钢-混凝土组合结构在桥梁工程中的应用

文/中交第三航务工程局有限公司厦门分公司 陈继

钢-混凝土组合结构作为节能、环保、生态型材料，广受业界人士青睐。该结构充分了发挥钢和混凝土两种材料优点，是一种复合结构，结构形式更为合理，受力性能更加优异。

形式及特点

钢-混凝土组合的结构形式

之前的桥梁结构，经过了木质结构、砌体结构、钢结构以及钢筋混凝土结构的发展，其钢-混凝土组合结构是横向地结合混凝土以及钢筋在抗剪力的作用下，进行连接的构件。在我国，主要有以下几类：压型钢混凝土复合钢板、钢筋混凝土结构、钢管混凝土结构、核心筒复合梁、钢和混凝土组合柱等。其中，钢和混凝土组合柱最初在20世纪80年代的高速公路桥墩最先使用。组合柱优于其他地震结构，其延性、抗震以及强度都有无可比拟的优势。在桥梁施工中，钢管混凝土柱得到更广泛的使用，使桥梁的抗震能力得到提高，刚性和强度也得到增强。

钢-混凝土组合结构的特点

在承力相同的情况下，材料可以更好地发挥其性能。钢材用量得以减少，非复合梁中，可节约15%至20%的钢材用量。同样的条件下，在加强混凝土对钢梁的刚度时，可以认为钢结构形式法兰高度比非组合梁高30%，对地基的承载力减少。钢筋混凝土稳定性会受到钢梁的翼缘宽度的影响，当翼缘宽度加大时，其更加稳定。横向组合模式不仅可以提高钢梁的整体刚度，还可以提高其稳定性。当刚度和稳定性得到改善时，钢梁的整体疲劳强度就得以降低。此外，组合模式和钢桥或混凝土桥相比，还具有低噪音，重量轻，建造时间短，安装更方便的优点。

具体应用

钢-混凝土组合结构出现于20世纪初，但是我国的钢-混凝土组合结构的研究开展得比较晚，而且推广应用较为缓慢，直到20世纪50年代才开始研究并应用于工程当中。钢混组合结构对经济发展起到一定的促进作用，人们越来越重视其在高层建筑中的应用。

槽型钢-混凝土组桥梁

槽型钢-混凝土组桥梁的运用有两种方式：一是加工、处理“U”形钢，包括钢梁现场浇注后的安装和浇筑钢梁，通过剪切，钢筋会和混凝土成为一个整体，钢筋和混凝土的性能得到充分发挥，优化了桥梁建设的硬件，使其实际性能得到最大限度优化；二是在受拉区，放一个钢结构和混凝土凹槽的外化复合结构，以下翼缘作为纵梁，使用时，混凝土出现缝隙的频率就会降低，减轻了对桥梁的外部影响，不仅增加了桥梁的承载条件，也减少了加固材料的数量。

波形钢腹板组合桥梁

混凝土浇筑过程中，因为在现场搭建了脚手架，施工空间都会受到影响，使用波形钢腹板可以改善这一状况。混凝土板的外侧可设置波形钢板，因为钢板具有更好的拉伸性，桥梁的刚性结构性能得到加强，可以预防开裂的强度。使用这种类型的桥梁施工，能有效地降低腹板的黏结强度。

钢-混凝土组合刚构桥

桥墩梁结加固后，由于竖向荷载作用，在梁端处会产生负弯矩，且正弯矩也减小，中段的界面也相应减少。传统上会使用临时锚固，这容易导致梁受到损坏。钢-混凝土组合刚构桥，可以实现更好的抗震性能，而且用料少，外观效果好，所以适用性更强。

耐久性措施

钢-混凝土组合结构桥梁应用的最大问题就是腐蚀，钢桁架、混凝土合桥与波纹钢腹板梁桥都存在这个问题。一般会通过涂装工艺解决腐蚀问题。其缺点是操作起来比较麻烦，而且会对环境造成污染，因此使用较少。很多国家目前采用电弧锌镀层铝，这一方法在非锌合金处理上防腐效果非常好。注塑试验确认了盐雾效果的有效性∶在50年内钢结构的表面完好，可见防腐效果很好。因为这一方法操作简便，效率高，成本降低，在防腐工作中具有很好的前景。

不足及前景展望

目前我国的钢结构行业，使用工艺比较落后，而且产生很多的能耗，污染严重，成本高。

其次，在钢结构设计中，因造价成本较高而最终被舍弃。钢-混结构组合结构和纯钢结构相比，纯钢结构在成本上具有更大的优势，但就结构性能而言，前者更胜一筹。部分施工单位只考虑到短期的经济效益，就选择了纯钢结构。

再次，由于腐蚀等问题，钢-混结构组合结构的养护费用较高，这需要加紧研究，改进其化学成分。在我国，耐候钢在已经逐步得到推广应用，很多金属腐蚀问题得以解决，但如何确保其质量问题，确保防腐效果，需要进一步探索。

此外，存在钢制桥梁的桥面问题。铺装桥面时，其剪切会收到破坏，但处理表层的工艺比较复杂。所以材料是非常重要的，也就是材料必须抗剪应力，选择黏结层材料，可以使其铺装层实现刚性与柔性相结合，提高抗剪应力，且其具有热稳定性好、抗扭变、防水抗渗的特点，可推广使用。