混合梁斜拉橋的設計研究
2018-04-16
1.前言
由于鋼與混凝土結合可以提高力學性能和改善經濟性，所以最近幾年混合梁斜拉橋的工程實例不斷增加，混合梁斜拉橋以其獨特的構造與技術特點顯示出其強大的生命力。所謂的混合梁斜拉橋是指斜拉橋的主梁沿主梁的長度方向由兩種不同的材料組成，主跨的梁體為鋼梁，邊跨（或伸入主跨一部分）的梁體為混凝土梁。由于混合梁斜拉橋與混凝土斜拉橋和鋼斜拉橋相比較，施工方便且造價低，所以在20世紀80年代末得到了飛速的發(fā)展。1986年加拿大建成的混合梁斜拉橋——安娜血絲橋，一直保持了7年世界最大跨徑斜拉橋的記錄。我國的混合梁斜拉橋雖起步晚，但發(fā)展進度很快，近年來國內設計并建成了許多大跨度混合梁斜拉橋：蘇通長江大橋、湛江海灣大橋、荊岳長江大橋、舟山桃夭門大橋、鄂東長江大橋等，這使我國在該領域的實踐走向了世界的前列。
2.混合梁斜拉橋的優(yōu)點
在實際應用中，混合梁斜拉橋較單一的鋼梁斜拉橋或混凝土梁斜拉橋有許多的優(yōu)點，主要體現在：
（1）中跨采用自重較輕的鋼梁，邊跨采用自重和剛度較大的混凝土梁，增加了邊跨主梁的重量和剛度，又由于混凝土梁具有良好的錨固和壓重作用，從而避免了邊跨的橋墩上浮，減小了主跨梁體的內力和變形，降低甚至消除了邊跨端支點的負反力，從而加大了斜拉橋的跨越能力。
?。?）混合梁斜拉橋采用密邊跨可大大減小邊跨撓曲對中跨的影響，使結構受力更接近于彈性支撐連續(xù)梁。
?。?）混合梁斜拉橋邊跨與中跨是一種錨固與被錨固的關系，這種錨固并不像懸索橋那樣是集中錨固，而是分散于整個邊跨，因此，既使中跨跨越能力大大提高，又使邊跨不必做得非常強大。
?。?）密邊跨和沉重的混凝土邊跨提供的穩(wěn)固支撐降低了活載引起的拉索力變化幅度，減小了疲勞影響。
（5）有效地發(fā)揮了鋼與混凝土材料的特性，節(jié)約經費，經濟性好。
3.結合位置的確定
由于預應力混凝土梁與鋼梁結合部位兩側采用兩種不同的材料，主梁的剛度和強度在此處產生突變，因為容易產生應力集中。因此為了確保預應力混凝土梁與鋼梁的結合部位連接可靠，設計和施工時應考慮以下因素：
?。?）由于塔柱附近的主梁承受很大的軸力，為避免因連接部位斷面中心突變而引起的附加彎矩，要求設計連接部位的鋼梁重心和混凝土梁重心盡量的吻合，并要求相對應的腹板和翼板的重心也盡量的重合，以防止鋼梁的腹板和翼板產生局部彎曲和失穩(wěn)的現象。
?。?）為保證鋼梁和混凝土梁的可靠連接，并有效、平順地傳遞強大的軸力，在與混凝土梁重疊部分的鋼梁上應焊上抗剪焊釘或抗剪器。
?。?）由風荷載產生的橫向彎矩及活荷載產生的縱向彎矩，會使連接部位產生相當大的拉應力，而如此大的拉應力又不可能完全由拉索的水平分力來抵消，因此還必須對連接部分施加一定的縱向預應力以提供補償[2]。
4.結點段節(jié)點構造形式
混合梁中鋼梁與混凝土梁常用連接方式有如下4種：部分連接鋼板承壓式，如庫爾特-舒馬赫橋；填充混凝土前承壓板式，如弗來埃橋；填充混凝土后承壓板式，如我國多數斜拉橋；填充混凝土前后承壓板式。
5.混合梁斜拉橋工程實例
工程實例（一）
某橋總長1449m，其中主橋長230m，主橋為A字弓型斜曲塔雙索面混合梁斜拉橋，為改善主塔受力，主梁根據結構需要采鋼與混凝土混合梁形式。
本橋結合段設計最終采用改進型承壓板方案，即通過鋼梁端部的超厚承壓板將鋼梁端部的力傳遞給混凝土橫梁，承壓板采用60mm鋼厚板。為保證混凝土梁及鋼梁之間的剪力傳遞以及防止鋼板與混凝土之間的剝離，處在頂底板、承壓板上布置圓柱墩頭剪力釘外，還在鋼箱梁頂底板上加焊PBL傳剪板埋入混凝土內。結合段預應力設計采用預應力鋼絞線與粗鋼筋相結合的方法，混凝土梁縱向預應力通過承壓板分配錨固在端承壓板或鋼箱梁橫隔板上，結合段見圖2。
工程實例（二）
世界上第一座混合梁斜拉橋誕生于原西德，即庫爾特-舒馬赫（Kurt-Schumacher）橋，建于1972年，該橋連接曼海姆和路德維希港，橋梁跨度為（287.04 +146.41）m，系獨塔斜拉橋，鋼梁與預應力混凝土箱梁的連接斷面設在橋塔處，鋼梁與預應力混凝土箱梁的結合方法為剪力鍵加預應力粗鋼筋。
6.結語
混合梁斜拉橋最大的特點是由兩種材料組成的結構共同承受荷載，并充分發(fā)揮各自的材料特性（如混凝土抗壓性能好、抗拉強度低，鋼材抗拉、抗壓強度均高）。但是鋼梁與混凝土梁結合段因其材料的不同，導致了主梁的剛度和強度在此發(fā)生了變化，容易形成結構的弱點，所以必須設計合理的連接方式來保證結合段的可靠連接。
結合段位置的選擇也非常重要，應從經濟方面、施工的難易程度、受力的合理性等多方面進行考慮分析，最終選擇合理的位置，以保證橋梁的工作性能。
參考文獻：
[1]顧安邦.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2000.
[2]周夢波.斜拉橋手冊[M] .北京：人民交通出版社，2004.
[3]高榮雄.混合梁斜拉橋施工控制技術研究[D].武漢：武漢理工大學，2005.
[4]劉玉擎.混合梁結合段設計技術的發(fā)展[J].世界橋梁，2005（4）：9-12.
[5]陳開利，余天慶，習剛.混合梁斜拉橋的發(fā)展與展望[J].橋梁建設2005（2）.
