新型钢-混组合梁桥设计分析 杨代林摘 要：钢-混组合梁结构有着良好的结构性能和耐久性，施工难度小、进度快，多样化结构适应不同建设条件的需求，简化的结构减少了桥梁施工和维修管理工作量对某新型钢-混组合梁桥的方案比选、结构设计和整体计算进行了分析和总结关键词：钢-混组合梁桥;设计;结构分析钢-混组合梁桥由钢主梁和钢筋混凝土桥面板形成组合截面共同受力，充分发挥了钢梁受弯性能好和混凝土受压性能好的特点，有着良好的结构性能和耐久性，施工难度小、进度快，多样化结构适应不同建设条件的需求，简化的结构减少了桥梁施工和维修管理工作量，所以近年来在国内得到了快速的发展和应用[1-2]钢-混组合梁桥分为不同形式，包括钢箱组合梁、钢桁组合梁和钢板组合梁等，随着计算水平的提升和施工工艺的进步，钢-混组合梁桥的构造得到了极大的简化，当桥面宽度不是很大时，少主梁形式的钢-混组合梁桥使现场工作量大幅降低，也使其在施工性能和管养维护方面，相比预应力混凝土桥梁及钢筋混凝土桥梁具有极大的竞争力[3]近年来钢-混组合梁桥在中小跨径公路桥梁中有广泛的应用安徽、浙江、广东、湖南、陕西等地都积极开展了相关探索，在高速公路主线、匝道桥和跨线桥结构中都进行了尝试。
本文对某435m钢-混组合梁桥的方案比选、结构设计和整体计算进行了分析和总结一、桥型方案比选本工程为某高速公路桥梁，桥梁结构形式采用钢板组合梁桥，基本跨径为35m，4跨一联，每联两端设置伸缩缝本桥为直桥，设置2%的横坡和0.3%的纵坡桥梁宽度为12.25m，分幅布置，为双向四车道，外侧设3m的路肩设计时速为80～120公里/小时根据对钢板组合梁桥常见类型和已有设计方案的调研，提出了三个初步方案如表2对不同方案结果表明：不同的主梁形式，双主梁结构性能较好，施工方便，钢梁制造费用低，经济性更优，管养工作量较小，选择双主梁不同的横梁形式，非支承横梁在主梁间距较大时横向受力较不利，但对桥面板施加横向预应力后能达到较好的受力性能，且现场连接方便、施工快速，经济性和管养情况也更优，选择非支承横梁不同的桥面板形式，全宽预制桥面板受力性能好，横向预应力束可提前张拉，现场工作量少，施工快速，经济性上两种桥面板基本相当，但全宽预制桥面板的整体性和水密性好，管养压力较小，选择全宽预制桥面板综合结构受力性能、施工便利性、经济性和管养要求的比较结果，最终选择方案三——主梁采用双工字钢板组合梁，横梁采用非支撑横梁，桥面板采用全宽预制混凝土桥面板。
二、钢-混组合梁结构设计（一）结构设计本桥的标准断面构造见图1主梁高度是钢板组合梁桥最为重要的设计参数，对桥梁的强度、刚度等主要性能起决定作用在30～50m跨径范围内，主梁高跨比大约在1/27～1/18之间，本桥跨径为35m，钢主梁梁高定为1750mm，总梁高为2150mm主梁的腹板首先要满足抗剪的强度设计要求，其次需要考虑结构的屈曲稳定性要求本桥腹板高厚比控制在120以内，跨中腹板厚度取为18～20mm，支点附近加厚到28mm翼缘板是主梁抗弯受力的关键部件，除满足强度条件外，还要满足稳定要求本桥上翼缘板宽取为800mm，下翼缘板宽取为960mm，根据《公路钢结构桥梁设计规范》中规定，受压翼缘宽厚比不大于12，受拉翼缘宽厚比不大于16本桥仅设置竖向加劲肋，间距2.3～2.4m设置一道，在中支点和端支点处加设2道为方便钢主梁的加工制作，加劲肋尺寸统一，厚度均为16mm，跨中宽度为280mm，在横梁处为方便连接，加宽至350mm在悬臂部分刚度、强度满足时，主梁间距主要考虑桥面板横向受力均匀，根据国内几座钢板组合梁桥的设计经验，本桥的主梁间距定为6.75m，两端悬臂长度为2.65m，组合梁总宽度为12.05m。
非支撑横梁的钢板组合梁桥桥面板横向受力近似于双悬臂梁，桥面板横向采取变厚度的设计，悬臂部分厚度为240mm，跨中部分厚度为270mm，与钢主梁连接端部为400mm，并设置1000mm的变厚度区二）施工方法设计连续梁对于小跨径钢板组合梁桥，一般的施工方法有整体吊装法和顶推法，本桥采用架桥机逐孔架设的施工方法主要施工步骤可按照如下方案执行：1、基础、桥墩施工完毕;2、搭设第一联1～2跨支架，吊装基础跨钢梁并连接，拼装架桥机，同时预制桥面板，加工钢板梁节段;3、拆除基础跨支架，安装预制桥面板，一次性浇筑基础跨现浇混凝土（不包含墩顶湿接缝）;4、架桥机移至下一孔，在基础跨上拼装钢梁;5、钢梁下放到位后，连接钢梁，用运梁车将预制桥面板运送到位，安装桥面板，一次性完成该跨现浇混凝土浇筑;6、依次类推重复步骤四和步骤五，完成全联上部结构施工，一次性张拉全联未张拉的横向预应力;7、铺设防水层及桥面铺装，完成附属设施安装三、钢-混组合梁结构性能分析结构受力分析可按线弹性理论进行分析整体计算采用MIDASCIVIL2018进行有限元分析桥面板采用实体单元，钢主梁上下翼缘采用梁单元，腹板采用板单元承载能力极限状态验算包括组合梁的抗弯承载能力验算、抗剪承载能力验算、整体和局部稳定性验算。
荷载采用基本组合，采用如下的组合系数：1.2恒载+1.4汽车+1.05体系升/降温+1.05梯度升/降温+1.0支座沉降从钢梁最不利工况应力包络云图可得知，钢主梁上下翼缘均满足设计要求最大应力出现在边跨0.4L处及中支点处在翼缘变厚处存在应力突变从腹板竖向剪应力计算结果可知，最大竖向剪力发生在支座位置处，且均满足抗剪设计强度正常使用阶段验算使用频遇组合与准永久组合荷载组合系数分别为，频遇组合：1.0恒载+0.7移动荷载+1.0支座沉降+1.0收缩徐变+1.0整体温度+0.8梯度温度，准永久组合：1.0恒载+0.4移动荷载+1.0支座沉降+1.0收缩徐变+1.0整体温度+0.8梯度温度从计算结果可知，最大挠度为2.5cm，考虑截面滑移影响，挠度应该修正为2.51.15=2.88cm，小于允许值l/500=3500/500=7cm按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》6.4.3条与《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》7.5.2条规定计算混凝土桥面板的最大裂缝宽度为0.12mm四、结语以某435m钢板组合梁桥的方案比选、结构设計为例，总结了中小跨径钢板组合梁桥的设计要点通过结构受力分析证明组合梁桥受力合理，结构尺寸拟定合适，材料较为经济。
综合来看，钢板组合梁桥的结构受力性能较好，便于工业化建设，有较好的应用前景参考文献：[1] 刘玉擎. 组合结构桥梁[M]. 北京：人民交通出版社， 2004.[2] 刘玉擎. 组合结构桥梁的发展与展望[A]. 中国公路学会桥梁和结构工程分会、杭州湾大桥工程指挥部.中国公路学会桥梁和结构工程分会2005年全国桥梁学术会议论文集[C].中国公路学会桥梁和结构工程分会、杭州湾大桥工程指挥部：，2005：7.[3] 邵长宇.组合结构桥梁的发展与应用前景[J].城市道桥与防洪，2016（09）：11-15. -全文完-。