種連接件的抗剪性能突出，如果在圓孔中設(shè)置貫通鋼筋，可以進(jìn)一步增加連接件的抗剪剛度、強(qiáng)度和延性。鋼結(jié)構(gòu)天橋

　　D：栓釘連接件

　　使用圓柱頭的栓釘連接焊接在鋼板上承受鋼板與混凝土之間的剪力與拔力。它可以承受各個(gè)方向的力作用，因此不像其他連接件那樣需要考慮受力方向進(jìn)行設(shè)置，在組合鋼結(jié)構(gòu)中被廣泛采用。栓釘連接件的數(shù)量較多，而且焊接質(zhì)量直接影響剄抗剪能力的強(qiáng)弱，因而制作成本較高。