高成卫
河北省水利工程局国际工程处河北石家庄050000
摘要：钢混组合板梁作为适用于中小跨径桥梁的一种常用钢混组合桥梁结构形式，在我国已经得到了广泛的应用。实践证明，钢混组合板梁结构是一种经济合理的桥梁结构形式，也是现阶段钢混组合结构桥梁发展的趋势。针对典型的中小跨径钢混组合板梁桥，归纳其标准化设计流程，总结出一套较为系统的钢混组合板梁设计施工方法，对中小跨径桥梁中钢混组合板梁桥的推广有着重要意义。笔者在非洲卢旺达（国家）阿卡盖拉桥梁中较为成功的运用了这一方案，并取得了一些经验，为推广钢混组合板梁桥的应用提供了一定的参考价值。
关键词：钢混组合结构；钢混组合板梁；施工过程
引言
钢混组合结构发展于混凝土结构与钢结构的基础之上，并结合了二者的力学特性，即钢材具有较高的抗拉强度和较好的延性，而混凝土材料具有较高的抗压强度和刚度，两种材料组合后的结构工作性能显著提升。钢混组合梁是通过抗剪连接件将钢材与混凝土材料组合在一起共同工作，充分发挥钢材强度抗拉高、混凝土抗压性能好的优点。同传统的钢筋混凝土结构相比，钢混组合结构在桥梁的应用中，具备梁截面尺寸减小、结构自重减轻、地震效应减弱、桥下空间增加、下部结构造价减少、安装方便、施工周期可控、结构延性增加、全寿命周期延长等优点。
1概况
阿卡盖拉桥是阿卡盖拉河上的唯一交通桥梁，全桥为60m跨径简支钢板梁桥，平面布置图如图1，立面如图2，跨中典型断面如图3，端部断面如图4。
采用钢板梁-混凝土桥面板结合梁，钢板梁立面采用等高度的形式。桥面铺装层（9cm）、横坡（2.5%）、桥面板（全高21.75cm）的厚度，钢板梁结构的高度为2.6m（边梁和中梁等高度）。
（1）钢板梁结构设计
钢板梁横桥向采用四道纵梁，每相邻的两道板梁间，间隔5m设置横梁联结成整体。纵梁纵向分三节段，中间节段长25m（中心间距），两端节段长17.5m（中心间距）。板梁腹板厚12mm设一道水平加劲肋，水平加劲肋距离顶板顶面600mm，采用宽115mm、厚12mm的单板肋加劲，水平加劲肋对称布置；腹板竖向加劲肋纵向间距在支点附近为1130～1250mm，跨中40m的区域间距为2500mm。
板梁间对称布置横梁，普通横梁间隔5m设置，距离支点处横梁最近的横梁与支点横梁的间距为4.52m。横梁腹板与纵梁采用M24高强度螺栓连接。
（2）钢板梁分段及连接
为方便施工，每道钢板梁纵向划分为三个节段，中间节段水平长25m，两边的节段水平长度为17.5m。每个节段及横梁均在工厂焊制成单个运输和吊装单元，板梁节段间用M24的高强度螺栓连接。
（3）桥面板结构设计
桥面板中布置两层钢筋网，横向钢筋采用直径16mm的HRB400钢筋，间距15cm，纵向采用直径为16mm的HRB400钢筋，间距15cm。横向钢筋布置在纵向钢筋的外侧，净保护层3cm，两层钢筋网间设拉筋，保证钢筋网的正确位置。
（4）剪力钉设计
剪力钉采用直径22mm高150mm的电弧螺柱焊钉。
2施工阶段受力分析
组合梁的受力与施工方法的选取有很大联系，其每个施工阶段，组合梁的受力各不相同，需要一一关注，本次标准图设计的桥梁主要施工阶段如下：（1）在预制场或施工现场进行混凝土桥面板的预制，预制的桥面板存放时间至少为6个月。（2）钢梁工厂制造，进行预拼装，在台座上焊接简支跨钢梁。（3）设置永久支座、临时支座，采用履带吊车或架桥机将简支跨主梁（通过小横梁将两片钢主梁联成整体，两两吊装）精确吊装就位，形成每孔简支结构。（4）对钢梁连接处进行焊接，去除临时支座，形成连续梁结构。（5）采用履带吊或者架桥机进行预制桥面板的吊装，使得桥面板的预留孔与钢梁剪力钉群精确就位。（6）按照先跨中后墩顶的顺序浇筑桥面板纵向、横向湿接缝。（7）施工桥面附属构造。（8）考虑十年收缩徐变。
3运营阶段受力分析
3.1钢梁承载力验算
根据施工阶段的成桥受力状态与使用阶段的荷载进行组合，考虑最不利荷载工况组合，并按照规范进行分项系数的选取，得到钢梁承载能力极限状态的上下缘应力包络值。
3.2剪力钉承载力验算
根据钢梁底板的尺寸、构造特点及施工情况，本次设计在桥面板上设置400mmX400mm的预留孔，在钢梁上设置剪力钉群。其中，梁端及支点一定范围内，平均每米设置4排剪力钉，在其余位置布置3排剪力钉。可认为等效布置间距为：梁端及支点附近剪力钉布置间距：1000mm/4=250mm，其余区域剪力钉布置间距：1000mm/3=333mm。
3.3桥面板承载力验算
对于小横梁形式的结构，桥面板在自重及活载作用下，受力是沿横向传递的，故需要验算桥面板横向承载能力。横向计算考虑了结构自重、桥
面铺装、护栏、车辆荷载等作用，并按照JTGD60-2015《公路桥涵设计通用规范》进行荷载组合，对于局部车辆荷载，其分项系数取1.8。
3.4结构使用期挠度验算
JTGD64-2015《公路钢结构桥梁设计规范》规定，在计算竖向挠度时，应按照结构力学的方法并采用不计冲击系数的汽车车道荷载频遇值，频遇值系数取1.0，计算得到结构的挠度如表所示。
表结构变形盼竺表
3.5裂缝验算
现行规范暂不考虑负弯矩区域混凝土对结构受力的贡献，认为该区域只计钢梁和普通钢筋的影响，这对于钢梁是偏保守的。实际上，不考虑负弯矩混凝土的作用后，支点处弯矩效应明显下降，但裂缝间的混凝土仍所有贡献，这将增加受拉混凝土板的传力效应（称为张力刚化效应），其受力如图11所示。考虑混凝土的张力刚化效应后，该区域实际的混凝土纵向剪力和钢筋应力会偏大，故对于计算混凝土裂缝而言偏不保守。
3.6稳定验算
钢材作为高强材料用于结构中常以薄板的形式出现，在桥梁工程中，常用的钢材一般均属于薄板。薄板在受到轴向压力、弯矩、剪力、扭矩等作用下将可能发生整体或局部失稳问题，为了防止失稳发生影桥梁的承载力，需要合理设计结构尺寸和配置加劲肋来解决。
4单梁法与梁格法的计算比较
与空心板、小箱梁、T梁等常规的梁式结构类似，多梁式钢混组合梁在受力上呈现出明显的空间分布效应。对于每片单梁，其受力不尽相同，故寻求对控制设计的单梁进行验算，不仅可以保证结构的安全性能，也可以简化计算的工作量。目前还没有相关文献或书籍给出明确的适用于钢混组合板梁的横向分布系数计算方法。本次研究通过对传统刚性横梁法、刚接板梁法计算所得的横向分布系数，与梁格法、实体有限元法计算所得的横向分布系数对比，得出一种合适的横向分布系数取值方法，以指导并简化设计计算。
5结语
本文采用Midas软件进行标准化钢板组合桥梁的全施工过程分析，计算采用梁格法和单梁法两类分析方法，并结合规范进行局部构件的验算，根据计算结果得出如下结论：（1）本次设计的桥宽为16m，跨径为30m的标准化钢混组合板梁，在承载能力计算状态下，钢梁跨中上缘最大应力为一191MPa，下缘最大应力222MPa；钢梁支点上缘最大应力为211MPa，支点下缘最大应力为一208MPa，应力均小于[a]=260MPa，可见钢梁强度满足规范要求。（2）在活载标准值作用下，钢板组合梁的最大位移为20.54mm镇I/500L=60mm，满足规范要求。（3）在倾覆力作用下，结构的稳定性满足要求，抗倾覆能力较强；根据线弹性稳定分析，桥梁结构在施工阶段和运营阶段的稳定性满足规范要求；在施工阶段中，钢梁的临界荷载系数偏小，在实际施工时需要特别注意，必要时宜设置临时支撑装置。
参考文献：
[1]JTGD64-2015公路钢混组合桥梁设计与施工规范[S].北京：人民交通出版社，2015.
[2]葛胜锦，余培玉，刘士林.基于欧洲标准的钢一混凝土组合梁设计〔M].北京：人民交通出版社，2010.