钢混组合结构国内外发展历史及现状

汇报提纲
钢混组合结构国内外发展历史及现状
1 组合结构桥梁国内外发展概况 2 ➢ 组合结构桥梁主要分类 3 组合梁桥结构形式及设计 4 组合结构桥梁施工工艺与方法 5 国内发展展望
2、组合结构桥梁主要分类 2.1 组合钢板梁桥
钢混组合结构国内外发展历史及现状
早期的组合钢板梁桥： 在并排钢板梁之间设置许多横梁、水平
可达约30m，成为近年来的发展趋势。 为了方便运输安装，开发了窄幅钢箱截面形式。
2、组合结构桥梁主要分类
钢混组合结构国内外发展历史及现状
2.3 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，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，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。
EURO CODE BS 5400 DIN AASHTO 道路示方书
欧洲 英国 德国 美国 日本
1、组合结构桥梁国内外发展概况 钢混组合结构国内外发展历史及现状
1.2 组合结构桥梁在国外的发展
在深入研究的基础上，基础理论得到长足发展，建立 了一些新的设计方法，结合工程实践开发了新的施工方法 等。特别是二十世纪80年代以来，组合结构桥梁在西方发 达国家获得了高度发展。国际桥梁及结构工程协会（IABSE） 以及欧美等国家的学术组织，多次召开国际学术会议，对 组合结构桥梁在基础理论研究、设计与施工等多方面的经 验与发展进行交流与研讨，进一步促进了组合结构的发展。
用混凝土作桥面板与钢梁结合的组合结构桥梁，早在1935－1936年 出现在瑞典的道路桥梁中。
1、组合结构桥梁国内外发展概况 钢混组合结构国内外发展历史及现状
1.2 组合结构桥梁在国外的发展
欧美及日本等国自1950年前后开展组合梁研究，并陆续制定设计指南或 规范，到1970年代，这些国家又投入大量资金，进行基础理论研究和试验， 制定了新的组合结构规范。目前国外几个主要规范都包含组合结构设计部分。
➢ 3、组合梁桥结构形式及设计
钢混组合结构国内外发展历史及现状
1.带挑臂支撑的大横梁构造体系
当桥面为单向横坡时，大横梁随桥面的倾斜而倾斜，主梁中间部分的高度是不 变的，挑臂支撑部分线性变化。当桥面为双向横坡时，主梁支撑部分线形变化，在 桥面板跨中最高，挑臂支撑部分同样线性变化。有时大横梁也可以等高，但需要调 整桥面板厚度或在横梁处加腋。
法国 Boulonnais桥
2、组合结构桥梁主要分类 2.5 波折腹板组合箱梁桥
钢混组合结构国内外发展历史及现状
波折腹板组合箱梁桥与钢桁腹杆组合梁桥都是用钢结构取代混凝土箱梁的腹板， 从而达到改善力学性能与减轻上部结构自重的目的。这种桥在减少施工量、缩短工 期、降低成本以及提高效益等方面具有很大的优势。
1.2 组合结构桥梁在国外的发展
二十世纪30年代是欧美各国桥梁技术和设计理论的一 个重要发展时期。其中焊接技术的发明为组合结构的发展创 造了更为有利的条件，即在钢筋混凝土板与钢梁之间的连接 可以采用焊接代替最初的铆接方式。二十世纪60年代是欧美 各国和日本桥梁建设的黄金时期，组合结构以其整体受力的 经济性，发挥两种材料各自优势的合理性以及便于施工的突 出优点而得到广泛应用，建造了大量的各种形式的组合结构 桥梁。
大横梁结构体系里面，钢框架是由大横梁和两片纵向主梁组成， 大横梁对桥面板的支撑可以降低桥面板厚度。
采用大横梁截面的双主梁结构建造较为复杂，这种结构体系通 常用在桥面板重量显著增加时采用，比如桥面板宽度较大或者跨径 较大，如大于90m时。
有时采用大横梁体系纯粹为了美观考虑。 大横梁体系又可分为带挑臂钢支撑的和不带挑臂钢支撑的两种。
1、组合结构桥梁国内外发展概况 钢混组合结构国内外发展历史及现状
1.2 组合结构桥梁在国外的发展 在欧美日各国的桥梁建设中，组合结构桥梁占有重要地位，这
些国家取得了世人瞩目的成就。以法国的桥梁市场为例，组合结构 桥梁最有竞争力的跨径范围甚至可达30～110m，在40～100m的跨径 范围的公路桥中，85%是组合结构桥梁，近年的TGV高速铁路线中组 合结构桥梁占到45%。英国大多数20～160m桥梁应用更广。
混凝土顶板
体内索
波折腹板
体外索 体内索
腹板 横隔板 混凝土底板
2、组合结构桥梁主要分类 2.5 波折腹板组合箱梁桥
钢混组合结构国内外发展历史及现状
法国 Maupre桥
日本 本谷川桥
2、组合结构桥梁主要分类 2.6 组合结构桥梁的多样化
钢混组合结构国内外发展历史及现状
组合结构桥梁涵盖的范围很广，除了梁式桥还被用于斜拉桥、拱桥、悬 索桥这些桥型中。
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、组合结构桥梁国内外发展概况 钢混组合结构国内外发展历史及现状
钢混组合结构国内外发展历史及现状
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钢混组合结构国内外发展历史及现状
1 ➢ 组合结构桥梁国内外发展概况 2 组合结构桥梁主要分类 3 组合梁桥结构形式及设计 4 组合结构桥梁施工工艺与方法 5 国内发展展望
1、组合结构桥梁国内外发展概况 钢混组合结构国内外发展历史及现状
1.1 组合结构桥梁的特点
千岁高架引桥（日本，1998年完成）
2、组合结构桥梁主要分类 2.2 组合钢箱梁桥
钢混组合结构国内外发展历史及现状
组合箱梁桥的截面形式也有诸多发展 由早期闭口钢箱截面，发展完善了开口槽形钢箱截面形式。 单箱单室截面适应桥面宽度可达约 20m，并成为常用形式。 开发了桥面板由钢结构加劲的大悬臂截面形式，适应桥面宽度
当桥宽超过15m时，为降低混凝土板厚度和结构自重，桥面板可采用横向预应 力。由于预应力施工需要大量的工时，横向预应力双主梁体系近些年已经逐渐被横 梁直接支撑桥面板的大横梁体系替代。
4. 连接件
通常使用圆头焊钉。
➢ 3、组合梁桥结构形式及设计
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大横梁双主梁桥（横梁直接支撑桥面板）
2、组合结构桥梁主要分类
钢混组合结构国内外发展历史及现状
2.1 组合钢板梁桥
以法国为例，近些年建造的公路组合结构桥梁有90%都是组合钢板梁桥，这
些桥梁以双主梁或少主梁为主，桥面板一般设计为横向承重或纵向承重，对应主 梁间的横梁分成大横梁与小横梁。在 20～150m 跨度范围内有很强的竞争力。 图 中所示为法国1990年建成的Hopital桥，采用小横梁结构体系。
德国的Korntal-Munchingen 桥
德国的Nantenbach 桥
2、组合结构桥梁主要分类
钢混组合结构国内外发展历史及现状
2.4 钢桁腹杆组合梁桥
钢桁腹杆组合梁桥是由钢桁架腹杆和混凝土顶底板组合而成。混凝土箱梁的 腹板用钢制的桁架式腹杆代替，大大减轻了桥梁自重荷载。
标准节段
法国 Boulonnais桥
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、组合结构桥梁国内外发展概况 钢混组合结构国内外发展历史及现状
1.3 组合结构桥梁在国内的发展 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
Hopital桥（法国，4跨连续，最大跨64米）
2、组合结构桥梁主要分类
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2.2 组合钢箱梁桥
组合钢箱梁因抗扭能力强、整体性好、适合曲线线路以及更能适应大跨与特
殊要求等特点，也获得了较大的发展，在世界各地的应用也非常普遍，尤其在曲 线桥和大跨度连续梁桥上，与组合钢板梁相比，更为常见。
及竖向横撑，在腹板上焊接许多横向加劲肋， 纵梁间距也很小。
导致构件数量多，焊接量大，成本高， 维护困难，疲劳破坏也成为突出问题。
经过大量探索、 研究和实验
二十世纪80年代以来： 取消了纵向加劲肋； 垂直加劲肋大多为T形并直接与翼缘焊
接在一起，增厚腹板可增大垂直加劲肋 的间距； 框架式联结系取代了从前的K形联结系， 大大减少了构件，简化了连接。
➢ 3、组合梁桥结构形式及设计
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3. 桥面板
双主梁组合梁桥面板的厚度在纵向通常保持不变，在横向需要根据受力情况进 行一定的变化，通常变化的范围在24cm到40cm；桥宽小于15m，采用钢筋混凝土结 构，桥宽更大时需配置横向预应力。 桥面板由钢梁上翼缘顶面的焊钉连接形成整体。 桥面板通常在安装完纵梁和横向框架以后施工，可采用现场浇注或预制安装的方法。
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钢混组合结构国内外发展历史及现状
1 组合结构桥梁国内外发展概况 2 组合结构桥梁主要分类 3 ➢ 组合梁桥结构形式及设计 4 组合结构桥梁施工工艺与方法 5 国内发展展望
➢ 3、组合梁桥结构形式及设计
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3.1 组合钢板梁桥
3.1.1 断面布置 小横梁双主梁桥（横梁不支撑桥面板） 两片钢主梁之间设有横梁相互连接，混凝土桥面板与钢主梁通过连接
因此，不带挑臂的大横梁构造体系一般用在桥面较宽，而且要求主梁间距比较 大的时候。
在法国近些年，这种桥梁建造的比较少，主要是带挑臂的大横梁结构美学上表 现更好。
件结合共同受力，横梁与桥面板不连接，不支撑桥面板。
小横梁双主梁组合梁断面（单向横坡与双向横坡）
➢ 3、组合梁桥结构形式及设计
钢混组合结构国内外发展历史及现状
1. 主梁
大部分属于大型钢构件，需要在工厂焊接制造，一些小跨径桥梁可采用型钢制 作；沿桥纵向翼缘板通常为等宽，翼缘板厚度以及腹板高度和厚度是变化的，连接 件通常使用焊钉，设置在钢梁上翼缘顶面，这些焊钉用于限制桥面板相对于钢梁的 的滑移和拔起，确保了组合结构的受力行为。
1、组合结构桥梁国内外发展概况 钢混组合结构国内外发展历史及现状
1.2 组合结构桥梁在国外的发展
组合结构桥梁的概念由来已久，最早可以追溯到1900年。现代的组 合结构桥梁和当时相比，已经发生了巨大的变化。
1、组合结构桥梁国内外发展概况 钢混组合结构国内外发展历史及现状
1.2 组合结构桥梁在国外的发展
双向通行，双向横坡时，两片主梁相同，单向通行、单向横坡时，两片主梁通 常仍然保持相同，通过竖向高差调节。
2. 横梁
一般采用工字形型钢断面，支点位置的横梁由于要承受主梁传递的水平荷载， 一般梁高更大，并采用焊接结构形式。
横梁间距小于等于8m，在一孔内通常为固定常数，但是两孔内可以不同，横梁 必须保证侧扭稳定并宜小于墩间距。
大横梁的纵向间距一般不做变化，以便简化构造，横梁间距一般为4m左右。 普通钢筋构造的桥面板厚度纵横向一般都取24~25cm，并支撑在纵向顶板与大 横梁顶板上。
大横梁双主梁组合梁断面（单向横坡与双向横坡）
➢ 3、组合梁桥结构形式及设计
钢混组合结构国内外发展历史及现状
2. 不带挑臂支撑的大横梁构造体系
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 。
不带挑臂支撑的大横梁构造体系和前面几种结构体系特性基本相同，通常也需 要4m左右的横梁间距，但相同桥宽时主梁中心距与前面几种桥型有明显的区别。由 于挑臂没有直接的支撑，挑臂宜控制在2m左右并相应增加主梁中心距。比如，桥宽 15m时，小横梁结构一般腹板中心距为8m，挑臂为3.5m，大横梁结构一般腹板中心 距为11m，挑臂为2m。