第 45卷第 6期 2012年 6月 土 木 工 程 学 报 CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNAL Vol．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 bridges Nie Jianguo 1 Tao Muxuan 1 Wu Lili 2 Nie Xin 1 Li Faxiong 1 Lei 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

DOI:10.15951/j.tmgcxb.2012.06.003 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