钢一混凝土组合结构的发展概况

(重庆交通大学 市政工程　重庆　400074)

引言

钢和混凝土是桥梁施工中两种主要的建筑材料，在物理和力学性能上都是非常不同的。钢结构的压缩、拉伸、弯曲、剪切和扭转强度，其寿命一般超过一个世纪。在地震作用下，损坏程度相对较小，容易修复。但其噪声、压缩、疲劳、振动等缺陷仍然无法消除，特别是高腐蚀、高成本的问题，已成为制约其发展的主要因素。对于混凝土桥来说，绝大多数材料都能在附近取材，商品混凝土运输方便，它的部件可以预制装配，也可以在现场浇铸，而且成本更低。然而,由于混凝土材料性能的局限性,一般情况下无法避免受拉区裂缝的出现。如果我们利用两种材料的各自的优缺点，就可以更好的发挥他们的功能。

一、钢-混组合结构概述

钢混组合结构是一种新型结构，能发挥混凝土和钢的优点。与钢筋混凝土结构相比，其重量更轻，同时提高了结构的延性，提高了抗震性能。此外，截面尺寸相对较小，可以有效地增加空间的使用，同时也降低了基础的成本。在施工中容易安装，能有效缩短施工周期。与钢结构相比，钢结构刚度强，稳定性好。由于混凝土的存在，所以耐火和耐久性的整体结构也得到了改善。因此，钢混组合桥具有良好的力学性能和显著的经济效益和社会效益。

二、钢-混组合结构的类型及特点

钢-混组合结构是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的,是优良的新型的一种应用前景广泛的结构，它是开发在钢结构和混凝土结构基础上的全优组合。它的结构类型主要有以下几类：

(1)钢管混凝土结构。它指在钢管组合充填混凝土而形成的构件，广泛应用于超高层建筑、大型桥梁等工程建设项目中。钢管和混凝土结构,第一个外钢管对核心混凝土的一部分箍的有约束力的作用,使混凝土三向压缩,大大提高承载力、延性增加;其次，核心混凝土的一部分外钢管支持防止钢铁材料过早屈曲;由于有混凝土的存在，耐火性提高。钢管和混凝土通过接触力一起工作。然而，混凝土的收缩等多种因素影响了粘结力。

(2)型钢混凝土结构。它具有强度高、刚性好、延性好等优点。适用于抗震建筑，特别是高层建筑和超高层建筑。与钢结构相比，钢混组合结构不仅可以节约钢和混凝土，而且具有保护作用，有利于防火灾、腐蚀和锈蚀。

(3)钢混叠合板组合梁结构。通常是钢梁与混凝土翼缘板及连接件组成。通过设置两个接触表面之间的剪切连接，确保两个接触表面与力的连接，承受外部负载。但是在连续梁的中间有一个负的力矩，如何确保这里的合理的力，确保耐用性仍然是一个问题。

(4)箱梁组合结构。它指的是混凝土桥面板与钢腹板与钢底板组合成闭合截面的结构。与钢结构相比，具有重量轻、施工方便等特点。其设计的关键是如何确保混凝土桥面与钢梁之间的力的可靠性。当桥的宽度增加时，考虑跨桥到甲板的应力，这可能需要横向预应力。与钢箱梁相比，可以保证良好的路面层的耐用性，因为钢结构的抗腐蚀性能也有一定的作用。这种结构不仅能满足结构要求，还节约材料。

(5)波折腹板组合桥梁。这是在混凝土箱形梁的基础上，将混凝土腹板用波折腹板取代，避免了预应力混凝土桥腹板裂纹的发生，但是抗扭刚度和横向刚度也削弱了，所以必须设置横隔梁,与混凝土结构相比,可以减少重量;可以工厂处理,施工方便;纵向刚度很小,大大提高预应力的效率,而上部和下部混凝土翼缘板之间的约束收缩蠕变、干燥收缩、温差等效果降低。

三、钢-混组合结构的发展现状

(一)钢与混凝土组合梁在国外的发展与研究

首次研究钢混组合梁始于1920年代初,加拿大自治领桥梁公司进行了T形简支梁的试验研究,与此同时,美国也作了相应研究,故意两岸的工字梁法兰牙齿切成条,或钢梁表面的凸缘轮廓分明的不均匀增加动力。20世纪30年代末，英国、法国和其他国家也进行了一项试验研究，并首次尝试使用机械剪切连接。随后,这些技术先进国家已经开发出复合梁设计规范或过程,在此期间复合梁设计理论已逐渐改善,大约在20世纪,60年前,基本上基于弹性理论分析复合梁,60年以后逐渐转移到塑性理论分析,重点是研究联合光束性能的一部分。研究了复合梁的应用和实验研究，并对复合梁的理论研究进行了相应的研究。

(二)钢与混凝土组合梁在国外的应用

最早的组合结构规范大多属于桥梁结构，国外在很多大跨度桥梁中采用了钢与混凝土组合梁。苏联于1944年建成了第一座组合公路桥；瑞典于1955年建成跨径为182m的斯曹松特桥；日本自1959年制定规范后，便有80%公路钢桥改为组合式桥；可见，钢与混凝土组合梁在国外桥梁中得到广泛的应用。

(三)钢与混凝土组合梁在国内的应用

20世纪60年代初，钢和混凝土的复合梁在工业和民用建筑和桥梁中使用，如根炉平台，在唐山杜他电厂使用了近40年。平台复合梁承受地震的考验;四川峨嵋山铁合金厂车间四个阶段平台梁,由于设备的维修需求,需要减少梁高度200毫米的钢筋和混凝土复合梁,成功解决了问题,北京西站主要建筑的使用预应力钢筋和混凝土复合梁和预应力钢桁架武汉长江大桥上公路桥梁和路面混凝土板的斯金格说T形接头铆接;在信阳车站附近的京广线在十字架上,一个32米跨度的简支复合梁梁桥。在山西阳泉附近建了一座有48m跨度的大桥。北京国际贸易大桥是1993年建成的，采用钢和混凝土建造的复合钢板的复合桥是1991年和1993年建造的。杨浦大桥跨度423我会和直径602米的桥都是用钢筋和混凝土制成的集团的主要跨度672米,是世界上最大的公路、铁路大桥,大桥预应力混凝土板的使用和钢桁架叠合梁斜拉桥。

四、结语

目前，虽然各种形式的钢一混凝土组合结构在国内工程中已显示出其优越性，而且已创造出新的钢一混凝土组合结构形式，并在实际工程中采用。但是，由于相关的设计理论、施工技术没有得到普及推广，有些问题还需作进一步的研究，以创造出性能更为优越的组合结构来。由于其具有诸多的优点，广泛应用于各类建筑结构中，具有广阔的发展前景。