钢混组合结构国内外发展历史及现状

钢混组合结构国内外发展历史及现状钢混组合结构国内外发展历史及现状汇报提纲412组合结构桥梁国内外发展概况组合结构桥梁主要分类组合结构桥梁施工工艺与方法3组合梁桥结构形式及设计国内发展展望5钢混组合结构国内外发展历史及现状1、组合结构桥梁国内外发展概况1.1组合结构桥梁的特点组合结构桥梁将抗拉性能强的钢材、抗压性能强的混凝土分别合理地用在构件的受拉区及受压区，极大限度地追求高性能和经济性；由于钢、混凝土两种材料的合理组合，组合结构桥梁的力学性能和经济性均好过钢结构桥梁或者混凝土桥梁。组合结构桥梁的另一突出优点是便于施工，这是桥梁建设的关键之一。钢混组合结构国内外发展历史及现状1.2组合结构桥梁在国外的发展1、组合结构桥梁国内外发展概况二十世纪30年代是欧美各国桥梁技术和设计理论的一个重要发展时期。其中焊接技术的发明为组合结构的发展创造了更为有利的条件，即在钢筋混凝土板与钢梁之间的连接可以采用焊接代替最初的铆接方式。二十世纪60年代是欧美各国和日本桥梁建设的黄金时期，组合结构以其整体受力的经济性，发挥两种材料各自优势的合理性以及便于施工的突出优点而得到广泛应用，建造了大量的各种形式的组合结构桥梁。钢混组合结构国内外发展历史及现状1.2组合结构桥梁在国外的发展1、组合结构桥梁国内外发展概况组合结构桥梁的概念由来已久，最早可以追溯到1900年。现代的组合结构桥梁和当时相比，已经发生了巨大的变化。钢混组合结构国内外发展历史及现状1.2组合结构桥梁在国外的发展1、组合结构桥梁国内外发展概况用混凝土作桥面板与钢梁结合的组合结构桥梁，早在1935－1936年出现在瑞典的道路桥梁中。钢混组合结构国内外发展历史及现状1.2组合结构桥梁在国外的发展1、组合结构桥梁国内外发展概况欧美及日本等国自1950年前后开展组合梁研究，并陆续制定设计指南或规范，到1970年代，这些国家又投入大量资金，进行基础理论研究和试验，制定了新的组合结构规范。目前国外几个主要规范都包含组合结构设计部分。EUROCODE欧洲BS5400英国DIN德国AASHTO美国道路示方书日本钢混组合结构国内外发展历史及现状1.2组合结构桥梁在国外的发展1、组合结构桥梁国内外发展概况在深入研究的基础上，基础理论得到长足发展，建立了一些新的设计方法，结合工程实践开发了新的施工方法等。特别是二十世纪80年代以来，组合结构桥梁在西方发达国家获得了高度发展。国际桥梁及结构工程协会（IABSE）以及欧美等国家的学术组织，多次召开国际学术会议，对组合结构桥梁在基础理论研究、设计与施工等多方面的经验与发展进行交流与研讨，进一步促进了组合结构的发展。钢混组合结构国内外发展历史及现状1.2组合结构桥梁在国外的发展1、组合结构桥梁国内外发展概况在欧美日各国的桥梁建设中，组合结构桥梁占有重要地位，这些国家取得了世人瞩目的成就。以法国的桥梁市场为例，组合结构桥梁最有竞争力的跨径范围甚至可达30～110m，在40～100m的跨径范围的公路桥中，85%是组合结构桥梁，近年的TGV高速铁路线中组合结构桥梁占到45%。英国大多数20～160m及以上跨径的公路桥，组合结构桥梁竞争力很强，德国及美国的组合结构桥梁应用更广。总之，组合结构桥梁由于其整体受力的经济性、发挥钢与混凝土两种材料各自优势的合理性、以及便于施工的突出优点，在欧美、日本等国的桥梁建设中占有重要地位，德国、美国的应用范围更加广泛，取得了世人瞩目的成就。钢混组合结构国内外发展历史及现状1.3组合结构桥梁在国内的发展1、组合结构桥梁国内外发展概况在国内，三十多年来，一方面，在寻求跨度突破的巨大技术需求推动下，大跨度桥梁得以快速发展并屡创世纪记录；另一方面，在大量中小跨度桥梁中，混凝土及预应力混凝土的桥梁占据绝对数量优势。总之，在我国，组合结构桥梁的技术水平落后于国际先进水平。而形成我国组合结构桥梁的研究与实践都与其国际发展水平有明显差距的主要原因是：简单的认为，因钢结构或组合结构的养护费用高而组合结构桥梁造价就高；简单的认为，钢材较贵，同时我国劳动力较低。其实，深入研究表明：同等的设计理论、方法以及当前国内施工水平，在40～100m甚至更大的跨度范围内，组合结构完全可以在造价上与预应力混凝土竞争。钢混组合结构国内外发展历史及现状汇报提纲412组合结构桥梁主要分类组合结构桥梁国内外发展概况组合结构桥梁施工工艺与方法3组合梁桥结构形式及设计国内发展展望5钢混组合结构国内外发展历史及现状2、组合结构桥梁主要分类2.1组合钢板梁桥早期的组合钢板梁桥：在并排钢板梁之间设置许多横梁、水平及竖向横撑，在腹板上焊接许多横向加劲肋，纵梁间距也很小。导致构件数量多，焊接量大，成本高，维护困难，疲劳破坏也成为突出问题。经过大量探索、研究和实验二十世纪80年代以来：取消了纵向加劲肋；垂直加劲肋大多为T形并直接与翼缘焊接在一起，增厚腹板可增大垂直加劲肋的间距；框架式联结系取代了从前的K形联结系，大大减少了构件，简化了连接。钢混组合结构国内外发展历史及现状2、组合结构桥梁主要分类2.1组合钢板梁桥以法国为例，近些年建造的公路组合结构桥梁有90%都是组合钢板梁桥，这些桥梁以双主梁或少主梁为主，桥面板一般设计为横向承重或纵向承重，对应主梁间的横梁分成大横梁与小横梁。在20～150m跨度范围内有很强的竞争力。图中所示为法国1990年建成的Hopital桥，采用小横梁结构体系。Hopital桥（法国，4跨连续，最大跨64米）钢混组合结构国内外发展历史及现状2、组合结构桥梁主要分类2.2组合钢箱梁桥组合钢箱梁因抗扭能力强、整体性好、适合曲线线路以及更能适应大跨与特殊要求等特点，也获得了较大的发展，在世界各地的应用也非常普遍，尤其在曲线桥和大跨度连续梁桥上，与组合钢板梁相比，更为常见。千岁高架引桥（日本，1998年完成）钢混组合结构国内外发展历史及现状2、组合结构桥梁主要分类2.2组合钢箱梁桥组合箱梁桥的截面形式也有诸多发展由早期闭口钢箱截面，发展完善了开口槽形钢箱截面形式。单箱单室截面适应桥面宽度可达约20m，并成为常用形式。开发了桥面板由钢结构加劲的大悬臂截面形式，适应桥面宽度可达约30m，成为近年来的发展趋势。为了方便运输安装，开发了窄幅钢箱截面形式。钢混组合结构国内外发展历史及现状2、组合结构桥梁主要分类2.3组合钢桁梁桥组合钢桁梁桥是由钢桁架梁和混凝土桥面板组合而成，以其更能适应大跨与重载的特点获得发展与竞争力。在德国的铁路桥中，有较多的组合钢桁梁桥，如：主跨208m的Nantenbach双线铁路桥，三跨连续梁中间支点的钢桁架下弦设有混凝土板相结合共同受力。德国的Korntal-Munchingen桥德国的Nantenbach桥钢混组合结构国内外发展历史及现状2、组合结构桥梁主要分类2.4钢桁腹杆组合梁桥钢桁腹杆组合梁桥是由钢桁架腹杆和混凝土顶底板组合而成。混凝土箱梁的腹板用钢制的桁架式腹杆代替，大大减轻了桥梁自重荷载。法国Boulonnais桥标准节段法国Boulonnais桥钢混组合结构国内外发展历史及现状2、组合结构桥梁主要分类2.5波折腹板组合箱梁桥波折腹板组合箱梁桥与钢桁腹杆组合梁桥都是用钢结构取代混凝土箱梁的腹板，从而达到改善力学性能与减轻上部结构自重的目的。这种桥在减少施工量、缩短工期、降低成本以及提高效益等方面具有很大的优势。混凝土顶板体内索波折腹板体外索混凝土底板横隔板体内索腹板钢混组合结构国内外发展历史及现状2、组合结构桥梁主要分类2.5波折腹板组合箱梁桥法国Maupre桥日本本谷川桥钢混组合结构国内外发展历史及现状2、组合结构桥梁主要分类2.6组合结构桥梁的多样化组合结构桥梁涵盖的范围很广，除了梁式桥还被用于斜拉桥、拱桥、悬索桥这些桥型中。钢混组合结构国内外发展历史及现状汇报提纲412组合结构桥梁主要分类组合结构桥梁国内外发展概况组合结构桥梁施工工艺与方法3国内发展展望5组合梁桥结构形式及设计钢混组合结构国内外发展历史及现状3、组合梁桥结构形式及设计3.1组合钢板梁桥3.1.1断面布置小横梁双主梁桥（横梁不支撑桥面板）两片钢主梁之间设有横梁相互连接，混凝土桥面板与钢主梁通过连接件结合共同受力，横梁与桥面板不连接，不支撑桥面板。小横梁双主梁组合梁断面（单向横坡与双向横坡）钢混组合结构国内外发展历史及现状3、组合梁桥结构形式及设计1.主梁大部分属于大型钢构件，需要在工厂焊接制造，一些小跨径桥梁可采用型钢制作；沿桥纵向翼缘板通常为等宽，翼缘板厚度以及腹板高度和厚度是变化的，连接件通常使用焊钉，设置在钢梁上翼缘顶面，这些焊钉用于限制桥面板相对于钢梁的的滑移和拔起，确保了组合结构的受力行为。双向通行，双向横坡时，两片主梁相同，单向通行、单向横坡时，两片主梁通常仍然保持相同，通过竖向高差调节。2.横梁一般采用工字形型钢断面，支点位置的横梁由于要承受主梁传递的水平荷载，一般梁高更大，并采用焊接结构形式。横梁间距小于等于8m，在一孔内通常为固定常数，但是两孔内可以不同，横梁必须保证侧扭稳定并宜小于墩间距。钢混组合结构国内外发展历史及现状3、组合梁桥结构形式及设计3.桥面板双主梁组合梁桥面板的厚度在纵向通常保持不变，在横向需要根据受力情况进行一定的变化，通常变化的范围在24cm到40cm；桥宽小于15m，采用钢筋混凝土结构，桥宽更大时需配置横向预应力。桥面板由钢梁上翼缘顶面的焊钉连接形成整体。桥面板通常在安装完纵梁和横向框架以后施工，可采用现场浇注或预制安装的方法。当桥宽超过15m时，为降低混凝土板厚度和结构自重，桥面板可采用横向预应力。由于预应力施工需要大量的工时，横向预应力双主梁体系近些年已经逐渐被横梁直接支撑桥面板的大横梁体系替代。4.连接件通常使用圆头焊钉。钢混组合结构国内外发展历史及现状3、组合梁桥结构形式及设计大横梁双主梁桥（横梁直接支撑桥面板）大横梁结构体系里面，钢框架是由大横梁和两片纵向主梁组成，大横梁对桥面板的支撑可以降低桥面板厚度。采用大横梁截面的双主梁结构建造较为复杂，这种结构体系通常用在桥面板重量显著增加时采用，比如桥面板宽度较大或者跨径较大，如大于90m时。有时采用大横梁体系纯粹为了美观考虑。大横梁体系又可分为带挑臂钢支撑的和不带挑臂钢支撑的两种。钢混组合结构国内外发展历史及现状3、组合梁桥结构形式及设计1.带挑臂支撑的大横梁构造体系当桥面为单向横坡时，大横梁随桥面的倾斜而倾斜，主梁中间部分的高度是不变的，挑臂支撑部分线性变化。当桥面为双向横坡时，主梁支撑部分线形变化，在桥面板跨中最高，挑臂支撑部分同样线性变化。有时大横梁也可以等高，但需要调整桥面板厚度或在横梁处加腋。大横梁的纵向间距一般不做变化，以便简化构造，横梁间距一般为4m左右。普通钢筋构造的桥面板厚度纵横向一般都取24~25cm，并支撑在纵向顶板与大横梁顶板上。大横梁双主梁组合梁断面（单向横坡与双向横坡）钢混组合结构国内外发展历史及现状3、组合梁桥结构形式及设计2.不带挑臂支撑的大横梁构造体系不带挑臂支撑的大横梁构造体系和前面几种结构体系特性基本相同，通常也需要4m左右的横梁间距，但相同桥宽时主梁中心距与前面几种桥型有明显的区别。由于挑臂没有直接的支撑，挑臂宜控制在2m左右并相应增加主梁中心距。比如，桥宽15m时，小横梁结构一般腹板中心距为8m，挑臂为3.5m，大横梁结构一般腹板中心距为11m，挑臂为2m。因此，不带挑臂的大横梁构造体系一般用在桥面较宽，而且要求主梁间距比较大的时候。在法国近些年，这种桥梁建造的比较少，主要是带挑臂的大横梁结构美学上表现更好。不带挑臂的大横梁双主梁组合梁断面（单向横坡）钢混组合结构国内外发展历史及现状3、组合梁桥结构形式及设计多主梁组合钢板梁桥钢板梁可以被设计成多主梁形式，多主梁结构的中间梁需要设置横梁及相应的竖向加劲肋，在一般情况下要比双主梁的造价高，因此只有在以下情况下才使用：•桥面板宽度大于25m；•梁高较低；•现场不能使用大吊机，只能采吊装小重量的钢结构；•宽跨比较大。