鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)在三峽人行橋上的應用

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一、概況 
    三峽人行橋是為跨越三峽工程對外交通專用公路整體式段而設(shè)，由于三峽工程對外交通專用公路為全封閉式公路，該路行駛的車輛為汽-36級重型車輛，所以對凈空的要求較高，橋下要求凈高為5.5m，設(shè)計中按5.7m設(shè)計，（留0.2m沉落量），另外，整體式路面寬度為18.5m，為了避免遭遇重量型車輛的沖撞，公路中間不宜設(shè)置橋墩，設(shè)計中采用一跨通過，最大跨度采用22.0m，設(shè)計活載為人群荷載3KN/m2,橋面寬2.5m，橋墩采用鋼筋混凝土獨柱墩。
    梁體的選擇 
    在進行梁體選擇時，分別對鋼筋混凝土梁、預應力混凝土梁、鋼梁及鋼與混凝土組合梁作了比較： 
    1、鋼筋混凝土梁：梁體高度高，自重較大，橋墩尺寸相對也較大，需提前預制，并需要架梁設(shè)備，工程造價較高。
    2、預應力混凝土梁：梁體高度較高，自重大，施工所需機具較多，施工工藝較復雜，需提前預制，并需架梁設(shè)備，工程造價較高。
    3、鋼梁：所需鋼材較多，造價高，養(yǎng)護維修費用高。
    4、鋼與混凝土組合梁：梁體高度較低，自重輕，施工便捷，施工工具簡單，不需要架梁設(shè)備。另外，梁體上部為鋼筋混凝土，下部為鋼材，能充分發(fā)揮鋼與混凝土材料特性，造價較低。
    通過綜合比較，鋼與混凝土組合梁在此更能發(fā)揮其優(yōu)越性,故在三峽人行橋上采用了鋼與混凝土組合梁。 
    內(nèi)力分析、計算 
    在本橋內(nèi)力分析計算時，采用SAP80程序進行空間分析，其力學模式為人行梯與組合梁固結(jié)，形成空間連續(xù)結(jié)構(gòu)。
    二、主跨組合梁的計算理論 
    組合梁截面應力的計算理論有兩種，一種按彈性理論進行分析，另一種考慮截面塑性變形發(fā)展的塑性理論進行分析計算。不論按彈性理論或塑性理論進行分析，一般需考慮混凝土硬化前和混凝土硬化后兩個受力階段。 
    本橋設(shè)計的施工方法是將組合梁中的鋼梁先安裝就位作為以后澆灌混凝土的承重結(jié)構(gòu)，因在鋼梁下不設(shè)臨時支撐，故計算時按兩個受力階段進行計算。 
    第一階段：混凝土未達到強度設(shè)計值以前的階段，此時荷載考慮鋼梁自重、模板重和現(xiàn)澆混凝土板重量，稱為第一受力階段的恒載，連同本階段的施工活荷載，全部由鋼梁承受，計算其應力、撓度及穩(wěn)定性。本橋在此階段為簡支結(jié)構(gòu)，經(jīng)計算是由跨中撓度控制。 
    第二階段：混凝土達到了強度設(shè)計值以后的階段，此時已能夠發(fā)揮其組合梁的作用，荷載由鋼-混凝土共同承擔，在這一階段需檢算施工荷載和運營后荷載。其計算理論有彈性理論和塑性理論。在本橋的設(shè)計中運營階段因兩側(cè)人行梯已與組合梁固結(jié)而由簡支結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為連續(xù)結(jié)構(gòu)，這時其鋼材的屈服點及混凝土最大應力及0.5倍的軸心抗壓設(shè)計強度都未達到，故是按彈性理論計算分析的。而在施工階段的檢算中，混凝土已超出彈性理論的分析范圍，故需按塑性理論進行分析和計算。
    梁體結(jié)構(gòu)選擇： 
    鋼與混凝土結(jié)構(gòu)一般有三種形式：第一種為壓型鋼板與混凝土組合板，一般適用于高層建筑的樓板。第二種為壓型鋼板與混凝土組合梁，適用于跨度較小的梁。第三種為型鋼混凝土結(jié)構(gòu)。 
    三峽人行橋其活載為人群荷載，沒有車輛荷載，梁體主要是承受其自重，所以采用梁上部受壓區(qū)為混凝土，下部受拉區(qū)為鋼材料這種簡單的鋼與混凝土組合梁。這種結(jié)構(gòu)體系包括：
    （1）鋼梁，采用5根36C工字鋼，并在跨中10m范圍內(nèi)工字鋼下翼緣貼焊10mm厚的鋼板，加強其跨中拉應力區(qū)的結(jié)構(gòu)強度，滿足受力需要，工字梁之間每1.5m設(shè)置一道厚δ=10mm的鋼板。以加強鋼梁的整體性。
    （2）連接件：它保證了鋼梁與鋼筋混凝土板的共同工作，并承受鋼梁與鋼筋混凝土板二者疊合面之間的縱向水平剪力，限制二者相對滑移，一般是采用Ⅱ級鋼筋，與鋼梁及混凝土中的鋼筋骨架焊接。在梁的端部由于混凝土收縮，鋼與混凝土板之間會產(chǎn)生較大的水平應力，端部連接件由短工字及錨筋焊接而成。
    （3）鋼筋混凝土板采用25號混凝土，主筋為Ⅱ級鋼筋，箍筋為Ⅰ級鋼筋。
    結(jié)語： 
    我國從50年代初期開始研究組合梁橋結(jié)構(gòu)，之后在公路、鐵路橋梁方面得到采用，后又在我國的工業(yè)與民用建筑中得到廣泛推廣應用，組合梁除了能充分利用鋼材料和混凝土兩種材料的受力性能外，尚具有：抗疲勞性能好、承載能力可靠，節(jié)約鋼材，降低梁高，增強剛度，降低沖擊系數(shù)等優(yōu)點?？缭饺龒{對外交通專用公路的四座人行天橋現(xiàn)均已竣工，它以其施工方便、快捷，節(jié)約投資，而受到施工單位及建設(shè)單位的青睞，同時為我們在今后的橋梁設(shè)計中用鋼與混凝土組合梁積累了寶貴的經(jīng)驗。