共同受力，实现变形协调，充分利用了钢材的抗拉性和混凝土的抗压性，显著提高了钢-混叠合梁整体的刚度和
数字调谐器稳定性。此外，
钢-混叠合梁具有结构轻盈、跨越性大、承载能力强、抗震效果好、
施工快速简洁、结构安全可靠等优点，逐渐成为现代化城市高架桥建设的首选结构，其发展前景广阔。
参考文献：
[1]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社，2001.[2]姚玲森.桥梁工程[M].2版.北京：人民交通出版社，2008.[3]孙海林，叶列平， 陆新征.钢-混凝土组合梁收缩和徐变的影响分析和计算[J].建筑结构，2006，36（S1）:899-902,898. [4]吴方伯，黄海林，
周绪红，等.预应力预制叠合梁受弯性能试验研究[J].建筑结构学报，2011,32（5）:107-115.
[5]贾高炯.钢箱梁桥设计[M].北京：人民交通出版社，2016. 收稿日期：2018-04-26
作者简介：周倩茹（1989—），女，江西抚州人，
工程师，从事桥隧设计工作。
摘
要：首先对组合梁桥的国内外发展历史进行了综述，然后分析了用于城市组合梁桥的力学计算假定和规范要求，推及城
市组合梁桥的分类和特点，概括了城市组合梁桥的常用跨径、边跨比等常用指标以及常用于城市组合梁建设的截面形式，并以深圳某立交组合梁截面为例，阐述了如何在保证桥梁安全使用的基础上改进截面形式达到降低用钢量的效果。最后阐述在设计过程中尚存在的问题，并分析了应对策略，为今后有相关要求的设计项目提供参考。关键词：组合梁；力学特性；分类特点；问题；策略中图分类号：U442.5 文献标志码：B
文章编号：1009-7716（2018）10-0101-04
周倩茹
（深圳市综合交通设计研究院，
广东深圳518003）钢混组合梁在城市桥梁设计中的问题与分析
DOI:10.ki.csdqyfh.2018.10.031
1概述
从20世纪30年代开始，发达国家关于焊接技
术的发明为组合梁的应用提供了先决条件，人们开始研究如何充分发挥两种材料的特性，达到经济合理的效果。钢混组合梁桥经历了发展史上的萌芽期、研究探索期和蓬勃发展期。组合梁最早从
欧洲发展起来，
德国于1937年开始进行组合梁加载试验；日本于1950年就开始建设公路与铁路组
合梁桥，
并于1959年制定了关于公路桥的组合梁设计施工规范；紧随其后的是美国于1954年开始在伊利诺伊州进行了焊钉连接件的承载力和疲劳强度试验。但是在这个过程中组合结构桥梁的发展也遇到了很多问题与挑战，早期的钢混组合梁桥因为混凝土板产生严重裂纹和剪力键的疲劳破坏，大大降低了其承载能力和耐久性，因此在20
世纪60年代末至80年代初，组合结构桥梁的建设受到很多争议，以法国为例，当时建设组合结构
桥梁仅占2.5%。进入20世纪七八十年代后，
法国、德国、日本等国家对组合结构的特性进行了更深入的研究：在设计方面，有允许桥面板开裂、限制混凝土裂缝宽度设计法，跨中和支点附近截面采用完全组合截面和不完全组合截面或断续组合截面的平衡设计法；在施工技术方面，发展完善了分段现浇混凝土法、预制混凝土板纵向滑移法以及组合桥面板法等。
进入20世纪八九十年代后，组合梁桥进入了蓬勃发展的时代，应用范围也得到了拓展，从简支梁桥延伸到连续梁桥、连续刚构桥、拱桥和悬索桥等。
由于我国在20世纪一直处于钢材产量低、
薄卷板材紧缺，且压型钢板成型技术与配套技术未得到开发的状态，因而起步较晚。钢混组合梁真正应用于城市桥梁建设是由北京市政设计院于1993年设计的北京国贸桥，该项目的成功标志着钢混
图1换算截面示意图
组合梁能够满足城市大跨径桥梁建设，预制装配的施工工艺缩短了施工工期，而且桥梁施工过程中免去了满堂支架，可以实现不中断交通，具有良好的经济效益和社会效益。此后，钢混组合梁广泛
用于城市桥梁建设，
并不断发展至今。2力学特性分析
在城市桥梁设计中，钢混组合梁的设计依据
为换算截面法。计算过程中应保证承载能力验算合格，即控制截面在各施工阶段的最大应力满足
规范要求，且在正常使用条件下，
考虑滑移效应的挠跨比也满足规范要求。
桥面板一般均按全预应力混凝土或部分预应
力混凝土A 类构件设计，采用未开裂分析方法，
因此通常根据国内最新关于组合梁规范《公路钢混
组合桥梁设计与施工规范》
（JTG/T D64-01—2015）中第7.2.1条计算组合梁抗弯承载力时应采用线弹性方法进行分析，这种情况满足以下假设：
（1）结构变形符合平截面假定。（2）钢材混凝土均作为理想弹性体。
（3）钢梁与混凝土之间连接可靠，
相对滑移小。（4）混凝土桥面板按实体面积计算，
不扣除开裂部分，不考虑混凝土翼缘板中的钢筋。
（5）负弯矩区混凝土桥面板不开裂，
仍参与整体结构的作用。
计算组合截面各点应力时应采用换算截面，如图1所示。
首先计算换算截面特性中间值：
I 0=I S +I C
n 0
（1）A 0=A S A C
n 0A S +A C
（2）
最终得到换算截面特性：
I =I 0+A 0d 2
C （3）A =A S +A C
n 0
（4）
Y =A S Y S +A C Y C
n 0
A S +
A C
n 0
（5）
式中：n 0为短期荷载作用下钢与混凝土的弹性模量比，n 0=E E C
；E 为钢材弹性模量；E C 为混凝土弹性
模量。
涤绒
此外，当考虑组合梁的温度效应，混凝土收缩徐变计算可采用调整钢材与混凝土弹性模量比的方法考虑混凝土徐变的影响。超静定结构中混凝土收缩徐变引起的效应宜采用有限元方法计算：
n L =n 0[1+ψL （t ，
t 0）]（6）
式中：n L 为长期弹性模量比；（t ，
t 0）为加载龄期为t 0，计算龄期为t 时的混凝土徐变系数；ψL 为根据作用（或荷载）类型确定的徐变因子。
上述力学分析方法多用于计算承载能力极限状态验算，而考虑组合梁的正常使用极限状态的变形计算时，通常应采用考虑滑移效应的折减刚度。
我国规范包括《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64—2015）等要求组合梁在验算抗弯承载力时应考虑不同的应力计算阶段，即必须考虑每个施工阶段，包括未形成组合梁时钢梁单独受力
电子元件打标机阶段和形成组合梁后联合截面的受力阶段等，
按照具体工程施工过程划分。
3城市组合梁桥的分类与特点
目前，在我国城市组合梁桥的发展与建设中，
应用较多的通常有以下几种类型：
组合钢板梁桥、组合钢箱梁桥、组合桁架桥、
组合刚构桥、混合梁桥、组合拱桥、组合斜拉桥等（见表1）。
通过表1的对比分析，各种桥型之间均存在
优缺点，对于跨径较小的城市组合梁桥，
组合钢板梁及组合钢箱梁桥应用较为广泛。归纳总结，
根据不同的横截面形式可以分为：
工字形钢梁（组合钢板梁），一般适用于跨径不大于40m 的城市桥梁
中；槽形钢梁（组合钢箱梁）
，适用于跨径40~80m 的较大跨径的城市桥梁，目前国内最大跨径做到了110m 。简支组合梁桥的经济跨径一般在40m 以下，而连续梁桥弯矩比相同跨径的简支梁桥小，边中跨比的合理比例在0.6~0.8。
图2为横断面为目前城市桥梁中最常用的箱梁截面形式，即闭口截面钢箱梁+混凝土桥面板
的形式。这种截面形式有个缺点，
即没有充分利用顶板钢板的性能，经济性较差。在设计中可以另辟
蹊径，改成槽形断面，槽形断面在施工阶段，
即还
名称形式
特点
组合钢板梁桥
钢板梁+混凝土桥面板
抗弯刚度增大
组合钢箱梁桥
闭合截面钢箱梁+混凝土桥面板
抗弯、扭转刚度增大，
顶钢板未充分利用
槽形截面钢箱梁+混凝土桥面板
省去顶钢板，
施工难度加大
波折钢腹板+混凝土上下翼缘板
自重减轻，
预应力能有效增加
组合桁架桥
钢桁架梁+混凝土桥面板
抗弯刚度增大，
连接件设置较困难
钢桁架腹板+混凝土上下翼缘板省去上下弦杆，重复数据删除
施工难度加大
组合刚构桥
钢板梁+混凝土墩
省去支座，
负弯矩区性能改善，抗震性能提高，悬臂施工法能够使
用
钢箱梁+混凝土墩钢桁架梁+混凝土墩
混合梁桥
钢梁+混凝土梁跨度增大，连接较难处理
组合拱桥
钢管混凝土拱施工容易，
填充质量较难保证
型钢混凝土拱施工容易，
无钢材维护的问题混合结构拱增强拱脚强度混凝土拱肋+承重钢梁减轻上部结构自重组合斜拉桥
钢板梁+混凝土桥面板抗弯刚度增大钢箱梁+混凝土桥面板抗弯、扭刚度增大槽形截面钢箱梁+混凝土
桥面板省去顶钢板波折腹板组合箱梁改善箱梁受力性能钢梁+混凝土梁
塔墩附近加劲梁抗压
性能提高
表1组合结构桥梁的分类及特点
未形成联合截面前，截面受压应力处于最不利状
态，为了能够满足自身自重和混凝土板自重的承载力要求，通过施工阶段临时墩的设置或者预制桥面板的形式，这样能够充分利用截面的性能，不浪费材料。如图3所示，将顶板钢板改成6mm 厚钢模板，有效降低了用钢量指标，提高了桥梁的经
济性。需要注意的是，改进后该断面应进行施工各阶段验算，满足规范要求。
4设计存在的问题及策略分析
4.1剪力连接件的有效性
目前所有的钢混组合梁的计算理论都是基于剪力连接件有效的基础上，规范关于考虑滑移效应一般是采用折减刚度的概念。采用上文提到的换算截面计算出来的组合梁变形跟实际情况相比偏小，因此在
清洁在线城市桥梁的设计中应根据国内外各学者的研究。受到认可的连接件形式主要有焊钉连接件、开孔板连接件及型钢连接件这三种。而实际工程中应用最为广泛的为焊钉连接件，在设计中如何将焊钉连接件的作用发挥到最大，如何减
小滑移效应、防止桥面板掀起等，
应结合研究结果并考虑施工的便利性做出合理的设计。如采用集
束式焊钉连接形式，可以缩短施工工期，
与均布式相比，可以更好地发挥整体受力性能。又如，
美国AASHTO 规范中关于单个焊钉的疲劳抗剪承载力计算公式中，明确表示了单个焊钉能够承受的最大剪力幅与焊钉直径成正比，因此在合理的范围内适当加大焊钉直径也是一种抗疲劳设计的有效途径。
4.2组合梁的横向分布系数
计算桥梁横向分布系数的主要方法有杠杆原理法、铰接板法、刚性横梁法、修正刚性横梁法等。在相关研究文献中，可以借鉴的是，在分析组合梁的单片梁受力特性时，利用修正后的偏心压力法低估了
荷载在组合梁横向的传递能力，实际设计中是偏安全的。因此在具体设计中，利用横向分布系数验算单片梁的受力特性时，可以分边梁与中
梁分别进行考虑，此时可以对边、
中梁的截面特性进行修正。实践表明，这种计算方法与用有限元软件MIDAS 计算整体模型时的结果相近，是一种可取的工程简化计算方法，可用于验证结果的合理性。
4.3材料的自身局限性问题
传统意义上的组合梁，无非就是混凝土材料
与钢材，材料力学特性尚有突破的空间，
若研发出图2深圳市某立交桥梁横断面（闭口钢箱梁）（单位：cm
）
图3深圳市某立交桥梁横断面（改进槽形钢箱梁）（单位：cm
）
（3）塔梁间增设粘滞阻尼器连接后，
索塔塔柱各关键截面及基础受力也有显著改善，说明粘滞阻尼器对索塔、主梁的振动均起到较好的抑振作用，但对远端的辅助墩及过渡墩及桩基影响较小。
（4）在常遇地震设防水准下，
联塔分幅斜拉桥主要构件均在弹性范围内工作，在罕遇地震设防水准下，索塔、辅助墩及过渡墩柱及基础可以出现裂缝，但不影响使用。综合使全桥的抗震性能目标
在经济与安全之间得到较好平衡。
参考文献：
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[4]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社,2001.[5]谢旭.桥梁结构地震响应分析与抗震设计[M].北京：人民交通出
版社,2006.
[6]JTG/T D65-01-2007，公路斜拉桥设计细则[S].
（上接第90页）
新型材料能够取代混凝土或者钢材，比如碳纤维的研究等，可以增大跨径，又有较好的抗疲劳性
能，
同时又能在具体工程施工中实现，那么这对组合梁桥的进一步发展将带来革命性的影响。4.4新型截面形式的引入
应用较为广泛的组合梁截面形式大多是，混
凝土作为截面上部，钢材作为截面下部，
这种截面形式在连续梁负弯矩区应用中具有很大的局限性，实际设计中都是靠预应力钢束的作用来抵
消负弯矩。因此改进截面形式是一个值得研究的课
题。
根据相关文献记载，冷弯U 形钢混组合梁和新型钢-闭口压型钢板混凝土组合梁是现阶段研究
较多的截面类型，具有较高的工程应用价值，
代表了未来组合梁的发展方向。
4.5组合梁设计与城市景观相契合
近年来，越来越多的城市重视对桥梁的景观
设计，组合梁作为一种“性价比”
较高的形式被广为推崇，然而组合梁的设计亦应结合城市整体景观定位。一般来说，组合桥的梁高相较于传统混凝
土梁有较大的优化，得到了一定程度的降低，
轻盈的梁体也赋予了结构灵动的特性；
此外，梁体设计应结合防撞护栏、花槽、排水设施、
灯座等进行专题设计，如设计具有较强通透感的钢结构梁柱式
防撞护栏，混凝土翼缘端部设计花槽横断面，
搭配爬藤类及花期较长的绿植，
整体景观协调一致。排水管及泄水管采用从钢箱内部布管的隐蔽设计，
并埋入桥墩内部，并在桥墩底部或墩顶部设置疏通导管，满足结构耐久性设计要求。
5结语
随着我国“十三五”规划的进一步推进，组合梁的建设在城市桥梁中的地位将进一步得到提
高，
同时对工程设计从业人员的要求也越来越高，如何在现有的项目经验和成果上总结并不断更新设计理念是每个桥梁设计者需要思考的问题。组合梁的设计不能采用千篇一律的设计方法，也不
能完全不考虑以往的设计施工经验。总而言之，
应该在充分考虑桥梁本身定位的基础上尽可能选择适合的截面和连接形式，与时俱进地加入景观的一体化设计理念，才能设计出精品工程。
参考文献：
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清华大学学报（自然科学版）,2009，49（12）：1930-1933,1938.[2]范旭红，石启印，马波.钢-混凝土组合梁的研究与展望[J].江
苏大学学报（自然科学版），2004，25（1）：89-92.
[3]聂建国，余志武.钢-混凝土组合梁在我国的研究及应用[J].土
木工程学报，1999，32（2）：3-8.
[4]刘玉擎.组合结构桥梁[M].北京：人民交通出版社,2009.[5]朱聘儒.钢混组合梁设计原理[M].北京：中国建筑工业出版社,透明的距离
2006.
豫公网安备41160202000603
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