楊 得 旺

(1.中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063； 2.中鐵建大橋設計研究院，湖北 武漢 430063)

1 概述

鋼—混凝土組合梁通過剪力連接件將鋼材與混凝土連接形成組合截面，可充分發(fā)揮鋼材受拉、混凝土受壓的性能。其次，鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁具有結(jié)構(gòu)自重輕，結(jié)構(gòu)高度低，施工快捷，對既有交通影響較小等優(yōu)點[1]。

組合結(jié)構(gòu)橋梁自20世紀50年代之后得到了迅速的發(fā)展，橋型由組合鋼板梁發(fā)展到鋼箱梁、波形鋼腹板梁、組合鋼桁梁等，應用范圍由簡支梁橋到懸索橋。組合梁的造價比鋼筋混凝土梁要高30%～40%，但組合梁帶來的綜合效益是相當可觀的，比如結(jié)構(gòu)高度降低、自重減輕、地震作用減小、基礎造價降低、延性提高、施工費用降低、施工速度加快等[2]。

近年來，我國勞動力成本不斷提高，施工臨時占道費高，對施工工期要求越來越高，故鋼—混組合結(jié)構(gòu)橋梁的競爭力逐漸增強。

2 我國鐵路組合結(jié)構(gòu)橋梁工程實例分析

鐵路鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁在跨越城市道路、鐵路橋梁，無運架梁條件，無設置預制梁場條件以及高烈度地震區(qū)橋梁中具有顯著優(yōu)勢。在我國鐵路橋梁工程中，鋼—混組合梁在簡支梁、連續(xù)梁、斜拉橋中得到應用。另外，憑借其自重較輕、施工便捷的優(yōu)點，鋼—混組合梁在大跨度拱橋拱上主梁中也得到了廣泛的應用，比如張吉懷鐵路芙蓉鎮(zhèn)酉水特大橋、翁馬鐵路烏江特大橋的拱上主梁均采用鋼—混凝土組合梁。

2.1 簡支組合梁

簡支組合梁具有受力特性簡單、現(xiàn)場安裝更方便的優(yōu)點，特別適用于小跨度橋梁。

2.1.1深圳軌道交通4號線45 m單線簡支組合梁

深圳軌道交通4號線二期工程跨越和平路及人民路交叉口處采用45 m單線簡支組合梁(見圖1)[3]。由于橋梁地理位置環(huán)境因素、路況復雜車流量大、不能中斷其交通、道路較寬、施工要求工期短、建筑高度不宜過高、考慮城市景觀等要求，鋼—混組合結(jié)構(gòu)橋梁的優(yōu)勢明顯。

如圖2所示，鋼梁采用單箱單室形式，梁高2.8 m，梁寬5.78 m，高跨比為1/16，混凝土橋面板厚25 cm。鋼梁的底板上設通長縱向加勁肋，鋼梁兩腹板上設豎直加勁肋及水平加勁肋，每隔1.1 m～1.4 m設一隔板和加勁肋。

2.1.2京張高鐵官廳水庫特大橋

京張高鐵官廳水庫特大橋主橋兩側(cè)鄰孔各采用1-32 m簡支鋼—混組合梁進行過渡[4]。如圖3所示，主梁采用雙箱單室等高組合梁，計算跨度31.5 m，梁長32.6 m，橫橋向支座中心距為4.5 m。結(jié)合梁截面中心線位置梁高3.11 m(梁頂?shù)搅旱讐|板底)，側(cè)面梁高3.048 m(梁頂最高點到梁底墊板底)。

2.2 連續(xù)組合梁

相對于簡支組合梁，連續(xù)組合梁具有剛度大，高跨比小、減少支座和伸縮縫的數(shù)量、良好的經(jīng)濟性等優(yōu)點。連續(xù)組合梁負彎矩區(qū)的混凝土橋面板常因拉應力過大而開裂，從而導致梁體剛度降低，混凝土板中鋼筋甚至板下鋼梁銹蝕，以至降低結(jié)構(gòu)的耐久性。中支點負彎矩區(qū)抗裂是連續(xù)組合梁設計應用過程中需解決的關(guān)鍵問題，主要包括施加預應力、限制裂縫寬度、降低中性軸等措施。

2.2.1秦沈客專系列組合梁

根據(jù)工程需要，秦沈客運專線在14座橋上采用了7種鋼—混組合連續(xù)梁，主要是解決跨越既有道路，凈空和施工都受到限制的問題[5]。主跨32 m,40 m連續(xù)結(jié)合梁的截面形式采用2片工字形梁型，梁高分別為2.5 m,2.9 m，工字形梁之間用隔板連接，間距6 m。主跨32 m連續(xù)結(jié)合梁截面形式如圖4a)所示；主跨50 m結(jié)合連續(xù)梁的截面形式采用2個箱形梁組成，箱梁之間每隔6 m設一工形橫梁，截面尺寸見圖4b)。

2.2.2商合杭高鐵古城特大橋

商合杭高鐵古城特大橋采用5×50 m鋼—混組合連續(xù)梁，設計時速350 km[6]。梁部采用鋼箱組合結(jié)構(gòu)形式，鋼梁為單箱雙室閉口截面，梁高4.0 m，頂寬為12.6 m，底寬6.9 m，主梁橫斷面如圖5所示。頂?shù)装逶O連續(xù)縱向加勁肋，腹板設豎向加勁肋和水平加勁肋，4 m左右設1道橫隔板，在兩線線路中心線下方各設1道通長的小縱梁，鋼箱梁采用頂推拖拉法施工。通過下部鋼梁頂升及兩次落梁，代替?zhèn)鹘y(tǒng)預應力鋼筋系統(tǒng)為上部橋面板施加預應力。

2.2.3滬蘇湖高鐵虹七跨華翔路橋

如圖6所示，滬蘇湖鐵路虹七跨華翔路橋采用(42+60+45)m鋼—混組合連續(xù)梁，梁高3.8 m，頂寬12.2 m，底寬5.0 m。橋面板橫橋向在中間部分標準厚度30 cm，在鋼梁腹板上翼緣附近區(qū)域加厚至55 cm，其間均以梗脅過渡。梁部用鋼量約5.0 t/m，混凝土用量約5.6 m3/m，鋼筋用量約365 kg/m3。

2.3 組合梁斜拉橋

鋼—混凝土組合梁在斜拉橋中的應用可分為以下兩個方面：

一方面，充分利用鋼—混凝土組合梁結(jié)構(gòu)受力以及施工便捷的優(yōu)點。相對于混凝土梁，鋼—混凝土組合梁自重輕，更適用于大跨度斜拉橋；相對于鋼梁，鋼—混凝土組合梁經(jīng)濟性更優(yōu)、剛度大，且能夠避免鋼橋面疲勞開裂問題。德國學者Svensson認為組合梁斜拉橋經(jīng)濟跨徑上限為600 m。隨著超高性能混凝土的應用，有學者提出鋼-UHPC輕型組合梁斜拉橋經(jīng)濟跨徑可達1 000 m。對于高速鐵路橋梁，高速行車對大跨度橋梁剛度要求高，鋼—混凝土組合梁的優(yōu)勢凸顯。

另一方面，利用鋼—混凝土組合梁較鋼梁重的特點，平衡邊跨輔助墩負反力，常用在斜拉橋邊跨主梁中。例如：滬通長江大橋主梁采用箱桁組合斷面后，公路、鐵路橋面均為整體鋼橋面，為平衡輔助墩負反力，主梁兩側(cè)邊跨252 m范圍公路橋面采用帶有混凝土橋面板的組合截面[8]。此外，天興洲長江大橋、貴廣鐵路南盤江特大橋、北盤江特大橋等大跨度斜拉橋的邊跨也采用鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)，以平衡邊跨負反力。

2.3.1蕪湖公鐵兩用長江大橋

2000年建成通車的蕪湖公鐵兩用長江大橋(如圖7所示)是一座矮塔鋼桁梁斜拉橋，主橋孔跨布置為(180+312+180)m，采用雙層橋面布置，上層公路橋面板與鋼桁梁上弦桿及公路縱橫梁通過剪力釘結(jié)合成鋼—混凝土組合橋面系，剪力連接件采用φ22栓釘[7]。

2.3.2昌贛客專贛州贛江特大橋

昌贛客專贛州贛江特大橋主橋結(jié)構(gòu)采用(35+40+60+300+60+40+35)m混合梁斜拉橋，為我國首座設計時速350 km大跨度高速鐵路斜拉橋。中跨主梁采用箱形鋼—混凝土結(jié)合梁，鋼—混結(jié)合段位于主梁中跨側(cè)距離索塔20 m處。

主橋中跨采用鋼—混凝土組合梁，主梁斷面如圖8所示，橋面板全寬16.3 m，中心梁高4.5 m，混凝土橋面板厚30 cm，局部加厚至50 cm，鋼箱梁高400 cm。

2.3.3福廈高鐵泉州灣、安海灣跨海大橋

主跨400 m福廈高鐵泉州灣跨海大橋、主跨300 m安海灣跨海特大橋主梁全長均采用混凝土橋面板+槽形鋼箱梁的結(jié)合梁結(jié)構(gòu)，主梁斷面如圖9所示。主梁全寬(含風嘴)21 m，中心梁高4.25 m。槽形鋼箱梁(不含兩側(cè)風嘴)采用單箱三室等高截面。

3 結(jié)語

鋼—混凝土組合梁符合“工廠標準制造，現(xiàn)場快速拼裝”的綠色建造的理念，工程應用應遵循“輕型化、工廠化、標準化、裝配化、信息化”的原則。國內(nèi)在組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展過程中必須充分重視綜合經(jīng)濟效益，失去經(jīng)濟上的競爭力就不可能獲得良好的發(fā)展前景和發(fā)展動力。

組合梁可以使橋梁更加輕巧，美觀上更容易做出創(chuàng)新；組合梁制造安裝容易，施工速度快，對交通影響小，將會越來越多地用到鐵路橋梁中。隨著組合梁設計的成熟，其造價將會降低，應用范圍將會越來越廣泛。