装配式组合梁发展研究综述

张云龙 朱原稷 王 静

（吉林建筑大学交通科学与工程学院， 长春 130118）

0 引言

1970年前后，美国实施了桥梁快速施工计划(Accelerated Bridge Construction,简称ABC计划)，利用在工厂预制桥梁结构相关构件，运至现场进行拼装施工，大大地提高了桥梁建设速度[1-3]。在关乎国民经济命脉的基础交通领域上，我国积极顺应基础设施建设工业化、现代化的发展潮流。据不完全统计，在我国众多类型的桥梁中50m以下的桥梁大部分采用的是预制装配式结构，其主要截面形式包括：空心板、T梁以及箱梁等。从总体看，这类横向装配式桥梁的工业化程度还很有限；此外，这类桥梁在日常运营过程中也出现了许多病害问题，比如纵向的裂缝和单板受力等[4]。

新型装配式钢混组合梁的出现较好地解决了上述问题。与我国广泛存在的常规钢筋混凝土梁桥相比，它不仅缩短了桥梁的施工工期，且其横向整体预制的桥面板还有利于克服常规装配式钢筋混凝土梁桥横向整体性差的问题；与此同时，以钢作为主梁的结构形式避免了下缘混凝土的开裂，从而大大减轻了桥梁因混凝土材料受拉而产生的病害，降低了后续维护成本，提高了组合梁桥结构的使用寿命。不仅如此，预制装配式钢混组合梁为施工标准化、保证施工质量、缩短工期提供了有力支撑，尤其是当跨线桥需要阻断交通时，装配式组合梁是最佳选择。缩短阻隔交通的时间对经济正处于高速发展的中国来说是极为重要的，预制钢混组合梁结构这种结构形式必将成为未来桥梁发展的主要方向。同时，钢材作为一种绿色建材，建筑垃圾少，对生态环境的影响小，大面积使用将产生巨大的生态效益价值。

国内外研究学者对于装配式组合梁的研究热点主要集中在下文中的几大方面。

1 对高性能水泥基复合材料的研究

高性能水泥基复合材料在国外也被称作UHPC材料[5]。UHPC材料是一种剔除了粗骨料的水泥基复合材料，另外还可以加入各类的纤维来改善其相应材料性能。UHPC材料因其抗压、抗拉、断裂能、以及耐久性都远高于普通混凝土的优势，受到了桥梁工程界的广泛关注。

对UHPC材料延性变形能力测验的一个经典试验是由美国联邦高速公路管理局（THWA）于2001年在弗吉尼亚的运输部制作的一个长达24m的预应力UHPC简支梁。在试验过程中，当UHPC梁跨中下挠至300mm时，仍未出现肉眼可见的裂缝，随着荷载的继续增加，该梁的极限挠度达到了惊人的480mm。该试验表明：UHPC梁具有出色的延性变形能力;

2 对组合连续梁负弯矩区的研究

在对于组合连续梁负弯矩区开裂弯矩计算和受力性能等研究方面，通过国内外学者近年来进行的大量试验与理论研究，钢混组合连续梁被逐步运用到实际工程中。2003 年 Baskar 和 Shanmugam[6]通过试验发现钢梁与混凝土的组合使得钢梁的承载效率提高，且负弯矩区的效率小于正弯矩区的效率。同年，聂建国[7]等人对五根钢-混凝土连续组合梁进行加载试验，发现抗剪连接件在负弯矩区的作用至关重要，能有效地防止混凝土顶板开裂。2005年Ahti Lääne[8]通过数值模拟的方法，提出了负弯矩区塑性分析的简化理论模型。2009年周安等[9]提出了用变刚度法计算组合梁挠度的思路，推导出了对负弯矩区砼开裂弯矩的计算公式。

3 对抗剪连接件的研究

我国对剪力连接件的研究要晚于国外。1986年起，郑州工学院对其的理论研究为我国《钢结构设计规范》（GBJ17-88）[10]的制定提供了重要依据[11]。2003 年版的《钢结构设计规范》（GB50017-2003)[12]，较大幅度提高了栓钉抗剪承载力的上限，采用材料的抗拉强度来计算，从而减少了栓钉的用量，降低了施工成本。2011年，重庆交通大学根据组合连续梁和组合连续钢构的特点，进一步探讨了剪力连接件的类型与构造形式，设计了抗推试验，系统地研究了其传力特性与结构性能。

4 存在的问题

（1）在材料方面，高性能水泥基复合材料的突出特点之一就是其高强度，而高温、蒸压等复杂、耗能大的养护方式大大局限了其在现实工程运用和推广；此外，不同学者在纤维掺量对UHPC材料力学性能影响方面的结论也不尽相同。

（2）在剪力连接件方面，栓钉与钢纤维增强高性能水泥基复合材料之间的连接强度还没有相关的试验研究；基于钢纤维增强高性能水泥基复合材料对不同尺寸的栓钉的抗剪强度的影响也没有相关文献可供查询。

（3）在负弯矩区方面，虽然工程师们引入了预应力措施，但由于较大部分预应力最终施加到了钢梁上且伴随着预应力的损失，组合梁顶板在负弯矩区的开裂问题仍然突出。