钢与混凝土组合结构在三峡人行桥上的应用

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一、概况 
    三峡人行桥是为跨越三峡工程对外交通专用公路整体式段而设，由于三峡工程对外交通专用公路为全封闭式公路，该路行驶的车辆为汽-36级重型车辆，所以对净空的要求较高，桥下要求净高为5.5m，设计中按5.7m设计，（留0.2m沉落量），另外，整体式路面宽度为18.5m，为了避免遭遇重量型车辆的冲撞，公路中间不宜设置桥墩，设计中采用一跨通过，最大跨度采用22.0m，设计活载为人群荷载3KN/m2,桥面宽2.5m，桥墩采用钢筋混凝土独柱墩。
    梁体的选择 
    在进行梁体选择时，分别对钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁、钢梁及钢与混凝土组合梁作了比较： 
    1、钢筋混凝土梁：梁体高度高，自重较大，桥墩尺寸相对也较大，需提前预制，并需要架梁设备，工程造价较高。
    2、预应力混凝土梁：梁体高度较高，自重大，施工所需机具较多，施工工艺较复杂，需提前预制，并需架梁设备，工程造价较高。
    3、钢梁：所需钢材较多，造价高，养护维修费用高。
    4、钢与混凝土组合梁：梁体高度较低，自重轻，施工便捷，施工工具简单，不需要架梁设备。另外，梁体上部为钢筋混凝土，下部为钢材，能充分发挥钢与混凝土材料特性，造价较低。
    通过综合比较，钢与混凝土组合梁在此更能发挥其优越性,故在三峡人行桥上采用了钢与混凝土组合梁。 
    内力分析、计算 
    在本桥内力分析计算时，采用SAP80程序进行空间分析，其力学模式为人行梯与组合梁固结，形成空间连续结构。
    二、主跨组合梁的计算理论 
    组合梁截面应力的计算理论有两种，一种按弹性理论进行分析，另一种考虑截面塑性变形发展的塑性理论进行分析计算。不论按弹性理论或塑性理论进行分析，一般需考虑混凝土硬化前和混凝土硬化后两个受力阶段。 
    本桥设计的施工方法是将组合梁中的钢梁先安装就位作为以后浇灌混凝土的承重结构，因在钢梁下不设临时支撑，故计算时按两个受力阶段进行计算。 
    第一阶段：混凝土未达到强度设计值以前的阶段，此时荷载考虑钢梁自重、模板重和现浇混凝土板重量，称为第一受力阶段的恒载，连同本阶段的施工活荷载，全部由钢梁承受，计算其应力、挠度及稳定性。本桥在此阶段为简支结构，经计算是由跨中挠度控制。 
    第二阶段：混凝土达到了强度设计值以后的阶段，此时已能够发挥其组合梁的作用，荷载由钢-混凝土共同承担，在这一阶段需检算施工荷载和运营后荷载。其计算理论有弹性理论和塑性理论。在本桥的设计中运营阶段因两侧人行梯已与组合梁固结而由简支结构转化为连续结构，这时其钢材的屈服点及混凝土最大应力及0.5倍的轴心抗压设计强度都未达到，故是按弹性理论计算分析的。而在施工阶段的检算中，混凝土已超出弹性理论的分析范围，故需按塑性理论进行分析和计算。
    梁体结构选择： 
    钢与混凝土结构一般有三种形式：第一种为压型钢板与混凝土组合板，一般适用于高层建筑的楼板。第二种为压型钢板与混凝土组合梁，适用于跨度较小的梁。第三种为型钢混凝土结构。 
    三峡人行桥其活载为人群荷载，没有车辆荷载，梁体主要是承受其自重，所以采用梁上部受压区为混凝土，下部受拉区为钢材料这种简单的钢与混凝土组合梁。这种结构体系包括：
    （1）钢梁，采用5根36C工字钢，并在跨中10m范围内工字钢下翼缘贴焊10mm厚的钢板，加强其跨中拉应力区的结构强度，满足受力需要，工字梁之间每1.5m设置一道厚δ=10mm的钢板。以加强钢梁的整体性。
    （2）连接件：它保证了钢梁与钢筋混凝土板的共同工作，并承受钢梁与钢筋混凝土板二者叠合面之间的纵向水平剪力，限制二者相对滑移，一般是采用Ⅱ级钢筋，与钢梁及混凝土中的钢筋骨架焊接。在梁的端部由于混凝土收缩，钢与混凝土板之间会产生较大的水平应力，端部连接件由短工字及锚筋焊接而成。
    （3）钢筋混凝土板采用25号混凝土，主筋为Ⅱ级钢筋，箍筋为Ⅰ级钢筋。
    结语： 
    我国从50年代初期开始研究组合梁桥结构，之后在公路、铁路桥梁方面得到采用，后又在我国的工业与民用建筑中得到广泛推广应用，组合梁除了能充分利用钢材料和混凝土两种材料的受力性能外，尚具有：抗疲劳性能好、承载能力可靠，节约钢材，降低梁高，增强刚度，降低冲击系数等优点。跨越三峡对外交通专用公路的四座人行天桥现均已竣工，它以其施工方便、快捷，节约投资，而受到施工单位及建设单位的青睐，同时为我们在今后的桥梁设计中用钢与混凝土组合梁积累了宝贵的经验。