在橋梁工程中鋼_混凝土組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)交通土建2011級(jí)摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的加速發(fā)展，在近30年來(lái)建造了不少大型橋梁。由于組合梁能充分發(fā)揮鋼與混凝土兩種材料的力學(xué)的性能，在國(guó)內(nèi)外橋梁工程中獲得了廣泛的應(yīng)用。本文將闡述鋼_混凝土組合梁結(jié)構(gòu)在橋梁工程中的優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)、應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)，關(guān)鍵詞：橋梁工程；鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)1、鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀自20世紀(jì)50年代以來(lái)，歐洲各國(guó)、美國(guó)和日本等國(guó)已在多類橋梁中較為廣泛的應(yīng)用了組合結(jié)構(gòu)。與之配套的各類抗剪連接件、施工架設(shè)技術(shù)和分析方法也不斷發(fā)展，并編制了以歐洲規(guī)范四等為代表的組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范。20世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)際橋梁及結(jié)構(gòu)工程協(xié)會(huì)（IBASE）多次召開(kāi)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，對(duì)組合結(jié)構(gòu)橋梁在研究、設(shè)計(jì)、施工等方面的發(fā)展進(jìn)行交流和研討，進(jìn)一步促進(jìn)組合結(jié)構(gòu)橋梁的發(fā)展。相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家，盡管在我國(guó)很多大中城市的高架立交橋、中小跨徑的公路橋和鐵路橋以及大跨度斜拉橋、懸索橋、拱橋中都應(yīng)用了組合結(jié)構(gòu)，我國(guó)組合結(jié)構(gòu)橋梁的技術(shù)水平仍落后于國(guó)際先進(jìn)水平。橋梁施工技術(shù)發(fā)展極不平衡。一方面，在尋求跨度突破的巨大技術(shù)需求推動(dòng)下，大跨度橋梁快速發(fā)展并且屢次打破世界記錄；另一方面，在中、小跨度橋梁中，混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁占據(jù)絕對(duì)數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)。而我國(guó)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁存在質(zhì)量問(wèn)題較多，預(yù)應(yīng)力后張梁工藝存在堵孔、張拉預(yù)應(yīng)力控制不準(zhǔn)、壓漿不密實(shí)等技術(shù)瓶頸。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋砼箱梁腹板承受較大的主拉應(yīng)力，砼材料易開(kāi)裂，致使結(jié)構(gòu)剛度降低，影響結(jié)構(gòu)的耐久性。而且混凝土箱梁自重較大，在自重、徐變等因素作用下，跨中撓度會(huì)持續(xù)增大，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的承載力，降低結(jié)構(gòu)的安全度，為橋梁帶來(lái)很大安全隱患。因此，工程界很多人正在呼吁采用高性能高強(qiáng)混凝土、采用鋼_混凝土組合結(jié)構(gòu)，以改變我國(guó)工程結(jié)構(gòu)以混凝土為主的現(xiàn)狀，與發(fā)達(dá)國(guó)家工程結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)保持一致。2、鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)梁橋的優(yōu)勢(shì)鋼一混凝土組合梁橋是指將鋼筋與混凝土橋面板通過(guò)抗剪連接件連接成整體，并考慮共同受力的橋梁結(jié)構(gòu)形式。組合梁保留了受壓區(qū)的混凝土翼板，受拉區(qū)則只配置鋼梁。這樣，既不會(huì)產(chǎn)生混凝土受拉開(kāi)裂的問(wèn)題，也不會(huì)因鋼梁受壓側(cè)剛度較弱而發(fā)生失穩(wěn)問(wèn)題。同時(shí)減輕了自重，又可以使整體強(qiáng)度更高、剛性更大，提高了抗震性能。當(dāng)采用外包混凝土構(gòu)造時(shí)，更具有良好的耐火和耐腐蝕性能。施工時(shí)，此結(jié)構(gòu)還具有少支模或者不支模、施工方便快速的優(yōu)點(diǎn)。鋼—混凝土組合梁橋還可以最大程度地實(shí)現(xiàn)工廠化制造，減少現(xiàn)場(chǎng)操作量，場(chǎng)地清潔較有保證，鋼材部分可回收利用，有利于環(huán)保、節(jié)能，且具有整體受力的經(jīng)濟(jì)性與工程質(zhì)量的可靠性。相對(duì)于不按組合梁設(shè)計(jì)的純鋼橋，鋼一混凝土組合梁可以采用截面較小的鋼梁，一般可降低用鋼量15%?20%。而鋼一混凝土組合梁的截面慣性矩較鋼梁明顯增大，有利于減少結(jié)構(gòu)在活荷載下的撓度。通過(guò)抗剪連接件的連接作用，混凝土橋面板可以對(duì)鋼梁受壓翼緣起到約束作用，從而增強(qiáng)鋼梁的穩(wěn)定性，有利于材料強(qiáng)度的充分發(fā)揮。同時(shí)截面高度的降低使結(jié)構(gòu)的外形變得更加纖巧，改善橋梁的景觀效果，利于增加橋下凈空或降低橋面高程。鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)較鋼結(jié)構(gòu)還具有耐疲勞，減少鋼梁腐蝕，減少噪音，維修養(yǎng)護(hù)工作量較少等優(yōu)點(diǎn)。與混凝土結(jié)構(gòu)橋相比，鋼—混凝土組合上部結(jié)構(gòu)高度較低、自重減輕、相應(yīng)使得結(jié)構(gòu)的延性提高、基礎(chǔ)造價(jià)降低，且制造安裝較為容易，施工方面要簡(jiǎn)便得多，施工速度也比混凝土梁要快，工期短。并且鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)可以適用于傳統(tǒng)磚石及混凝土結(jié)構(gòu)難以應(yīng)用的情況。而在結(jié)構(gòu)方面，它不像普通混凝土梁在受荷后有大量混凝土處于受拉區(qū)，也不像一般鋼梁在受壓區(qū)去頂替比鋼材費(fèi)用便宜很多的混凝土去充當(dāng)受壓材料，以至材料性能不能充分發(fā)揮作用。另外，鋼_混凝土組合梁對(duì)于重荷載、長(zhǎng)跨度、要求梁截面高度小一點(diǎn)的工程更為適用。一般來(lái)說(shuō)，鋼筋混凝土梁的高跨比，最大只能達(dá)到1/10~1/12，而鋼—混凝土組合梁卻可以達(dá)到1/20?1/24，幾乎在高跨比方面比鋼筋混凝土梁增大了一倍能力，而且鋼_混凝土組合梁高度中還包括了板的厚度。可見(jiàn)，和傳統(tǒng)的純鋼結(jié)構(gòu)梁橋、混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)梁橋相比，鋼_混凝土組合結(jié)構(gòu)梁橋在力學(xué)性能、施工性能以及經(jīng)濟(jì)性上具有很大優(yōu)勢(shì)。3、鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)梁橋的劣勢(shì)鋼_混凝土組合梁橋同時(shí)具有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，它也存在一些的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的共性問(wèn)題，例如混凝土橋面板開(kāi)裂、破損和鋼粱腐蝕、疲勞裂紋、鼓包等病害；也具有其獨(dú)特的個(gè)性問(wèn)題，例如剪力鍵的疲勞和剪斷問(wèn)題。在實(shí)際工程中須對(duì)具體的病害進(jìn)行具體的分析，進(jìn)而采取具有針對(duì)性的加固策略，以達(dá)到加固的目的。鋼_混凝土組合結(jié)構(gòu)梁橋還具有兩種連續(xù)性的主要病害：一是混凝土開(kāi)裂；二是鋼結(jié)構(gòu)腐蝕。除了由混凝土材料自身特點(diǎn)或施工原因引起的裂縫外，鋼_混凝土組合結(jié)構(gòu)梁橋開(kāi)裂主要有兩種原因：一是由支座不均勻沉降、溫度梯度或混凝土收縮等內(nèi)因所引起；二是外荷載作用下負(fù)彎矩區(qū)的混凝土橋面板在高拉應(yīng)力作用下開(kāi)裂。其負(fù)彎矩區(qū)會(huì)出現(xiàn)混凝土橋面板受拉、鋼梁受壓的情況，負(fù)彎矩區(qū)混凝土橋面板開(kāi)裂后，將導(dǎo)致組合梁剛度降低，有害氣體、污水或其他腐蝕性液體可能會(huì)滲入這些裂縫，從而腐蝕混凝土板內(nèi)的鋼筋、栓釘以及鋼梁，降低了橋梁的耐久性，增加了維修養(yǎng)護(hù)工作的困難。所以，設(shè)計(jì)時(shí)，如何防止負(fù)彎矩區(qū)混凝土開(kāi)裂或如何有效地控制負(fù)彎矩區(qū)混凝土裂縫寬度成為一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題。對(duì)于負(fù)彎矩區(qū)混凝土橋面板裂縫可以有兩種處理原則。一種是通過(guò)某種措施在混凝土橋面板內(nèi)產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力來(lái)防止混凝土開(kāi)裂，另一種是允許混凝土橋面產(chǎn)生裂縫，并通過(guò)配筋等措施來(lái)控制裂縫寬度。采用預(yù)應(yīng)力方法也可以減少甚至防止混凝土在使用荷載下的開(kāi)裂，使負(fù)彎矩區(qū)的混凝土橋面板與鋼梁仍然形成組合截面共同工作，以達(dá)到節(jié)省材料、增加結(jié)構(gòu)剛度的目的，并防止鋼梁的銹蝕。剪力鍵是保證鋼梁和混凝土橋面板共同工作的關(guān)鍵所在，它承受著巨大的鋼梁與混凝土翼板之間的縱向剪力作用，并抵抗兩者之間的掀起作用。鋼-混凝土組合梁中，相當(dāng)寬的混凝土翼板沿一個(gè)狹窄的接觸面承受鋼梁通過(guò)剪力連接傳來(lái)的剪力，將在混凝土翼板的結(jié)合面附近產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力。所以在組合梁中，尤其是單排栓釘連接T形截面組合梁常發(fā)生混凝土縱向開(kāi)裂。混凝土翼板的縱向開(kāi)裂將導(dǎo)致混凝土翼板的縱剪強(qiáng)度成為梁破壞的控制條件，如果沒(méi)有足夠的橫向鋼筋來(lái)約束裂縫的發(fā)展，組合梁的剪力連接程度就有會(huì)降低，而使得組合梁達(dá)不到設(shè)計(jì)承載力而提前破壞。而對(duì)于經(jīng)常超載的橋梁，由于縱向剪力過(guò)大或者反復(fù)作用導(dǎo)致剪力鍵疲勞將會(huì)導(dǎo)致剪力鍵彎曲或剪斷。出現(xiàn)這種情況時(shí)會(huì)明顯地發(fā)現(xiàn)梁段的鋼梁與混凝土橋面板間發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，這時(shí)，剪力鍵起不到應(yīng)用的作用，組合橋梁已演變成迭合梁橋，其承載能力將大幅降低。必須更換之。否則鋼一混凝土組合梁的組合作用已不復(fù)存，3、鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)目前，鋼混組合梁的主要形式有：組合鋼板梁橋，組合鋼箱梁橋，組合鋼桁梁橋，組合剛構(gòu)橋，組合梁斜拉橋，組合結(jié)構(gòu)懸吊橋面系，鋼桁腹桿組合梁橋，波形鋼腹板箱梁橋，混合梁橋，預(yù)應(yīng)力組合梁橋等。出于造型及施工的需要，國(guó)內(nèi)外也建成了一些特殊類型的組合結(jié)構(gòu)橋梁。組合結(jié)構(gòu)橋梁由于其整體受力的經(jīng)濟(jì)性、發(fā)揮鋼與混凝土兩種材料各自優(yōu)勢(shì)的合理性、以及便于施工的突出優(yōu)點(diǎn)，在歐美、日本等國(guó)的橋梁建設(shè)中占有重要地位，法國(guó)、美國(guó)的應(yīng)用范圍更加廣泛，取得世人矚目的成就。在我國(guó)，由于鋼結(jié)構(gòu)或組合結(jié)構(gòu)的造價(jià)高、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高；鋼材較貴，同時(shí)，我國(guó)勞動(dòng)力費(fèi)用較低；組合結(jié)構(gòu)橋梁的研究與實(shí)踐都與其國(guó)際發(fā)展水平有明顯的差距，而深入研究表明：同等的設(shè)計(jì)理論、方法以及當(dāng)前國(guó)內(nèi)施工水平，在40?100mm甚至更大的跨度范圍內(nèi)，組合結(jié)構(gòu)完全可以在造價(jià)上與預(yù)應(yīng)力混凝土競(jìng)爭(zhēng)。現(xiàn)如今，環(huán)保、節(jié)能和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是使社會(huì)經(jīng)濟(jì)同能源、資源、環(huán)境實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)的措施，是社會(huì)發(fā)展與自然關(guān)系的協(xié)調(diào)與保證。鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)符合發(fā)展節(jié)能建筑和經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的要求。我國(guó)又是鋼鐵大國(guó)，適時(shí)的發(fā)展我國(guó)橋梁鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)，改變我國(guó)混凝土橋梁占多數(shù)的現(xiàn)狀，