1、橋梁工程Bridge Engine e ring鋼-混凝土混合梁橋設計李忠平，侯登高，呂凱250101）（濟南市市政工程設計研究院有限責任公司，山東濟南摘要：連續梁橋的主跨用鋼梁、邊跨用混凝土梁，形成混合梁體系，使橋梁性能得到大幅度提高，并且具有跨越能力大的優點，但結合段的設計是混合梁橋設計的重點和難點。針對水屯路橋橋梁結構形式，分析對比了幾種常用的剪力連接形式，論證了鋼-混凝土混合梁結合部的剛度匹配及措施，為同類橋梁設計提供參考。關鍵詞：橋梁；鋼-混凝土混合梁；剪力連接件；剛度中圖分類號：U 442.54文獻標志碼：B文章編號：10097767（2010）05004803Designing

2、of a Composite Steel-Concrete Beam BridgeLi Zhongping ，Hou Denggao ，L Kai1工程概況水屯橋是濟南市小清河綜合治理工程的重要組成部分，跨越小清河。橋位處小清河規劃寬度95m ，斷面型式為復式河槽，主河槽寬75m ，南側副河槽寬20m ，北岸緊鄰南水北調輸水暗涵。該橋初選方案為一跨剛構橋，由于北岸暗涵的影響，基礎很小，結構存在安全隱患，且規劃游步路需在橋梁處斷開，對整體景觀影響較大。根據現場實際情況，我們對方案進行了調整，最終確定該橋為23.5m+65m+23.5m 三跨連續梁橋，這樣既滿足了一跨過河的要求，又不影響輸水暗涵和

3、游步路規劃要求。由于邊跨與中跨跨徑比為0.36，全部做混梁受力不合理，為此，中跨采用鋼箱梁，邊跨采用混凝土梁的混合連續結構體系。a ）前承壓板b ）后承壓板c ）前后承壓板圖1有格室結合段2鋼-混凝土混合梁結合段設計連續梁橋的主跨用鋼梁、邊跨用混凝土梁，形成混合梁體系，性能上得到大幅度提高，并且具有跨越能力大的優點，但是結合段是主梁剛度突變點，容易形成結構體系的弱點1。結合段的設計，成為該橋設計的重點和難點。a ）頂底板、承壓板（A ）b ）底板承壓板2. 1結合部構造形式及結構特性比較鋼梁與混凝土梁結合部主要有有格室（見圖1）與c ）承壓板d ）頂底板、承壓板（B ）無格室（見圖2）的構造形

4、式2。結合段受力模式、施工方式的不同決定了構造形式也不盡相同，主要結合段構造形式的傳力特點，優、圖2無格室結合段缺點見表1。482010No.5（S e p. ）Vol.2 8橋梁工程Bridge Engine e ring表1內容軸力及彎矩的傳遞剪力及扭矩的傳遞有格室前后承壓板方式格室頂底板的連接件及前后承壓板承擔前面承壓板上的連接件承擔混合梁橋結合部結構特性的比較2有格室后承壓板方式格室頂底板上的連接件無格室承壓板方式承壓板承擔承壓板與混凝土的摩擦及U 形筋承擔無格室頂底板與承壓板組合方式承壓板以及伸入箱梁鋼底板上的連接件承擔承壓板上的連接件承擔及后承壓板承擔格室腹板以及腹板上的連接件承擔

5、混凝土箱梁部的配筋、澆筑容易；混凝土質量易保證；軸力由前優點后板以及格室中的連接件承擔；承壓板附近的應力集中最小；鋼梁最容易制作有縱向加勁肋，剛度變化較小；從縱向加勁肋向U 肋傳力流暢；在混凝土橫梁處應力得到緩和；格室中的應力均勻；承壓板附近的應力集中較小通過調整加勁肋布置可減小承壓板附近的應力集中；混凝土箱梁部的配筋、澆筑容易；接合部混凝土澆筑質量易保證；相比方案2鋼梁易制作通過調整加勁肋布置可減小剛度變化幅度較大；混凝土箱梁部的配筋、澆筑容易；混凝土澆筑質量易保證；相比方案3、鋼梁易制作；承壓板附近的應力集中相比方案3小格室中需填充砂漿；缺點后承壓板附近剛度變化較大鋼梁焊接施工性差；混凝土

6、需豎立澆筑；接合部配筋、混凝土澆筑困難承壓板附近的應力集中變大；承壓板附近剛度變化較大承壓板附近的應力集中變大，但相比方案3小；承壓板附近剛度變化較大2. 2水屯路橋結合部構造形式選用根據混合梁橋的結構特點，預應力混凝土梁與鋼泛應用。影響栓釘抗剪承載力的主要因素是混凝土強度和栓釘的直徑。其破壞模式主要是栓釘根部連接處的剪切破壞。梁的連接位置，宜選在彎矩及剪力較小的地方，這樣其結構處理比較簡單。根據縱向計算結果，最終連接位置選定在邊跨距墩中心線4.5m 處，此處，彎矩最小，剪力也減小。根據該橋的受力特點并考慮施工，最終選用有格室后承壓板的構造形式，如圖3所示。2）彎筋。彎筋剪力連接件是利用在鋼板

7、與混凝土之間布置有角度的鋼筋，來抵抗鋼與混凝土之間的剪力4。影響彎筋連接件抗剪承載能力的主要因素是彎筋的直徑和彎筋與混凝土的錨固長度。3）型鋼。型鋼的抗剪工作性能與栓釘基本相似，其抗剪承載力和抗剪剛度更大，與栓釘不同的是其力學性能具有方向性。由于型鋼的截面積較栓釘大很多，因此，型鋼的破壞模式往往是連接件附近的混凝土發生受壓破壞。4）PBL 剪力鍵。PBL 連接件是由德國人雷昂哈特和Partners 公司研制出的一種新型剪力連接件。它由圖3水屯橋鋼-混凝土結合部（cm ）帶孔的鋼板組成，可焊接在工字形截面的上翼緣（見圖4）。開孔鋼板與灌注入其中的混凝土，形成一系列的混凝土抗剪銷來抵抗剪力流，也可

8、以在圓孔內設置貫通鋼筋，以提高抗剪能力。采用后承壓板的構造方式，其連接件能夠充分發揮作用、傳力明確；結合面的應力集中較小；格室與主梁的混凝土形成連續構造；將鋼梁節段豎起然后澆筑格室混凝土比較容易、連接件根部混凝土不易離析3。2. 3剪力連接件設計混合梁中連接件傳遞鋼與混凝土板之間縱、橫向剪力，限制兩者在受彎時不產生相對滑移，保證截面上兩種不同材料共同發揮作用。常用的連接件有以下幾種：1）栓釘。采用栓釘連接件，施工方便、質量容易得到保證，且其力學性能不具有方向性，因此得到了廣圖4PBL 剪力鍵2010年第5期（9月）第28 卷49橋梁工程Bridge Engine e ringPBL 連接件的破

9、壞主要是開孔鋼板中的混凝土抗剪銷或孔間鋼板的剪切破壞和撕裂，因此連接件的抗剪強度主要取決于孔內混凝土抗剪強度和孔間鋼板的抗剪強度。此外，孔內的混凝土和鋼筋還具有防止混凝土板和鋼梁分離的作用。所以，在設計PBL 連接件時應避免孔間鋼板的剪切破壞先于混凝土的剪切破壞5。的差別。顯然，結合段是一個主梁剛度的過渡段，在結合面附近將兩種箱梁的截面形式作一些改變，目的在于利用兩種不同材料的梁段截面幾何特性差別來平衡其彈性模量的差別，從而使主梁剛度在此處有一個比較平緩的過渡，讓應力和變形順暢協調地在縱向傳遞。結合段剛度的匹配至關重要，結合段的結合形式、結合段的長度、混凝土的填充量等都會影響結合段的剛度。該橋

10、鋼-混凝土結合段采用有格室結構形式，結合段長2m ，其中鋼板深入混凝土梁75cm ，剩余部分鋼格室連同填充其中的混凝土，使得剛度較混凝土部分變化不大，剛度過渡主要通過鋼格室和頂、底板變高度T 型加勁肋來完成；結構在鋼-混凝土結合部位進行初步調整，而在鋼箱梁加強段平穩過渡，T 型加勁肋在剛度較大的中橫梁處結束，保證了結構安全。PBL 連接件的優點是：僅需在鋼板上設置圓孔，鋼板采用普通焊接方法焊接在鋼梁的翼緣上，施工簡單，質量可靠，抗疲勞性能好，整體性好，抗剪剛度、強度大；其缺點是：用鋼量較廣泛采用的栓釘連接件大，造價較高；抗剪承載力的計算方法不統一，理論需進一步完善。鋼梁與混凝土梁的結合部通常采

11、用有格室的結構形式，格室空間尺寸較小，若采用栓釘連接，在格室頂底板、腹板的焊接難度相對較大，且數量多，不利于施工；若采用PBL 連接件，僅僅是板件的焊接，且抗剪剛度、強度較大，又不易受疲勞的影響。水屯路橋鋼梁和混凝土結合部位采用了有格室后承壓板式的鋼-混凝土接頭（見圖1）。在鋼格室腹板上開直徑60mm 的圓孔，并將覫20mmHRB335鋼筋貫穿其中，與注入該圓孔的混凝土包裹在一起形成PBL 剪力鍵；在鋼格室頂、底板及后承壓板上焊接栓釘，將灌注入格室內的混凝土與緊鄰的混凝土箱梁通過PBL 剪力鍵、預應力鋼筋、普通鋼筋等得到很好的連接，使之成為一個整體。鋼-混凝土結合段的內力最終轉化為鋼與混凝土結

12、合面的剪力，主要通過承壓板、栓釘、PBL 剪力件及鋼-混凝土間的黏結摩阻力等4種主要途徑來傳遞。這4種途徑對壓應力、拉應力和剪應力等應力的傳力機理各不相同，其中以承壓及PBL 剪力件的傳力最為主要；鋼-混凝土間的黏結摩阻力由于缺少理論及經驗數據而難以把握，設計時認為內力主要通過承壓板、栓釘和PBL 剪力鍵來完成，鋼-混凝土間的黏結摩阻力只作為連接的安全儲備。3結論預應力混凝土梁與鋼梁的連接構造，是一個非常重要的部位，這是由混合梁橋自身特性所決定的。混合梁的關鍵問題就是必須使兩種不同材料梁段，緊密結合，傳力順暢，耐久性好，施工簡單易行。本文結合水屯路橋，對鋼-混凝土連續梁橋結合段的構造形式、剪力

13、連接件、剛度匹配及過渡措施，進行研究分析，以期對同類橋梁設計提供參考 。參考文獻：1陳開利，余天慶，習剛. 混合梁斜拉橋的發展與展望J.橋梁建設，2005（2）：1-4.2劉玉擎. 混合梁接合部設計技術的發展J.世界橋梁，2005（4）：9-12.3劉玉擎. 組合結構橋梁M.北京：人民交通出版社，2005：19-46. 4聶建國，余志武. 鋼-混凝土組合梁在我國的研究及應用J.土木工程學報，1999，32（2）：3-8.5張霞，向中富. 鋼-混組合梁中兩種新型連接件的有限元分析J.重慶交通學院學報，2007，26（2）：5-8. 收稿日期：20100609作者簡介：李忠平（1961），男，山東萊陽人，高級工程師，學士，主要從事道路橋梁工程設計工作。2. 4鋼-混凝土結合段剛度匹配由于鋼梁和混凝土梁結合段截面及材料的不同，邊跨混凝土梁的剛度和中跨鋼梁的剛度存在著約3倍世博帶動上海地鐵運量創新高，日客流首破670萬人次據悉：世博客流穩步增長帶動上海地鐵連創客運量新高，在通勤流、觀博