66m 120m 66m钢-混凝土组合连续刚构桥设计文献综述

 2022-10-24 10:10
  1. 文献综述(或调研报告)

3.1 钢-混凝土组合结构桥梁概述

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]

针对钢-混凝土组合结构桥梁,国内《钢结构设计规范》(GB50017-2003)[2]对钢-混凝土一章做了修订和补充,包括连续组合梁负弯矩区、组合梁变形、部分抗剪连续组合梁和压型钢板组合梁的设计计算方法及主要理论依据。之后颁布了《钢-混凝土组合桥梁设计规范》(GB 50917-2013)[3]和《钢管混凝土拱桥技术规范》(GB50923-2013)[4-17]等一系列规范。

3.2 钢箱-混凝土组合结构桥梁的优缺点

钢箱-混凝土组合结构是极具潜力的一种钢-混凝土组合结构类型,并且已经取得了长足的发展和应用。这种结构强度高,能够抵抗恶劣气候,延性和抗震性能优良,适应向着大跨、高层、重载发展的现代工程,并且满足了施工技术现代化的要求[18]。将钢箱-混凝土组合结构中钢箱置于结构受拉区,并将下翼缘作为纵向的柱梁,能有效预防混凝土中裂缝的出现、缓解由外界撞击桥梁所产生的桥梁破损、加大桥梁的负载、及降低钢筋材料的绑扎数量等问题[19]

对于这样一种组合结构,除了能充分利用混凝土和钢两者的优点以外,还拥有许多其他的优势。这种组合结构比混凝土结构拥有较小的截面,良好的抗震性能和延性,较短的工期等;比钢结构拥有较少的用钢量,更强的整体性与稳定性,良好的抗火性等,应用在桥梁工程方面其具体优势体现如下[18]

  1. 浇筑混凝土时,已经施工完成的钢梁则是现成的模板,这样便节约了材料,结构的安全性也得到了更好的保证,同时也降低了造价;
  2. 与普通钢梁相比,组合梁的挠度要比钢梁的小 1/3~1/2,用钢量也将减少20~40%,同时造价可降低 10~40%/m2。此时,若使用预应力,与普通钢梁相比,预应力组合梁的挠度要比钢梁的小 50%,用钢量也将减少 30%~45%;但是张拉预应力工作比较复杂,也增加了造价,所以应根据实际情况,合理选用;
  3. 钢箱—混凝土组合梁与钢筋混凝土梁相比,梁的高度与结构的高度都可以得到降低。对于高层结构,一层减少十多厘米,数十层的减小高度就可以是一个相当可观的数字。在越来越多的实际工程中,因为建设者采用了钢—混凝土组合结构,而圆满解决了净空高度受限问题。

虽然钢箱—混凝土组合结构与钢结构一样,耐火性较差,维护费用较高,但多项实践证明,这是一种具有显著社会经济效益的新型结构体系,具有广阔的应用前景,这也是符合我国基本的建设国情的。综上所述,钢箱—混凝土组合结构桥梁将是21世纪桥梁结构体系的重要发展方向之一,因此,对这一结构的研究有着很重要的社会意义。

3.3 国外钢-混凝土组合结构桥梁的发展

20世纪八十年代在法国建成世界上首座钢-混凝土组合桥梁,而在其他国家对于这种新型钢-混凝土组合桥梁也很快地应用到实际项目中,此后这种结构形式被广泛的接受。世界上首座钢混叠合的斜拉桥为新斯物罗姆海峡钢斜拉桥,其主跨度为182m。在此之后不断的修建了如布洛涅高架桥、阿尔布瓦桥、平原之臂大桥等钢-混凝土组合结构桥梁[20]

20世纪50年代以后,在日本有近80%跨径在45m以下的公路简支梁,以钢-混凝土组合桥梁的形式为主。在过去的几十年中,由于公路桥梁中交通流的增大,桥梁工程中钢筋混凝土桥面板受的损害严重,因此,钢-混凝土组合桥梁结构没有被大多数工程师采用,对于连续组合结构桥梁和简支组合梁桥相似,在20世纪70年代以后,日本公路桥梁规范纳入了针对连续组合桥梁设计规范,在后来的20年中,也将钢腹板预应力混凝土组合箱桥梁纳入规范中,到目前为止,已将平面钢腹板预应力组合箱桥梁与波形钢腹板预应力混凝土组合箱桥梁应用到了实际的项目中[21]。根据2015年国家交通运输部统计数据,在日本13万座桥梁结构中,钢结构桥梁占比41%,韩国钢结构与钢-混凝土组合结构桥梁在整体桥梁结构中高达30%,

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