0 引言
钢材和混凝土是桥梁建造常用的2 种建筑材料，二者在力学性能及物理性能上各有优劣，采用单一的材料进行建造往往受到材料本身制约。
混凝土构件的优点为：整体性好、延性好、耐久性和耐火性较好、可模性好、强度较高、易于就地取材。缺点为：自重大、抗裂性较差、施工复杂、工期较长。
钢材优点为：质轻、塑性和韧性好、材质接近于匀质和各向同性体、制造简便、密封性好、耐热性好。缺点为：防火性能差、钢材易锈蚀，应采取防护措施。钢材耐热但不耐高温，其强度随着温度升高而降低。钢材在潮湿环境中，特别是处于有腐蚀介质的环境中易锈蚀，必须刷涂料或镀锌，并且在使用期间应定期维护。
钢板组合梁桥在受拉区配置钢主梁，在受压区配置混凝土桥面板，二者之间通过抗剪构件连接，如图1 所示。
图1 钢板组合梁桥
钢板组合梁桥的构造既避免了混凝土在受拉区域开裂，也防止了钢梁受压侧向失稳问题。与混凝土梁比较，钢板组合梁有自重轻的优势；与钢梁比较，钢板组合梁有顶板刚度大的优势。钢板组合梁桥构造示意图见图2。
图2 钢板组合梁桥构造示意图
1 钢板组合梁桥国外的发展趋势和特点
1.1 钢板组合梁桥在国外的发展
钢板组合桥梁最早从欧洲发展起来，德国在1937 年进行了钢板组合梁的加载试验，并于1950年前后召开了几次关于钢板组合梁结构的学术会议，其中许多钢板组合梁的计算理论及实际工程应用被相继介绍，并且制定了关于道路桥的钢板组合梁设计指南。美国于1954 年开始进行钢板组合梁焊钉连接件的承载能力和疲劳性能试验研究，试验研究前后开展将近20 a，相关的研究成果应用到了美国高速公路桥的设计规范中。日本于1950 年开始尝试建造钢板组合梁桥，并于1959 年制定了关于公路桥的钢板组合梁桥设计施工规范[1]。
这些早期发展起来的钢板组合梁桥具有的共同特点是：虽然设计计算中考虑与桥面板的组合作用，但是构造设计与非组合梁桥相似，同样采用多主梁，各主梁之间设置许多横梁、水平及竖向横撑，在腹板上焊接大量纵横向加劲肋，以保证各个杆件之间的整体性。典型的钢板组合梁桥构造见图3。
图3 早期钢板梁桥的典型设计图
这种结构体系的钢板组合梁桥，构件数量多且复杂、焊缝数量大、构件的加工成本高、维护困难、施工复杂；并且构件的受力及传力不够明确，不能充分利用各个杆件的性能，此外，局部构造的疲劳破坏也是突出问题。这些都限制着钢板组合梁桥的广泛应用[1]。
1.2 钢板组合梁桥在国外的实例应用
美国新纽约大桥（见图4），其单幅宽度约25 m，横桥向采用5 片主梁，主梁中间设置4 道小纵梁。主梁间距约5.5 m 左右，间距较大，但其横梁及小纵梁的设置方式仍属于多主梁体系。
图4 美国新纽约大桥
法国从20 世纪80 年代后期开始集中进行钢板组合梁桥的研究与设计，对传统的钢板梁桥进行了最大程度的简化，采用2 根钢主梁形式的钢板梁桥成为中小跨径桥梁应用的主流方案。
法国于1990 年建成的Hopital 桥如图5 所示，它采用非支撑横梁设置的钢板组合梁桥结构体系，跨度为59.0 m+2×64.0 m +33.0 m，主梁间距12.6 m，梁高3.2 m，高跨比达到1/20，桥面板设置横向预应力[1]。
图5 法国Hopital 桥（单位：mm）
瑞士近年来也逐渐将双主梁钢板组合梁桥加以简化，尝试只有2 根主梁形式的钢板梁桥，并在此基础上进行简化，优化了横梁的数量和高度、加劲肋的数量和位置，取消了横撑；同时通过设计焊钉群的方法，解决了在给混凝土桥面板施加预应力时预应力转移到钢梁中的问题，作为标准桥型之一在瑞士国内得到了大范围采用。
图6 钢板组合梁桥横截面形式的变迁
图6 显示了钢板组合梁桥横截面布置形式在不同年代的变迁过程，可以看出从20 世纪80 年代开始已经基本上不设置横撑及腹板纵向加劲肋了。
2 钢板组合梁桥在国内的使用现状
钢板组合梁桥在我国的应用实践尚处于起步阶段，主要的发展是在铁路桥领域，结构形式类似于早期的多主梁形式的钢板梁桥，设置复杂的横梁、横撑及加劲装置。钢板组合梁桥在我国公路桥的应用不多，在跨线桥、引桥及匝道桥等中小跨度桥梁中有少量应用，因此我国建造钢板组合梁桥缺乏相关的设计和建造经验。并且对钢板组合梁设计指导体系、设计参数、设计理论及方法等均掌握欠缺，这些不利因素导致钢板组合梁桥在我国推广及应用缓慢。
2.1 应用背景
随着钢铁产能的提高和钢结构桥梁建设技术的进步，我国已经具备推广钢结构桥梁的物质基础和技术条件。当前，钢铁产能过剩是推进钢结构桥梁建设、提升公路桥梁建设品质的良好契机，同时也是落实《国务院关于钢铁行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》（国发〔2016〕6 号）要求，促进钢铁行业转型升级的重要举措。为推进钢结构桥梁建设，交通运输部发布了《关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见》（交公路发〔2016〕115 号）[2]，决定推进钢箱梁、钢桁梁、钢混组合梁等公路钢结构桥梁建设，提升公路桥梁品质，发挥钢结构桥梁性能优势，助推公路建设转型升级。该指导意见中明确在新建大跨、特大跨径桥梁中将以钢结构为主，新改建其他桥梁时钢结构比例将明显提高。
2.2 应用条件
结构方面：混凝土结构较钢结构自重大，抗裂性能差，结构效率低，当跨度增加时，抵抗自重所需材料成倍增长，导致上下部结构工程量增加[3]。而钢结构自重小，材料效率高，可凭借较小的自重抵抗较大的外部荷载。
成本方面：混凝土桥梁的建设成本较钢结构桥梁低。测算表明，中小跨径混凝土桥梁造价较钢结构桥梁低450 元/m2 至650 元/ m2 左右，但该价差随跨径增大而逐步缩小。从养护成本看，钢桥比混凝土桥梁全寿命养护费用低200 元/ m2 左右。故从全寿命周期来测算，钢桥与混凝土桥梁成本相差无几[3]。
环保方面：混凝土结构拆除形成的建筑垃圾会对环境带来较大影响，而钢材无限循环利用的优势是混凝土结构无法相比的。
材料方面：公路钢桥以Q355D、Q390D、Q420D等常规钢材为主。中国钢铁工业协会数据披露，公路桥梁各类钢材和线材产能充足。
设计方面：最新修订的《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64—2015）、《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》（JTG/T D64-01—2015）、《桥梁用结构钢》（GB/T 714—2015）、《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591—2018）等已经颁布实施。
加工方面：目前桥梁钢结构加工企业产能充足，如杭萧钢构、东南网架等。
施工方面：目前行业内桥梁施工企业总体过剩，但除中铁、中建、中交等大型施工央企外，其他小型施工单位一般都不具备钢结构的施工资质。
综上所述，钢板组合梁桥结构性能优异，能够充分发挥钢材与混凝土2 种材料的优点，具有显著的环保优势。虽然建设初期成本比混凝土桥梁略高一些，但全寿命周期成本与混凝土桥梁相差不大，从材料、设计、加工和施工方面来看，钢板组合梁桥的应用条件也已非常成熟。
2.3 应用案例分析
钢板组合梁桥在浙江、陕西、安徽、湖南等地都已有应用。本文收集了部分省份的钢板组合梁桥公路应用方案,并对这些方案的应用特点、钢板梁尺寸构造及用钢量指标等进行比较，见表1~ 表3。
表1 35 m 中小跨径钢板组合梁桥方案特点比较
表2 35 m 中小跨径钢板组合梁桥尺寸构造比较mm
表3 35 m 中小跨径钢板组合梁桥用钢量比较（中跨半幅）
表中4 个方案均为双主梁钢板组合梁桥，其中安徽省某1 号高速为支撑式横梁，其余3 个方案均为非支撑式横梁。支承横梁体系的桥面板受力主方向在纵桥向，钢材用量较大，桥面板板厚较小，但接缝多；非支撑横梁体系的桥面板主受力方向在横桥向，需要较厚的桥面板，有连接简单的优势。
安徽省某2 号高速为6 车道，浙江省某高速为4 车道设计方案。相比两者的用钢量，对于双工字钢板组合梁来说，6 车道比4 车道单位面积的经济指标更好。而双工字钢板组合梁的经济性要优于多工字钢板组合梁，多工字钢板组合梁单位面积用钢量一般达到200 kg/m2左右，但双工字钢板组合梁结构强健性略差一些。
陕西省由于地处北方，气候干燥，为了提高钢板梁桥的耐久性，陕西省某高速公路方案选择了耐候钢材料，而非普通低碳合金钢。在环境较为恶劣的地区，使用耐候钢能够节省初期的涂装费用，并且在全寿命周期内经济性更高。
3 钢板组合梁桥的经济跨径
随着施工技术的普及，钢板组合梁桥的应用范围越来越宽。工字组合梁桥的经济跨径为35~90 m，箱形组合梁桥的经济跨径则为70~120 m。
对于35~100 m 的中小跨径公路桥梁，钢板组合梁桥具有结构轻、架设快、现场施工环境简单、对周围环境影响小等优点，是桥梁工业化发展的主要方向。
4 结语
本文对钢板组合梁桥国内外的设计情况及发展趋势进行了分析，对国内4 条高速上所设计的钢板组合梁桥的设计特点、尺寸构造及用钢量进行了系统对比，对钢板组合梁桥的经济跨径进行了总结。钢板组合梁桥在35~100 m 跨径中应用广泛，其经济性较高；中小跨径钢板组合梁桥正逐步从多主梁向少主梁到双主梁的趋势过渡，该种桥型结构形式会越来越简洁，基本上不设置横撑和腹板纵向加劲肋，被认为是一种极具经济性的桥梁形式。
摘自：城市道桥与防洪