混合梁斜拉桥的设计研究
2018-04-16
1.前言
由于钢与混凝土结合可以提高力学性能和改善经济性，所以最近几年混合梁斜拉桥的工程实例不断增加，混合梁斜拉桥以其独特的构造与技术特点显示出其强大的生命力。所谓的混合梁斜拉桥是指斜拉桥的主梁沿主梁的长度方向由两种不同的材料组成，主跨的梁体为钢梁，边跨（或伸入主跨一部分）的梁体为混凝土梁。由于混合梁斜拉桥与混凝土斜拉桥和钢斜拉桥相比较，施工方便且造价低，所以在20世纪80年代末得到了飞速的发展。1986年加拿大建成的混合梁斜拉桥——安娜血丝桥，一直保持了7年世界最大跨径斜拉桥的记录。我国的混合梁斜拉桥虽起步晚，但发展进度很快，近年来国内设计并建成了许多大跨度混合梁斜拉桥：苏通长江大桥、湛江海湾大桥、荆岳长江大桥、舟山桃夭门大桥、鄂东长江大桥等，这使我国在该领域的实践走向了世界的前列。
2.混合梁斜拉桥的优点
在实际应用中，混合梁斜拉桥较单一的钢梁斜拉桥或混凝土梁斜拉桥有许多的优点，主要体现在：
（1）中跨采用自重较轻的钢梁，边跨采用自重和刚度较大的混凝土梁，增加了边跨主梁的重量和刚度，又由于混凝土梁具有良好的锚固和压重作用，从而避免了边跨的桥墩上浮，减小了主跨梁体的内力和变形，降低甚至消除了边跨端支点的负反力，从而加大了斜拉桥的跨越能力。
（2）混合梁斜拉桥采用密边跨可大大减小边跨挠曲对中跨的影响，使结构受力更接近于弹性支撑连续梁。
（3）混合梁斜拉桥边跨与中跨是一种锚固与被锚固的关系，这种锚固并不像悬索桥那样是集中锚固，而是分散于整个边跨，因此，既使中跨跨越能力大大提高，又使边跨不必做得非常强大。
（4）密边跨和沉重的混凝土边跨提供的稳固支撑降低了活载引起的拉索力变化幅度，减小了疲劳影响。
（5）有效地发挥了钢与混凝土材料的特性，节约经费，经济性好。
3.结合位置的确定
由于预应力混凝土梁与钢梁结合部位两侧采用两种不同的材料，主梁的刚度和强度在此处产生突变，因为容易产生应力集中。因此为了确保预应力混凝土梁与钢梁的结合部位连接可靠，设计和施工时应考虑以下因素：
（1）由于塔柱附近的主梁承受很大的轴力，为避免因连接部位断面中心突变而引起的附加弯矩，要求设计连接部位的钢梁重心和混凝土梁重心尽量的吻合，并要求相对应的腹板和翼板的重心也尽量的重合，以防止钢梁的腹板和翼板产生局部弯曲和失稳的现象。
（2）为保证钢梁和混凝土梁的可靠连接，并有效、平顺地传递强大的轴力，在与混凝土梁重叠部分的钢梁上应焊上抗剪焊钉或抗剪器。
（3）由风荷载产生的横向弯矩及活荷载产生的纵向弯矩，会使连接部位产生相当大的拉应力，而如此大的拉应力又不可能完全由拉索的水平分力来抵消，因此还必须对连接部分施加一定的纵向预应力以提供补偿[2]。
4.结点段节点构造形式
混合梁中钢梁与混凝土梁常用连接方式有如下4种：部分连接钢板承压式，如库尔特-舒马赫桥；填充混凝土前承压板式，如弗来埃桥；填充混凝土后承压板式，如我国多数斜拉桥；填充混凝土前后承压板式。
5.混合梁斜拉桥工程实例
工程实例（一）
某桥总长1449m，其中主桥长230m，主桥为A字弓型斜曲塔双索面混合梁斜拉桥，为改善主塔受力，主梁根据结构需要采钢与混凝土混合梁形式。
本桥结合段设计最终采用改进型承压板方案，即通过钢梁端部的超厚承压板将钢梁端部的力传递给混凝土横梁，承压板采用60mm钢厚板。为保证混凝土梁及钢梁之间的剪力传递以及防止钢板与混凝土之间的剥离，处在顶底板、承压板上布置圆柱墩头剪力钉外，还在钢箱梁顶底板上加焊PBL传剪板埋入混凝土内。结合段预应力设计采用预应力钢绞线与粗钢筋相结合的方法，混凝土梁纵向预应力通过承压板分配锚固在端承压板或钢箱梁横隔板上，结合段见图2。
工程实例（二）
世界上第一座混合梁斜拉桥诞生于原西德，即库尔特-舒马赫（Kurt-Schumacher）桥，建于1972年，该桥连接曼海姆和路德维希港，桥梁跨度为（287.04 +146.41）m，系独塔斜拉桥，钢梁与预应力混凝土箱梁的连接断面设在桥塔处，钢梁与预应力混凝土箱梁的结合方法为剪力键加预应力粗钢筋。
6.结语
混合梁斜拉桥最大的特点是由两种材料组成的结构共同承受荷载，并充分发挥各自的材料特性（如混凝土抗压性能好、抗拉强度低，钢材抗拉、抗压强度均高）。但是钢梁与混凝土梁结合段因其材料的不同，导致了主梁的刚度和强度在此发生了变化，容易形成结构的弱点，所以必须设计合理的连接方式来保证结合段的可靠连接。
结合段位置的选择也非常重要，应从经济方面、施工的难易程度、受力的合理性等多方面进行考虑分析，最终选择合理的位置，以保证桥梁的工作性能。
参考文献：
[1]顾安邦.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2000.
[2]周梦波.斜拉桥手册[M] .北京：人民交通出版社，2004.
[3]高荣雄.混合梁斜拉桥施工控制技术研究[D].武汉：武汉理工大学，2005.
[4]刘玉擎.混合梁结合段设计技术的发展[J].世界桥梁，2005（4）：9-12.
[5]陈开利，余天庆，习刚.混合梁斜拉桥的发展与展望[J].桥梁建设2005（2）.
