组合结构优缺点
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全混凝土结构
优点:
而混凝土结构材料成本低、刚度大、防火及防腐蚀性能好。
( 1) 施工成本低,技术要求相对钢桥要低,这也是在我国广泛应用的主要原因。
( 2) 材料供应方便。钢筋、水泥、木材等材料可以就近采购。
( 3) 耐久性好、适应性强、整体性好,现场施工调整方便。
(4) 维护管理简单方便,相对于钢桥更适合野外场所。
缺点:
桥体自重大,抗震性差,因地震等原因破坏后,拆除、搬运以及废弃混凝土处理很不方便; 现场浇筑施工工期长、受季节影响大,且需要架设大量的脚手架模板等,对地面的环境要求高,在城市中对交通影响大。
纯钢结构
优点:
钢结构重量轻、强度高、延性好、施工速度快,工厂制作保证质量。
( 1) 钢桥自重轻。基本由钢板和型钢通过栓接、焊接、栓焊组合等方式构成,板梁结构、箱梁结构、桁架结构作为桥面主要的承载体。
(2) 跨距大。因其自重轻,因而可以将跨距设计得更大,做成斜拉索桥、悬索桥,跨距最大距离甚至可以达到2000m。
( 3) 抗震性好。由于桥体自重轻,塑性韧性好,所以地震时产生的水平力较小,对桥墩的抗震强度要求低,钢制的桥体抗变形能力也比混凝土的桥体好。
(4) 工厂内制造预装,现场不需要做大量的模板和脚手架,减少现场施工时间,更适合施工环境复杂的都市。
(5) 钢桥拆除方便,改建、扩建、移建更方便。
(6) 可以做成结构复杂。美观漂亮的桥型,既满足功能性的要求又满足景观性的要求,更加适合现代化城市的需求。
( 7) 构成桥梁的钢材可以回收再利用,更加节能环保。
缺点:
纯钢结构随着建筑高度的增加,存在侧向刚度小、抗侧移能力相对较差等问题,在地震和强风作用下易产生过大的振动,影响正常使用的舒适度,并且钢结构抗火能力相对较差、防腐代价相对较高。
钢桥的建设成本相对较高,钢桥容易锈蚀,后期的维护管理要求较高
组合结构
优点:
充分利用钢材的高抗拉强度和混凝土的高抗压强度,提高了钢梁的稳定性,形成经济合理的受力构件,进而组成桥梁结构,以最大限度地发挥两种材料的相对优势
减轻了自重,并避免了混凝土开裂等问题
将压型钢板、波纹钢板、钢管混凝土等材料与混凝土组合,则可以在提高施工性能、减少预应力损失、减小结构高度等方面获得优势。
相对于不按组合结构设计的纯钢桥,组合桥可以有效减小结构高度、提高结构刚度、减小结构在活荷载下的挠度。通过抗剪连接件的连接作用,混凝土桥面板对钢梁受压翼缘起到约束作用,从而增强了钢梁的稳定性,有利于材料强度的充分发挥。截面高度的降低,使结构外
形更加纤巧,改善桥梁的景观效果,有利于增加桥下净空或降低桥面高程。组合桥相对于混凝土桥,上部结构高度降低、自重减轻、地震作用减小、结构延性提高、基础造价降低。同时,组合桥便于工厂化生产、现场安装质量高、施工费用低、施工速度快,并可以适用于传统砖石及混凝土结构难以应用的情况。
组合钢板梁、组合钢箱梁、组合钢析梁的施工,经过长期发展,普遍采用先钢梁再桥面板的施工方法;钢梁施工常用顶推法,桥面板施工以钢梁为平台,进行现浇或预制板铺设。这种方法利用了钢梁自重轻、承载能力强的特点,可以降低对机具设备与临时设施的要求,同时也体现了快速施工的特点。
组合结构同钢结构相比,可以减少用钢量,增加刚度,增加结构的稳定性和整体性,提
高结构的抗火性和耐火性。同钢筋混凝土结构相比可以减小构件截面尺寸,减轻结构自重,减小地震作用,增加有效使用空间,降低基础造价,安装方便,施工周期短,增加构件和结构的延性等。
缺点:
剪力连接件的疲劳
发展趋势:
近年来,除常用的组合板梁桥和组合箱梁桥之外,相继研发了波形钢腹板组合梁桥、组合桁梁桥、组合刚构桥等一系列新的结构形式,拓宽了组合桥的应用领域。
新型组合结构桥梁的研发在我国异常活跃,如近年来提出了劲性骨架混凝土桥面板-钢管混凝土桁架组合桁梁、波形钢腹板-钢管混凝土组合梁、钢管混凝土劲性骨架柱、钢管混凝土主肢-混凝土缀板复合柱和混合柱、钢腹板( 杆)-混凝土组合拱等新型桥梁组合结构,有些已在实际工程中得到少量应用,有些仍未在实际工程中应用。
新型组合构件的研发应包括新材料的应用和结构形式的创新。研发工作应侧重于不同材料之间的相互作用机理,并对组合结构在复合受力状态以及高温、疲劳等作用下的性能进行试验研究。
对已有的传统材料进行合理组合,也可以开发出更高效能的组合构件,解决传统结构形式难以解决的问题。
组合结构的发展也为桥梁等大跨结构提供了更多的选择。例如,大型桥梁的上部结构可以采用钢、FRP(纤维增强塑料复合材料)、混凝土等材料形成的组合桥面,钢管混凝土与混凝土板形成的组合梁或波形钢腹板组合梁,斜拉桥和悬索桥还可采用钢-混凝土组合桥塔,下部结构则可以采用钢-混凝土组合桥墩和基础等。
减轻大跨度预应力混凝土桥梁上部结构的重量是桥梁结构技术革新的一个重要方向。