鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)在三峽人行橋上的應(yīng)用

　　三峽人行橋是為跨越三峽工程對(duì)外交通專用公路整體式段而設(shè)，由于三峽工程對(duì)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(jí)重型車輛，所以對(duì)凈空的要求較高，橋下要求凈高為5.5m，設(shè)計(jì)中按5.7m設(shè)計(jì)，（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(jì)中采用一跨通過，最大跨度采用22.0m，設(shè)計(jì)活載為人群荷載3KN/m2,橋面寬2.5m，橋墩采用鋼筋混凝土獨(dú)柱墩。

　　在進(jìn)行梁體選擇時(shí)，分別對(duì)鋼筋混凝土梁、預(yù)應(yīng)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(duì)也較大，需提前預(yù)制，并需要架梁設(shè)備，工程造價(jià)較高。

　　2.預(yù)應(yīng)力混凝土梁：梁體高度較高，自重大，施工所需機(jī)具較多，施工工藝較復(fù)雜，需提前預(yù)制，并需架梁設(shè)備，工程造價(jià)較高。

　　3.鋼梁：所需鋼材較多，造價(jià)高，養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)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(jiǎn)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(jià)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。

　　在本橋內(nèi)力分析計(jì)算時(shí)，采用SAP80程序進(jìn)行空間分析，其力學(xué)模式為人行梯與組合梁固結(jié)，形成空間連續(xù)結(jié)構(gòu)。

　　組合梁截面應(yīng)力的計(jì)算理論有兩種，一種按彈性理論進(jìn)行分析，另一種考慮截面塑性變形發(fā)展的塑性理論進(jìn)行分析計(jì)算。不論按彈性理論或塑性理論進(jìn)行分析，一般需考慮混凝土硬化前和混凝土硬化后兩個(gè)受力階段。

　　本橋設(shè)計(jì)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(shí)支撐，故計(jì)算時(shí)按兩個(gè)受力階段進(jìn)行計(jì)算。

　　第一階段：混凝土未達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值以前的階段，此時(shí)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(jì)算其應(yīng)力、撓度及穩(wěn)定性。本橋在此階段為簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，經(jīng)計(jì)算是由跨中撓度控制。

　　第二階段：混凝土達(dá)到了強(qiáng)度設(shè)計(jì)值以后的階段，此時(shí)已能夠發(fā)揮其組合梁的作用，荷載由鋼-混凝土共同承擔(dān)，在這一階段需檢算施工荷載和運(yùn)營(yíng)后荷載。其計(jì)算理論有彈性理論和塑性理論。在本橋的設(shè)計(jì)中運(yùn)營(yíng)階段因兩側(cè)人行梯已與組合梁固結(jié)而由簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為連續(xù)結(jié)構(gòu)，這時(shí)其鋼材的屈服點(diǎn)及混凝土最大應(yīng)力及0.5倍的軸心抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度都未達(dá)到，故是按彈性理論計(jì)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(jìn)行分析和計(jì)算。

　　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(jiǎn)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(qiáng)其跨中拉應(yīng)力區(qū)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(qiáng)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(duì)滑移，一般是采用Ⅱ級(jí)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(huì)產(chǎn)生較大的水平應(yīng)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(hào)混凝土，主筋為Ⅱ級(jí)鋼筋，箍筋為Ⅰ級(jí)鋼筋。

　　我國(guó)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(guó)的工業(yè)與民用建筑中得到廣泛推廣應(yīng)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(qiáng)剛度，降低沖擊系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。跨越三峽對(duì)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(shí)為我們?cè)诮窈蟮臉蛄涸O(shè)計(jì)中用鋼與混凝土組合梁積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。