鋼-混凝土組合結構在橋梁工程中的應用

文/中交第三航務工程局有限公司廈門分公司 陳繼

鋼-混凝土組合結構作為節能、環保、生態型材料，廣受業界人士青睞。該結構充分了發揮鋼和混凝土兩種材料優點，是一種復合結構，結構形式更為合理，受力性能更加優異。

形式及特點

鋼-混凝土組合的結構形式

之前的橋梁結構，經過了木質結構、砌體結構、鋼結構以及鋼筋混凝土結構的發展，其鋼-混凝土組合結構是橫向地結合混凝土以及鋼筋在抗剪力的作用下，進行連接的構件。在我國，主要有以下幾類：壓型鋼混凝土復合鋼板、鋼筋混凝土結構、鋼管混凝土結構、核心筒復合梁、鋼和混凝土組合柱等。其中，鋼和混凝土組合柱最初在20世紀80年代的高速公路橋墩最先使用。組合柱優于其他地震結構，其延性、抗震以及強度都有無可比擬的優勢。在橋梁施工中，鋼管混凝土柱得到更廣泛的使用，使橋梁的抗震能力得到提高，剛性和強度也得到增強。

鋼-混凝土組合結構的特點

在承力相同的情況下，材料可以更好地發揮其性能。鋼材用量得以減少，非復合梁中，可節約15%至20%的鋼材用量。同樣的條件下，在加強混凝土對鋼梁的剛度時，可以認為鋼結構形式法蘭高度比非組合梁高30%，對地基的承載力減少。鋼筋混凝土穩定性會受到鋼梁的翼緣寬度的影響，當翼緣寬度加大時，其更加穩定。橫向組合模式不僅可以提高鋼梁的整體剛度，還可以提高其穩定性。當剛度和穩定性得到改善時，鋼梁的整體疲勞強度就得以降低。此外，組合模式和鋼橋或混凝土橋相比，還具有低噪音，重量輕，建造時間短，安裝更方便的優點。

具體應用

鋼-混凝土組合結構出現于20世紀初，但是我國的鋼-混凝土組合結構的研究開展得比較晚，而且推廣應用較為緩慢，直到20世紀50年代才開始研究并應用于工程當中。鋼混組合結構對經濟發展起到一定的促進作用，人們越來越重視其在高層建筑中的應用。

槽型鋼-混凝土組橋梁

槽型鋼-混凝土組橋梁的運用有兩種方式：一是加工、處理“U”形鋼，包括鋼梁現場澆注后的安裝和澆筑鋼梁，通過剪切，鋼筋會和混凝土成為一個整體，鋼筋和混凝土的性能得到充分發揮，優化了橋梁建設的硬件，使其實際性能得到最大限度優化；二是在受拉區，放一個鋼結構和混凝土凹槽的外化復合結構，以下翼緣作為縱梁，使用時，混凝土出現縫隙的頻率就會降低，減輕了對橋梁的外部影響，不僅增加了橋梁的承載條件，也減少了加固材料的數量。

波形鋼腹板組合橋梁

混凝土澆筑過程中，因為在現場搭建了腳手架，施工空間都會受到影響，使用波形鋼腹板可以改善這一狀況。混凝土板的外側可設置波形鋼板，因為鋼板具有更好的拉伸性，橋梁的剛性結構性能得到加強，可以預防開裂的強度。使用這種類型的橋梁施工，能有效地降低腹板的黏結強度。

鋼-混凝土組合剛構橋

橋墩梁結加固后，由于豎向荷載作用，在梁端處會產生負彎矩，且正彎矩也減小，中段的界面也相應減少。傳統上會使用臨時錨固，這容易導致梁受到損壞。鋼-混凝土組合剛構橋，可以實現更好的抗震性能，而且用料少，外觀效果好，所以適用性更強。

耐久性措施

鋼-混凝土組合結構橋梁應用的最大問題就是腐蝕，鋼桁架、混凝土合橋與波紋鋼腹板梁橋都存在這個問題。一般會通過涂裝工藝解決腐蝕問題。其缺點是操作起來比較麻煩，而且會對環境造成污染，因此使用較少。很多國家目前采用電弧鋅鍍層鋁，這一方法在非鋅合金處理上防腐效果非常好。注塑試驗確認了鹽霧效果的有效性∶在50年內鋼結構的表面完好，可見防腐效果很好。因為這一方法操作簡便，效率高，成本降低，在防腐工作中具有很好的前景。

不足及前景展望

目前我國的鋼結構行業，使用工藝比較落后，而且產生很多的能耗，污染嚴重，成本高。

其次，在鋼結構設計中，因造價成本較高而最終被舍棄。鋼-混結構組合結構和純鋼結構相比，純鋼結構在成本上具有更大的優勢，但就結構性能而言，前者更勝一籌。部分施工單位只考慮到短期的經濟效益，就選擇了純鋼結構。

再次，由于腐蝕等問題，鋼-混結構組合結構的養護費用較高，這需要加緊研究，改進其化學成分。在我國，耐候鋼在已經逐步得到推廣應用，很多金屬腐蝕問題得以解決，但如何確保其質量問題，確保防腐效果，需要進一步探索。

此外，存在鋼制橋梁的橋面問題。鋪裝橋面時，其剪切會收到破壞，但處理表層的工藝比較復雜。所以材料是非常重要的，也就是材料必須抗剪應力，選擇黏結層材料，可以使其鋪裝層實現剛性與柔性相結合，提高抗剪應力，且其具有熱穩定性好、抗扭變、防水抗滲的特點，可推廣使用。