8.陈开利-中国混合梁斜拉桥钢混结合段试验研究技术新进展

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引言
混合梁合理地利用了钢材和混凝土两种材料的特性，很好的发挥了他们的 优势。混合梁的受力性能、跨越能力、结构布局、施工安全、经济效益均优于 单一材料的钢结构或混凝土结构。
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• 边跨采用自重较大的混凝土梁，可以起到对自重较轻的钢结构中跨的锚固和压重作用， 所以主跨的跨越能力比一般斜拉桥要大，而边跨与主跨的比例比一般斜拉桥要小；
以上这些桥梁的建设，为后来我国混合梁桥的建设，积累了较为丰富的经验。
中国
2008年，香港昂船洲大桥，跨径布置289m+1018m+289m 。 2010年，鄂东长江大桥，跨度分布4×70m+926m+4×70m。 2011年，荆岳长江大桥，100m+298m+816m+80m+75m+75m。
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中国混合梁斜拉桥 钢混结合段试验研究技术 新进展
陈开利
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中铁大桥局集团副总工 教授级高工
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汇报内容
一、引言 二、混合梁斜拉桥发展的简要回顾 三、混合梁斜拉桥结构受力特点 四、钢混结合段连接构造特点 五、钢混结合段试验研究的最新成果 六、研究结论 七、认识与体会 中铁大桥局集团
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引言 混合结构
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混合梁斜拉桥发展的简要回顾
日本多多罗大桥（Tatara Bridge）
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混合梁斜拉桥发展的简要回顾
鄂东长江大桥（2010年9月28日通车）
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混合梁斜拉桥发展的简要回顾
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
荆岳长江大桥（2010年12月9日通车）
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混合梁斜拉桥发展的简要回顾
昂船洲大桥（2008年6月完工）
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引言
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• 主塔和边跨预应力混凝土梁可以同时施工。当主塔和边跨主梁完成后即可采用悬臂法 架设主跨钢梁，有利于加快施工进度。同时，由于其始终为单悬臂施工，可提高施工 安全性； • 主跨和边跨分别采用钢结构和预应力混凝土结构，可以在结构重量与用钢量两个指标 上寻求较好的平衡，从而从总体上降低工程造价、节省费用。
• 边跨预应力混凝土梁不但能平衡主跨的钢梁重量、边跨各支点均不出现负反力，而且由 于后锚拉索分布较密，从而总体上提高了整座桥的刚度；
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• 索和重的混凝土边跨提供了稳固支撑，因此当边跨布置活载时，对主跨影响较小。这样 主跨的弯矩变幅和斜拉索变幅就明显减小，因此也就减小了主梁和拉索的疲劳影响；
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钢—混凝 土混合梁
不同材料的构件用接头连接成整体的结构体系。
复合结构桥梁的一种结构形式，是钢梁和混凝土梁在纵 向恰当的位置利用接头构造连接成整体梁的结构体系。
现代大跨度的斜拉桥、悬索桥、连续梁和连续刚构上部结构设计中，为了减轻 结构自重、增大跨越能力，主跨采用钢梁，边跨往往采用混凝土梁，以增加结构整 体刚度、合理平衡各跨自重和整体内力，钢梁与混凝土梁之间设置结合段，从而在 纵向上由钢材和混凝土两种材料构成了钢—混凝土混合梁。
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混合梁斜拉桥发展的简要回顾
1200
香港昂船洲大桥
岛桥
1000
诺曼底大桥
嘉鱼长江大桥 （在建）
鄂东长江大桥 九江长江公路大桥
800 桥例跨度 600
汕头礐石大桥
石首长江大桥 （在建） 荆岳长江大桥
武穴长江大桥 武汉二七长江大桥 （在建） 舟山桃夭门大桥 万州长江三桥
400 200 0 1975
钢-混结合段位置的选择 钢-混结合段的构造与连接方式
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汇报内容
一、引言 二、混合梁斜拉桥发展的简要回顾 三、混合梁斜拉桥结构受力特点 四、钢混结合段连接构造特点 五、钢混结合段试验研究的最新成果 六、研究结论 七、认识与体会 中铁大桥局集团
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结构受力特点
1、适应并基于建设条件，中跨全部或大部分采用自重较轻、跨越能力大的钢主梁， 边跨全部或部分采用自重和刚度均较大的混凝土主梁，集钢主梁和混凝土主梁各 自优点于一体，满足了大跨度、建设条件及经济性的要求。 2、边中跨比与传统的非地锚式的斜拉桥相比要小。混凝土主梁起到压重和锚固 作用，不但平衡中跨钢主梁重力且确保边跨各支点均不出现负反力，而且从总体 上提高了整座桥的刚度。当中跨布置活载时，中跨梁体变形和主塔变位均有减小 的趋势，从而起到锚固的作用。 3、混凝土边跨客观上需要减小跨径以降低梁高节省预应力用量，同时因为采用 了多辅助墩的密边跨而大大减小了边跨挠曲对中跨的影响，这样，中跨主梁的弯 矩变幅和斜拉索索力变幅就明显减小，因而也就减小了疲劳影响。斜拉索的支承 作用使混凝土主梁受力更接近于多支点弹性支承连续梁，从而进一步减少了预 应力筋的配置。
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结构受力特点
4、主梁结构存在1或2处钢混结合部，该结合部的位置选择和连接构造的可靠 性，关系到全桥受力合理性和运营耐久性。 5、较小的边中跨比，导致顺桥向桥塔两侧斜拉索对称性差，进而影响到边中 跨索力的平衡以及斜拉索在塔端的锚固构造、安装张拉施工。
6、主梁高度受横桥向宽度的影响较大，受中跨跨径增大的影响较小，一般跨高 比大于200。较大的全桥刚度带来较高的自振频率，加之较大的质量和采用扁平 流线型箱梁，使全桥抗风性能得到很大的改善。
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混合梁斜拉桥发展的简要回顾
1975年，大阪大和桥，主跨83m，首座混合梁斜拉桥
日本
1991年，生口桥，跨径组合150m+490m+150m
1999年，多多罗桥，主跨890m，保持了混合梁斜拉桥跨度世界纪录10年。 木增川桥，主跨275m，4塔。
俄罗斯，2012年，岛桥建成，主跨1104m，斜拉桥混合梁斜拉桥跨度世界纪录。
Zarate-Brazo Largo Bridge
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
桥例完成时间 中铁大桥局集团
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混合梁斜拉桥发展的简要回顾
1926年：Kahn获得了组合梁的专利，标志着组合梁的诞生 1963年：第一次提出，作为设计竞标方案，德国，（50+280+50）m三跨斜拉桥。 第二次提出，作为设计竞标方案，德国。 1972年：库尔特—舒马赫桥建成，德国，独塔斜拉桥， 桥梁跨度布置为287.04m+146.41m。世界上首座混合梁斜拉桥。 1979年：弗勒埃桥建成，德国，主跨为368m。 1982年：焦恩桥建成，瑞典，主跨386m。 之后：乌克兰、墨西哥、法国相继建成混合梁斜拉桥。 法国：诺曼底桥，主跨856m，一举将跨度提高了50%。
7、由于同时采用混凝土主梁和钢主梁，因此、其受力兼具了两者的特点，主 要体现在主梁的内力分布方面。
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汇报内容
一、引言 二、混合梁斜拉桥发展的简要回顾 三、混合梁斜拉桥结构受力特点
四、钢混结合段连接构造特点
五、钢混结合段试验研究的最新成果 六、研究结论 七、认识与体会 中铁大桥局集团
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混合梁斜拉桥发展的简要回顾
以鄂东大桥、荆岳长江大桥、昂船洲 长江大桥为代表的著名桥梁工程项目 世界上第一座混合梁斜拉 桥诞生于西德，修建于1972 年，该桥主跨为287m，为独 塔斜拉桥。 在世界范围内修建了许多著名的混 合梁斜拉桥，例如法国诺曼底大桥、日 本多多罗大桥和中国礐石大桥等。
20世纪90年代
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结构受力特点 构造特点
焊钉连接件
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结构受力特点 构造特点
开孔板连接件
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钢混结合段连接构造特点 结合段位置的选择
结合段位置主要由结构受力、施工及经济性三方面因素综合决定。
可以设在中跨、桥塔附近、边跨。由理论分析认为，合理的结合段位置应同时 符合：在成桥状态恒载下、主梁弯曲应变能最小，在运营状态汽车活载下、结 合部弯矩幅值最低。而实际情况可能是按上面两个原则确定的结合段理想位置 并不完全一致。所以、建议采用以考虑恒载为主、兼顾活载的思路来最终确定 混合梁斜拉桥合理的结合段位置。
20世纪初
1972年 1926年
J.Kahn获得了组合梁的专利权， 标志着组合梁的诞生
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混合梁斜拉桥发展的简要回顾
世界上第一座混合梁斜拉桥（Kurt-Schumacher Bridge）
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混合梁斜拉桥发展的简要回顾
法国诺曼底大桥（Normandy Bridge）
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混合梁斜拉桥发展的简要回顾 混合梁斜拉桥的发展历程
建设中的重要桥梁
石首长江大桥，（75+75+80+820+300+100）m 湖北嘉鱼长江大桥，（75+75+200+920+330+75+75）m 湖北武穴长江大桥，768m 湖北赤壁长江大桥，720m
重要桥梁方案
苏通长江大桥,桥跨布置（110+300+1088+300+110）m。 伶仃洋大桥，跨径布置（284+950+284）m。 重庆长江二桥，跨度（160+450+160）m。 中铁大桥局集团
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钢混结合段连接构造特点 构造特点
混合梁斜拉桥集钢与混凝土两种材料的优点于一体，充分发挥钢与混凝土两 种材料的特性。但是、钢梁与混凝土梁的结合段是混合梁斜拉桥独有的，也是最 为重要的构造。 （1）通过对钢混结合段连接构造附近的钢梁和混凝土梁进行加强，形成钢梁 过渡段和混凝土梁过渡段。 （2）钢梁过渡段和混凝土梁过渡段之间是长约数米的包含钢壳体、剪力连接件、 核心混凝土和钢格室的钢混结合段。 （3）钢混结合段的两端布置钢横隔板（承压板和分界板），由混凝土梁过渡段 延伸过来的纵向预应力钢绞线贯穿整个钢混结合段并锚固在承压板上。 （4）结合段钢与混凝土结合面处需要设置连接件，以抵抗二者间的相对滑移与 剥离。常用的连接件有：焊钉连接件、开孔板连接件。 中铁大桥局集团
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混合梁斜拉桥发展的简要回顾 混合梁斜拉桥的发展历程
中国其它桥式中的应用：
广东佛山平胜大桥，独塔单跨自锚式混合梁悬索桥，350m主跨为 钢箱梁，其余为PC箱梁 宁波庆丰大桥，双塔双索面自锚式混合梁悬索桥，主跨的跨度布置 108.85m+280m+108.85m。 广州猎德大桥，独塔自锚式混合梁悬索桥，跨度分布 47m+167m+ 219m+47m。钢箱梁全长362m（主跨侧207m，边跨侧155m）。 重庆石板坡长江大桥，主跨330m钢混组合连续刚构桥 温州瓯越大桥，主跨200m 中铁大桥局集团
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混合梁斜拉桥发展的简要回顾 混合梁斜拉桥的发展历程
小结：
⑤ 目前、世界前10位最大跨度斜拉桥中混合梁斜拉桥占了7座，如果把施工中的 湖北的两座也列入，混合梁斜拉桥则占了9座。 由此，可以认为：混合梁斜拉桥在超大跨度斜拉桥建设中，占重要地位。 可以预见：混合梁斜拉桥将会得到更为广泛的应用。
值得关注的问题：
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混合梁斜拉桥发展的简要回顾 混合梁斜拉桥的发展历程
小结：
①欧洲是以德国为中心，虽然建造了几座混合梁斜拉桥，但尚未见到文献报导有 关设计、科研方面的详细资料。 ②法国虽然仅建造了一座混合梁斜拉桥，但跨度规模大，而且在国际上具有影响 力。不过，也未见到有关结合段方面的研究报导。 ③日本起步相对较晚，但发展速度很快，建造了为数不少的同类型桥梁，在一段 时间内是建造混合梁斜拉桥最多的国家之一。同时进行了少量的研究工作。 ④我国属于后来者居上，20世纪90年代、21世纪初期，先后建成几座大跨度混 合梁斜拉桥。在国内外有一定的影响力。目前，在湖北境内，施工中的混合梁斜 拉桥就有四座，跨度在720至920m之间，可以称得上是国内混合梁斜拉桥最多 的省份。 中铁大桥局集团
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混合梁斜拉桥发展的简要回顾
1997年，徐浦大桥，主跨590m，叠合梁与RC梁的混合。国内首次将混 合梁应用于大跨度斜拉桥。 香港汲水门大桥，主跨430m，公铁两用。 1998年，汕头宕石大桥，主跨518m。 2000年，武汉白沙洲长江大桥，主桥为618m。 台湾高屏溪大桥，主跨330m ，独塔。 2002年，天津塘沽海河大桥，主桥孔跨 310m，独塔。 2004年，舟山大陆连岛工程的桃夭门大桥，主跨580m。 2006年，湛江海湾大桥，主跨480m。
混合梁由钢梁段、混凝土梁段以及该两段之间的结合段构成，结构的受力性能 既不同于钢梁，也不同于混凝土梁，其接头部分（即结合段）是保证他们共同工作 的关键。
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二、混合梁斜拉桥发展的简要回顾
三、混合梁斜拉桥结构受力特点 四、钢混结合段连接构造特点 五、钢混结合段试验研究的最新成果 六、研究结论 七、认识与体会 中铁大桥局集团