大跨度钢混凝土组合桥梁空间理论及实践探究

【摘要】钢―混凝土组合桥梁结构有着较好的力学性及施工性能，在该理论基础上采用组合桥梁设计能够产生综合性的技术经济效益和社会效益，因此其在国内外的众多工程中得到了较为广泛的应用，本文主要就此进行分析。

【关键词】钢―混凝土组合桥梁；力学性能；理论基础

当前在进行桥梁建设的过程中，主要采用的结构材料为钢和混凝土，但是以上两种材料具有不同的优势和劣势，如果单一采用一种材料进行桥梁的建设，桥梁的结构性能可能因为材料性能的局限性而受到一定的影响。本主要在对钢―混凝土组合桥梁空间理论分析的基础上，从组合桥梁混凝土开裂控制入手，探讨其工程实践。

一、钢―混凝土组合桥梁空间理论分析

1.结构极限承载能力

以往工程界较为普遍的认为跨径超过600m-100m的大跨度桥梁，通常情况下只能选择索桥与斜拉桥的建设形势，但是随着工程技术的不断发展，其认识到了组合桥梁也能在大跨度桥梁中得到应用，并且具有较强的可行性，能够有效的满足当前的工程建设需求。大跨度组合桥梁不仅能够有效的减低冲击系数，还对桥梁结构的耐久性以及主梁和拉索的受力性能有着较好的增强和改善作用。

对于结构限承载能力的计算，当前主要有两种不同的方法，其分别为极限平衡法和全过程分析法。首先对于极限平衡法来说，其主要是直接依据结构极限状态下的平衡条件而对极限状态的荷载数值进行计算，但是该种方法需要确定的是结构材料的本构关系，计算过程相对较为繁琐，特别是其弹塑性阶段较为复杂。而对于全过程分析法来说，其主要是在对结构荷载历史分析的基础上，从结构弹性状态入手，最好到达极限状态，有效的避开了难度较大的弹塑性阶段，并且不需要对材料的本构关系进行确定，是一种相对简单的计算方法。

2.极限平衡理论

（1）结构及元件

通常情况下可以通过实验或者是预先的理论计算对元件的一定变形方式下的极限条件进行确定，并且只有极限条件一直的组成结构部分才能叫做元件。对于极限平衡理论来说，其主要是将结构看作为一系列的元件所组成的体系，在该种体系中，元件的变形方式以及极限条件是一直的，结构的极限承载能力是未知的，但是可以通过相应的理论方法对其进行计算而求出。

元件和结构的划分是相对而言的，比如将任意杆件视为元件的情况下，那么它的极限承载能力就是已知的，如果其极限条件尚不明确，那么就可以将其视为另一层次的结构。不论是对于元件还是结构来说，其极限状态的确定都是以作用力的大小作为度量标准的，在某一元件受力变形后，其作用力会造成元件结构的破坏，从而造成了元件承载能力的丧失，就称之为结构的极限状态。

（2）理论的基本假设

如果忽略元件的弹性变形，并将实际结构的元件理想化视为刚塑性元件，那么根据极限平衡理论的基本假设，可以判定结构主要具有下面几个特性：

首先是元件极限条件的稳定性，对于结构的元件来说，其在极限状态下的变形会急剧的增长，但是该种增长并不会对元件的屈服条件产生影响，换言之就是结构在完全丧失有效的承载能力之前，所有元件都不会失去其稳定性。

其次是元件荷载的增长具有一致性和单调性，主要是指结构上的荷载都是按照统一比例逐渐增长的，是一种准静力式的简单性加载。

第三是结构变形的微性，几乎所有的结构在丧失承载能力之前，其变形都相对较小，由此在静力平衡方程中产生的尺寸变化几乎可以忽略不计，只需要在变形前的结构尺寸基础上对其静力平衡关系进行考虑。

（3）解析方法

通常情况下在对复杂结构的极限承载能力进行计算的过程中，由于结构并不能满足元件极限条件、静力平衡条件以及机动条件等三个主要条件，因此我们只能对极限荷载的上限或者是下限进行求解。

而对于该种近似解的求取，通常情况下主要有静力法和机动法两种主要的方法，由于在此过程中采用机动法所得出的极限荷载通常情况下是大于实际极限荷载的，因此其为极限荷载的上限，而采用静力法得出的极限荷载一般情况下是小于实际极限荷载的，其可以被视为机线荷载的下限解。

二、组合桥梁的混凝土开裂控制

在实际的工程应用中，运用组合梁能够有效的降低梁高并且具有较高的使用性能，但是在此过程中，组合桥梁负弯矩区会出现相应的混凝土桥面板受拉以及钢梁受压的情况，因此在进行钢―混凝土组合桥梁设计的过程中就相应的对其负弯矩区弯剪以及裂缝控制等进行考虑。

从组合桥梁的开裂成因分析来看，其裂缝的形成主要是由于材料自身特点或者是施工不恰当而造成的。其主要原因可以归结为以下几种种，第一种是由于支座的不均匀沉降或者是混凝土收缩等内因造成的；第二种是可荷载作用影响下产生的混凝土桥梁面板开裂。

通过工程实践运用发现，采用预应力方法能够有效的较少混凝土桥梁在荷载作用下的开裂，从而达到增强结构刚度和防止钢梁锈蚀的目的，在钢―混凝土组合桥梁中引入预应力的方法有几下几种：

1.钢丝束张拉

钢丝束的张拉可以应用在混凝土桥面板内与钢梁形成组合之前或者是之后，在前期进行钢丝束张拉的过程中，其能有效的提升钢丝束的利用效益，但是需要采用相应的措施确保钢丝束与钢板之间的有效连接，当前我国北京和深圳等地在进行钢―混凝土组合桥梁建设过程大多采用的是后一种形式。

2.支座相对高度的调整

进行支座相对高度调整的主要目的是为了通过高度的调整而改变结构的内力分布状况，从而在负弯矩区的混凝土内部形成预压力，支座的调整应在混凝土浇筑完毕并且达到一定硬结程度后进行，其调整幅度与钢―混凝土组合桥梁跨度是成正比关系的。