第45卷第6期2012年6月土木工程学报CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNALVol．45Jun．No．62012基金项目：国家自然科学基金重点项目（51138007），清华大学自主科研计划（20101081766）作者简介：聂建国，博士，教授收稿日期：2010-12-09钢-混凝土组合结构桥梁研究新进展聂建国1陶慕轩1吴丽丽2聂鑫1李法雄1雷飞龙1（1．清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室，北京100084；2．中国矿业大学（北京），北京100083）摘要：钢-混凝土组合结构桥梁近年来在我国得到了迅速的发展。
在传统桥梁结构形式的基础上，发展多种新型组合结构桥梁形式，拓宽组合结构桥梁的应用领域。
介绍近年来在钢-混凝土组合结构桥梁方面的最新研究进展，内容包括波形钢腹板组合梁桥、槽型钢-混凝土组合梁桥、钢-混凝土组合刚构桥、双重组合作用连续组合梁桥和大跨斜拉桥组合桥面系。
通过对传统结构形式的改进和发展，可充分发挥组合结构桥梁的综合优势，研究结果表明，钢-混凝土组合结构桥梁具有广阔的推广应用前景。
关键词：钢-混凝土组合结构；桥梁；波形钢腹板；槽型组合梁；组合刚构桥；双重组合；组合桥面系中图分类号：U448．38文献标识码：A文章编号：1000-131X （2012）06-0110-13Advances of research on steel-concrete composite bridgesNie Jianguo 1Tao Muxuan 1Wu Lili 2Nie Xin 1Li Faxiong 1Lei Feilong 1（1．Key Laboratory of Civil Engineering Safety and Durability of the Ministry of Education ，Tsinghua University ，Beijing 100084，China ；2．China University of Mining ＆Technology ，Beijing ，Beijing 100083，China ）Abstract ：Steel-concrete composite bridges have been developed rapidly in recent years in China．Several new types of composite bridges have been developed on the basis of traditional structures to broaden the application area of composite bridges．In this paper ，some recent advances in research of steel-concrete composite bridges are summarized．The main research work involves composite girder bridges with corrugated steel webs ，channel-shaped steel-concrete composite girder bridges ，steel-concrete composite rigid frame bridges ，continuous composite bridges with double composite action and composite deck systems for large-span cable-stayed bridges．Through improvement and development of the traditional structural forms ，the comprehensive advantages of composite bridges can be fully displayed ，which demonstrates a good prospect of application and extension for steel-concrete composite bridges．Keywords ：steel-concrete composite structure ；bridge ；corrugated steel web ；channel-shaped composite girder ；composite rigid frame bridge ；double composite ；composite deck system E-mail ：dmh03@mails．tsinghua．edu．cn引言钢-混凝土组合结构桥梁（简称组合桥）是指将钢梁与混凝土桥面板通过抗剪连接件连接成整体并考虑共同受力的桥梁结构形式。
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［1］。
组合桥自20世纪50年代之后得到了迅速的发展，从20 25m 跨径的中小跨径梁桥到跨径近千米的斜拉桥，都有组合结构的应用［2］。
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。
而在国内，随着道路等级的不断提高和建设规模的扩大，桥梁呈现出跨径不断增大、桥型不断丰富、结构不断轻型化的发展趋势，同时对桥梁建设的经济性和综合效益也越第45卷第6期聂建国等·钢-混凝土组合结构桥梁研究新进展·111·来越重视。
在这种背景和需求下，传统的桥梁结构形式在许多情况下已经不能满足设计、建造和使用的要求。
钢-混凝土组合结构桥梁由于兼有钢桥和混凝土桥的优点，适合我国基本建设的国情，近20年来已得到迅速发展。
本文重点介绍了笔者所在的研究团队近年来在钢-混凝土组合结构桥梁方面完成的一些最新研究和实践工作，内容主要包括波形钢腹板组合梁桥、槽型钢-混凝土组合梁桥、钢-混凝土组合刚构桥、双重组合作用连续组合梁桥和大跨斜拉桥组合桥面系，通过对传统结构形式的改进和发展，可充分发挥组合结构桥梁的综合优势。
研究结果表明，组合结构桥梁具有广阔的应用前景。
1波形钢腹板组合梁桥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。
对于预应力混凝土箱梁而言，由于需要在腹板内布筋和使预应力筋转向，必须增加腹板厚度，腹板面积可占总截面面积的25% 35%。
因此，减小腹板厚度对减轻箱梁自重和减少预应力筋用量是比较有效的途径之一。
为减小腹板厚度，法国首先提出了用平面钢腹板来代替传统箱梁的混凝土腹板，并通过箱形截面内的体外预应力筋来施加预应力。
经工程实践，用平钢腹板代替传统箱梁的混凝土腹板后，自重减轻达到25% 35%［3］，但由于顶板和底板的混凝土因徐变、收缩而产生的变形受到钢腹板的约束，使得顶板和底板内的预应力有向钢腹板转移的趋势，后者承担了大约20% 25%的预应力，不但降低了预应力的使用效率，同时也要求在钢腹板上增设纵向或竖向加劲肋来防止屈曲。
为解决由于钢腹板的约束作用而造成的截面预应力损失，法国Campenon Bernard公司于1975年提出了用波形钢腹板来代替平面钢腹板的设想。
传统的波形钢腹板组合梁构造形式如图1（a）所示，与传统的预应力混凝土腹板箱梁桥相比，通过用波形钢腹板替换混凝土腹板，可减轻自重，有效改善结构受力性能、施工性能以及经济性能；充分发挥材料潜能，提高材料效率；改善结构的施工性能、正常使用性能和长期性能。
与纵向加劲的平面钢腹板组合梁桥相比，这种波形钢腹板组合梁桥能有效减小腹板对混凝土翼缘板的约束，提高预应力导入度，提高材料效率；大大提高腹板的剪切屈曲强度，降低其对几何初始缺陷的敏感性；充分利用波形钢腹板的三维挠曲特性，方便施工，改善拼装条件。
然而，传统的波形钢腹板组合梁在下翼缘混凝土板浇筑时，需现场搭设满堂红脚手架以支撑模板，存在现场作业及施工难度较大等问题，同时下翼缘混凝土板和下翼缘钢板的结合部由于浇筑空间狭小，混凝土浇筑质量难以保证，影响结合部的受力性能；另一方面，下翼缘混凝土板通过连接件悬挂于波形钢腹板下方，在正弯矩作用下容易过早开裂，从而降低结构的承载力及刚度，影响结构的耐久性，这些问题都给该类结构的推广应用造成了一定的困难。
针对上述传统波形钢腹板的不足，笔者通过改进构造，提出了多种新型波形钢腹板组合梁桥形式，如图1（b） 图1（f）所示。
图1（b）是一种下翼缘改进型波形钢腹板组合梁桥，相比传统的波形钢腹板组合梁桥，主要优势包括如下5个方面：①通过将下翼缘混凝土板置于下翼缘钢板之上，下翼缘钢板可以为下翼缘混凝土板的浇筑提供可靠的模板支撑，从而避免现场搭设满堂红脚手架，降低混凝土湿作业工作量和施工难度，缩短施工周期，加快施工进度。
整个施工过程可以不中断桥下交通，施工快捷，综合经济效益好，是对传统波形钢腹板组合箱梁的明显改进；②下翼缘钢与混凝土结合部构造简单，混凝土浇筑空间大，浇筑质量易于保证，结合部的受力性能得到有效改善；③下翼缘钢板置于下翼缘混凝土板外侧，受力更为合理，下翼缘钢板不仅自身能更充分地参与结构受力，发挥抗拉性能好的特点，同时对下翼缘混凝土板提供部分约束，从而提高结构的承载力、刚度和抗裂性能，改善结构的耐久性；④下翼缘混凝土板为上翼缘混凝土板的浇筑提供了支撑，减少了上翼缘混凝土板的模板工程和混凝土湿作业工作量；⑤下翼缘改进型波形钢腹板组合箱梁相比传统波形钢腹板组合箱梁在受力性能、施工性能等方面得到显著改善的同时，用钢量几乎没有增加，经济性能较优。
图1（b）所示的下翼缘改进型波形钢腹板主要适用于连续梁桥。
对于简支梁桥，可以采用图1（c）所示的结构形式，取消下翼缘混凝土板，这样上翼缘混凝土受压，下翼缘钢板受拉，可充分发挥材料的强度，避免了下翼缘混凝土开裂的问题。
这种波形钢腹板组合梁也可以看作采用波形钢腹板的普通组合梁，因此它除了具有普通组合梁的优点外（刚度大、承载力高、施工方便、自重轻、抗震性能好等），还能有效减小收缩徐变、温度效应等对结构的不利影响。