組合結(jié)構(gòu)在橋梁中的應(yīng)用

1、組合結(jié)構(gòu)在橋梁中的應(yīng)用組合結(jié)構(gòu)在橋梁中的應(yīng)用兩種不同性質(zhì)的材料組合成一個整體而共同工作的構(gòu)件稱為組合構(gòu)件組合結(jié)構(gòu)是由組合構(gòu)件組成。例如鋼筋混凝土是由鋼筋和混凝土兩種物理力學(xué)性能完全不同的材料組合而成。50多年來組合結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用得到迅速發(fā)展至今已成為一種公認的新的結(jié)構(gòu)體系與傳統(tǒng)的四大結(jié)構(gòu)即鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)并列已擴展成為五大結(jié)構(gòu)。從工程建設(shè)的經(jīng)濟性、實用性考慮，代表性的建筑材料主要是鋼材與混凝土，因此一般所說的組

2、合結(jié)構(gòu)，就是指由這兩種材料通過粘結(jié)、機械咬合或連接件相互接合，并且能夠共同承擔(dān)作用力的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)。將抗拉性能強的鋼材、抗壓性能強的混凝土，分別合理地用在構(gòu)件的拉伸區(qū)及其壓縮區(qū)，極大限度地追求高性能、經(jīng)濟性是鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則。將兩種材料合理地加以組合后，從經(jīng)濟性來看要好于鋼結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)。組合結(jié)構(gòu)最大的技術(shù)特點是組合后的性能已經(jīng)超過材料各自的力學(xué)性能。鋼材處于拉伸區(qū)域時，其強度及其延性能夠很好發(fā)揮，但當處于壓縮區(qū)域時，由屈曲

3、強度決定，特別是薄鋼板制成的構(gòu)件，材料性能很難發(fā)揮，而混凝土是比鋼材便宜、自重大、抗拉強度顯著小的脆性材料。因此，兩者力學(xué)上的組合主要表現(xiàn)在2個方面，即鋼材對混凝土的支援及混凝土對鋼材的支援。組合梁的優(yōu)點：1)抗疲勞性能好使用壽命長。2)實際承載力高。梁的試驗資料表明組合梁的實際承載力為設(shè)計承載力的2.2倍~2.6倍而普通鋼梁其破壞荷載較設(shè)計荷載一般不超過2.2。3)沖擊系數(shù)降低。鋼橋?qū)崪y資料表明用YH型機車以64.4km時速通過對全鋼

4、梁橋產(chǎn)生的沖擊系數(shù)為1.403而在同樣情況下的組合梁橋?qū)崪y沖擊系數(shù)為1.121后者較前者降低了20%。4)節(jié)省鋼材。以9m?12m平臺單元為例在相同荷載條件下對組合梁和非組合梁進行設(shè)計對比組合梁較非組合梁的主、次梁分別節(jié)省鋼材35.6%及30%。5)降低梁高增強剛度。鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁與傳統(tǒng)混凝土橋相比，最大的區(qū)別體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕，作為橋梁承重構(gòu)件的橋墩截面尺寸減小且大多采用薄壁空心截面。組合結(jié)構(gòu)橋梁在國外發(fā)展較早，應(yīng)用很廣。在法國

5、，跨度40m―100m的公路橋中85%是組合結(jié)構(gòu)橋梁，TGV高速鐵路中組合結(jié)構(gòu)橋梁占到45%，在美國，組合結(jié)構(gòu)橋梁在20m―160m的公路橋中競爭力很強[3]；在德國[和日本，組合結(jié)構(gòu)橋梁隨處可見。隨著近年我國高速公路、城市快速干道、高速鐵路、鐵路客運專線的大規(guī)模建設(shè)，鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁受到了越來越多的關(guān)注，大跨徑拱橋、斜拉橋、中小跨徑公路鐵路橋梁中都有采用。根據(jù)歷次震害調(diào)查，橋梁結(jié)構(gòu)損傷多集中于下部墩柱結(jié)構(gòu)，在組合結(jié)構(gòu)橋梁大量建設(shè)的

6、今天，組合結(jié)構(gòu)橋梁是否具有進一步降低墩柱結(jié)構(gòu)地震力需求的潛力，是否可作為今后橋梁抗震設(shè)計的有效策略，都是工程師非常關(guān)心的問題。因此，對其抗震潛力及抗震性能進行研究，無論從工程角度、經(jīng)濟角度還行組合結(jié)構(gòu)橋梁受力分析通過引入結(jié)構(gòu)與材料本構(gòu)關(guān)系來考慮負彎矩區(qū)橋面板開裂影響，以更精確地評估結(jié)構(gòu)從加載開始到破壞過程的非線性行為關(guān)系與受力狀況。依靠新的穩(wěn)定理論與計算機技術(shù)的進步，可以更準確地考慮鋼結(jié)構(gòu)的總體與局部穩(wěn)定，尤其是組合結(jié)構(gòu)條件下的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)

7、定特性，為減少穩(wěn)定構(gòu)件、合理安排材料確立了基礎(chǔ)。借助大量研究成果及分析方法的進步，發(fā)展了允許混凝土板開裂、用裂縫寬度限值代替拉應(yīng)力限值的設(shè)計方法，從而簡化了構(gòu)造、方便了施工，促進了連續(xù)組合結(jié)構(gòu)橋梁的發(fā)展。對于縱橫向加勁肋等穩(wěn)定構(gòu)造，不再沿襲過去依據(jù)簡化模型制定的相關(guān)設(shè)計規(guī)定，而是借助于新的穩(wěn)定理論與分析方法進行設(shè)計，由此鋼梁加強了高度簡化的趨勢。此外，還有一些新的設(shè)計方法發(fā)展建立起來，例如：在結(jié)構(gòu)不同區(qū)域變化鋼與混凝土連接剛度達到截面完

8、全組合與不完全組合相結(jié)合的設(shè)計方法；利用施工手段調(diào)節(jié)鋼梁與混凝土板應(yīng)力狀態(tài)的設(shè)計方法；連接件以群釘形式間斷設(shè)置，從而實現(xiàn)有效施加預(yù)應(yīng)力的方法等。設(shè)計方法的進步，可以更合理、更實際、更有效地安排材料，從而促進組合結(jié)構(gòu)橋梁經(jīng)濟競爭力的提高并獲得了更大的發(fā)展。在鋼結(jié)構(gòu)材料方面，耐候鋼的使用，省去了涂裝費用與養(yǎng)護工作量，變厚變寬鋼板的應(yīng)用，使設(shè)計時可以更加合理地安排鋼梁材料，并且減少了焊接工作量。高性能鋼材的應(yīng)用，拓展了組合結(jié)構(gòu)橋梁的發(fā)展空間，

9、進一步提升了其技術(shù)經(jīng)濟競爭能力?；炷敛牧戏矫妫l(fā)展了密實性、流動性、抗收縮性更好的混凝土以及纖維加強混凝土，提高了混凝土的質(zhì)量、有效地控制了混凝土裂縫的開展。在連接件方面，為了確保連接件的抗剪和抗拉拔、抗疲勞性能以及配合新結(jié)構(gòu)形式與工法的開發(fā)等，對原有連接件進行改進，并開發(fā)一些新的連接件，如：開孔板連接件、組合連接件、筒式連接件、螺栓連接件以及槽齒性連接件等。還有通過在焊釘根部使用可控制硬化時間的環(huán)氧樹脂，達到剛度滯后發(fā)揮的目的。在橋

10、面板方面，為了實現(xiàn)方便快速施工，開發(fā)了組合結(jié)構(gòu)橋面板，代表性的兩種類型有鋼——混凝土組合型與填充混凝土鋼格構(gòu)型。組合型橋面板又有折板式平面和空間桁架以及用預(yù)制鋼筋桁架組合橋面板等多種；填充混凝土鋼格構(gòu)型則是用型鋼代替一部分鋼筋，然后澆筑混凝土，其鋼板作為底模并構(gòu)成一體。組合鋼板梁、組合鋼箱梁、組合鋼桁梁的施工，經(jīng)過長期發(fā)展，普遍采用先鋼梁再橋面板的施工方法；鋼梁施工常用頂推法，橋面板施工以鋼梁為平臺，進行現(xiàn)澆或預(yù)制板鋪設(shè)。這種方法利用了