发展战略-7-陈宜言老师课件--组合结构桥梁的发展与应用-陈宜言

组合结构桥梁的发展和应用

陈宜言

（深圳市市政设计研究院有限公司 深圳 中国）

一、组合结构桥梁的发展

1.1 组合结构桥梁的特点

组合结构桥梁将抗拉性能强的钢材、抗压性能强的混凝土分别合理地用在构件的受拉区及受压区，极大限度地追求高性能和经济性；由于钢、混凝土两种材料的合理组合，组合结构桥梁的力学性能和经济性均好过钢结构桥梁或者混凝土桥梁。组合结构桥梁的另一突出优点是便于施工，这是桥梁建设的关键之一。

1.2 组合结构桥梁在国外的发展

1950年前后欧美及日本等国开始发展组合桥梁研究。二战后，20世纪60年代，欧美及日本等国的桥梁建设黄金期间，组合结构桥梁以其整体受力的经济性、发挥两种材料各自优势的合理性、便于施工的突出优点而得到广泛应用，大量各种形式的组合结构桥梁建成。20世纪70年代，欧美及日本等国家又投入大量资金进行基础性理论研究及试验，制定组合结构规范；目前国外几个主要规范都包含组合结构桥梁设计部分，如：EURO CODE、BS5400、DIN、AASHTO等；同时，在深入研究的基础上，结合工程实践，发展了一些新的设计方法和施工工艺。20世纪80年代以来，国际桥梁及结构工程协会（IBASE）多次召开国际学术会议，对组合结构桥梁在研究、设计、施工等方面的发展进行交流和研讨，进一步促进了组合结构桥梁的发展。

在法国，组合结构桥梁最具竞争力的跨径范围为30～110m，跨度在40～100m 范围内的公路桥梁中85％都是组合结构桥梁；而TGV高速铁路桥梁中组合结构桥梁的比例占45％，之后建设的高速铁路桥梁中组合结构桥梁的比例更高；英国，大多数20～160m及以上跨径的公路桥，组合结构桥梁竞争力很强；德国及美国组合结构桥梁应用更广泛。

总之，组合结构桥梁由于其整体受力的经济性、发挥钢与混凝土两种材料各自优势的合理性、以及便于施工的突出优点，在欧美、日本等国的桥梁建设中占有重要地位，德国、美国的应用范围更加广泛，取得了世人瞩目的成就。

1.3组合结构桥梁在国内的发展现状

在国内，三十多年来，一方面，在寻求跨度突破的巨大技术需求推动下，大跨度桥梁得以快速发展并屡创世纪记录；另一方面，在大量中小跨度桥梁中，混凝土及预应力混凝土的桥梁占据绝对数量优势。总之，在我国，组合结构桥梁的技术水平落后于国际先进水平。

而形成我国组合结构桥梁的研究与实践都与其国际发展水平有明显差距的主要原因是：简单的认为，因钢结构或组合结构的养护费用高而组合结构桥梁造价就高；简单的认为，钢材较贵，同时我国劳动力较低。其实，深入研究表明：同等的设计理论、方法以及当前国内施工水平，在40～100m甚至更大的跨度范围内，组合结构完全可以在造价上与预应力混凝土竞争。

二、组合结构桥梁的主要分类

2.1组合钢板梁桥

组合钢板梁桥是由钢板梁和混凝土桥面板组合而成。I字型钢板组合梁，断面图（图1）。

早期的组合钢板梁桥在并排钢板梁间设置很多横梁、水平及竖向支撑，在腹板上焊接很多横向加劲肋，纵梁间距很小；20世纪80年代，上述问题得以持续改进，对传统结构体系进行了大幅度简化；目前，组合钢板梁桥多采用双主梁或少主梁形式，在20～150m跨度范围内有很强的竞争力。

法国里昂的Mascaret桥（图2）是主跨95m的变高组合钢板梁桥，桥宽13.12m。

2：法国里昂的Mascaret桥

2.2组合钢桁梁桥

组合钢桁梁桥是由钢桁架梁和混凝土桥面板组合而成。德国的Korntal-Munchingen 桥（图3），总长: 300m，9跨，最大跨径41m。

组合钢桁梁桥以其更能适应大跨与重载的特点获得发展与竞争力。在德国的铁路桥中，有较多的组合钢桁梁桥，如：主跨208m的Nantenbach双线铁路桥（图4），三跨连续梁中间支点的钢桁架下弦设有混凝土板相结合共同受力。丹麦的公铁两用厄勒海峡桥的引桥采用了主跨140m的等高度组合钢桁梁桥，采用全截面预制整孔吊装法施工；日本主跨155m的小白仓公路桥是采用预应力混凝土桥面板的组合钢桁梁桥；西班牙主跨170m的Sil桥钢桁梁采用顶推法施工。

图3：德国Korntal-Munchingen桥 图4：德国Nantenbach桥

2.3组合钢箱梁桥

已经有大量的公路、铁路组合钢箱梁桥建成。目前连续组合箱梁桥最大跨度已超过200m，单箱桥面宽度超过30m。德国海得明登的维拉河谷桥，主跨96m，施工时钢箱梁先顶推到位，再现浇桥面板，采用中间支点附件桥面板后浇的间断施工方法。德国Neuotting桥（图6），主跨154m,采用了双层组合结构，在中间支点附件钢梁

下翼缘附加有混凝土板。

图6：德国Neuotting桥

2.4波形钢腹板箱梁桥（波形钢腹板＋混凝土顶、底板）

波形钢腹板箱梁桥（图7）是由波形钢腹板和混凝土顶、底板组合而成。

图7：波形钢腹板箱梁桥

波形钢腹板箱梁桥用波形钢腹板取代混凝土箱梁的腹板，从而达到改善力学性能和减轻上部结构自重的目的。该类桥梁在减少施工量、缩短工期、降低成本以及提高效益等方面有很大的优势。

1986年，法国首次设计建成了Cognac桥（图8），随后分别建成了Maupre桥（图9）和 Asterix桥等；1993日本开始了该类桥梁的建设，陆续建成新开桥、本谷川桥、兴津川桥、栗东桥（图10）和东京都江凉风桥（图11）等，迄今为止日本在建、已建的该类桥梁已有近200座。

图8：法国Cognac桥 图9：法国Maupre桥

图10：日本栗东桥 图11：日本东京都江凉风桥 波形钢腹板PC组合箱梁桥在20世纪90年代被介绍到国内，此后国内对这种桥型的科研工作也相继开展，现已经成为研究者的热门研究课题之一；中国目前为止已建、在建的波形钢腹板PC箱梁桥有：青海三道河桥：50m单箱双室简支梁桥（已建）；江苏淮安长征桥（图12）：18.5m+30.5m+18.5m连续梁人行桥（已建）；河南信阳泼河大桥（图13）：4×30m先简支后连续箱梁公路桥（已建）；重庆永川大堰河桥：25m简支箱梁公路桥（已建）；山东鄄城黄河大桥主桥：70m＋11×120m＋70m 公路连续梁桥（在建）；深圳南坪快速路二期工程之南山大桥、平铁大桥：80m+130m+80m连续梁桥（完成施工图设计）；

图12：淮安长征桥 图13：泼河大桥

2.5钢桁腹杆组合梁桥

钢桁腹杆组合梁桥（图14）是由钢桁架腹杆和混凝土顶底板组合而成。

图14：钢桁腹杆组合梁桥