- 文献综述（或调研报告）：
钢-混凝土组合结构桥梁(简称组合桥)是指将钢梁与混凝土桥面板通过抗剪连接件连接成整体并考虑共同受力的桥梁结构形式。组合结构在大部分桥型中都有应用, 可分成组合梁桥、组合刚构桥、组合拱桥、组合斜拉桥等, 其基本力学原理是充分利用钢材的高抗拉强度和混凝土的高抗压强度, 形成经济合理的受力构件, 进而组成桥梁结构, 以最大限度地发挥两种材料的相对优势。由于混凝土抗拉强度低, 因此这种组合构件主要用于受弯与受压构件中[1]。
钢梁-混凝土板组合梁主要由钢梁与混凝土上翼缘板组成, 两者之间通过抗剪连接件连接, 其类型又可根据钢梁的不同形式细分为工字钢梁-混凝土板组合梁、钢箱梁-混凝土板组合梁以及钢桁架-混凝土板组合梁三种。目前, 钢梁-混凝土板组合梁的研究主要围绕超高性能钢 (如高强、耐候、高焊接性能等) 、变厚度钢、高性能混凝土、结构形式的优化和新型剪力键的开发等方面。
钢梁-混凝土板组合梁主要用于组合结构桥梁结构中, 也是应用最广的组合梁, 简称钢-混凝土组合梁。它的研究也很成熟, 美国AASHTO规范、美国AISC规范、加拿大建筑设计规范以及德国DIN078分别在1944年、1952年、1953年和1954年列入了有关组合梁的设计条文。欧洲共同体委员会也在1985年对《钢-混凝土组合结构设计》规范进行修订和补充, 形成了目前比较完整的一部组合结构设计规范, 即Eurocode 4[1]。
相对于不按组合结构设计的纯钢桥，组合桥可以有效减小结构高度、提高结构刚度、减小结构在活荷载下的挠度。通过抗剪连接件的连接作用，混凝土桥面板对钢梁受压翼缘起到约束作用，从而增强了钢梁的稳定性，有利于材料强度的充分发挥。连续梁在恒活载作用下，产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用，使内力状态比较均匀合理，因而梁高可以减小,截面高度的降低，使结构外形更加纤巧，改善桥梁的景观效果，有利于增加桥下净空或降低桥面高程，桥面伸缩缝少行车平顺。并且因为跨中截面的弯矩减小，使得桥跨可以增大。组合桥相对于混凝土桥，上部结构高度降低、自重减轻、地震作用减小、结构延性提高、基础造价降低。同时，组合桥便于工厂化生产、现场安装质量高、施工费用低、施工速度快，并可以适用于传统砖石及混凝土结构难以应用的情况[2]。
钢梁-混凝土组合梁中,箱形钢梁可分为开口截面和闭口截面两类。开口箱梁的优点:节省钢材;缺点:在施工阶段抗扭刚度小。闭口钢梁的优点:在施工阶段整体性好, 抗扭刚度大;缺点:在正弯矩作用下钢梁上翼缘发挥的作用较小相对开口梁的用钢量略有增加[4]。
钢箱-混凝土组合梁除了具有预应力混凝土槽形梁的一些优点外，如降低轨道标高、降低噪声污染等，还具有以下优点[5]:
- 钢结构部分为工厂制作，易于保证质量；混凝土直接利用钢板进行浇筑，可以无模板或使用较少模板进行施工，易于控制质量；
- 钢结构部分重量较轻，给安装就位带来很大便利；
- 结构受拉区外包钢板，避免混凝土裂缝暴露，便于维护，同时外包钢板能在一定程度上缓解目前频频发生的超高车辆撞击桥梁而使桥梁受损所产生的严重后果，因此结构的安全性和耐久性较好；
- 构造简单。对于承受轨道及列车荷载而横向受弯的底板，下层钢板在横向可以充分发挥抗拉作用，避免板底纵向开裂；作为纵向主梁的下翼缘，底层钢板又可以在纵向充分发挥抗拉作用，因此相对于预应力混凝土结构可大大简化构造，减少钢筋绑扎、焊接以及多向预应力张拉的困难。
钢-混凝土组合结构的应用与研究最早可追溯到20世纪初。金属结构桥梁的关键是桥面系, 最初, 以木桥面系为主, 随着混凝土的出现, 1900年钢筋混凝土板开始被应用。1910年, 法国铁路桥中出现了钢梁埋入混凝土板的结构 (型钢混凝土结构) , 但二者之间没有采用剪力键传力, 还不能视为真正的组合结构。随后, 通过剪力键连接的现代钢-混凝土组合梁桥出现。第一次世界大战前, 英国国家物理实验室对组合结构进行了试验, 但是由于战争的缘故, 直到1923年都没有完成。加拿大在1922年也开始了一系列的试验研究, 这些研究促进了20世纪20年代组合桥梁的发展。1926年, 为了充分发挥钢与混凝土的材料性能, Johnson[6]在钢梁上外包混凝土时嵌入剪力连接件, 从而标志着钢-混凝土组合桥梁的诞生。第二次世界大战后, 这种结构体系的桥梁逐渐成为与钢桥、混凝土桥并列的三大桥梁类型之一。
组合结构桥梁在我国起步较晚。1993年建成的北京国贸桥, 首次采用了钢-混凝土组合梁结构。此后, 随着我国大规模基础设施建设的进展和生产力水平的提高, 组合结构的应用越来越多, 如大量应用的钢管混凝土拱桥, 大跨径的钢-混凝土组合斜拉桥等。我国仍处于大规模建设时期, 钢-混凝土组合桥梁有着广阔的应用前景。
组合桥自20世纪50年代之后得到了迅速的发展,从20-25m的中小跨径梁桥到跨径近千米的斜拉桥，都有组合结构的应用[7]。在国内，随着道路等级的不断增大，桥型不断丰富、结构不断轻型化的发展趋势，同时对桥梁建设的经济性和综合效益也越来越重视。在这种背景和需求下，传统的桥梁结构形式在许多情况下已经不能满足设计、建造和使用的要求。钢－混凝土组合结构桥梁兼有钢板和混凝土桥的优点[8]。近二三十年, 我国在此类桥梁的应用与研究取得系列的研究成果,并纳入行业规范《公路钢结构桥梁设计规范》、国家规范《钢-混凝土组合桥梁设计规范》中。
针对钢-混凝土组合结构，国内《钢结构设计规范》(GB50017-2003)[9]对钢-混凝土一章做了修订和补充，包括连续组合梁负弯矩区、组合梁变形、部分抗剪连续组合梁和压型钢板组合梁的设计计算方法及主要理论依据。之后颁布了《钢-混凝土组合桥梁设计规范》(GB 50917-2013)[10]和《钢管混凝土拱桥技术规范》(GB50923-2013)[11]。
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
