钢混组合桥面板的结构优势与设计要点分析

2017年第7期 北方交通一 87 —文章编号：1673 -6052(2017)07 -0087 -03 D01：10.15996/j. cnki. bfjt. 2017. 07. 024

钢混组合桥面板的结构优势与设计要点分析

史敏

(新疆新纪元公路设计有限责任公司乌鲁木齐市83〇〇〇〇)

摘要：综述了钢混组合桥面板的国内外应用与发展情况,总结了其相对于现有的混凝土桥面板和正交异性 钢桥面板的结构特点和优势，以更好地应用该新型桥面板型式。最后讨论了钢混组合桥面板设计的若干关键问 题,提出设计要点和方法，推进钢混组合桥面板在我国的设计与应用。

关键词：钢混组合;桥面板;组合桥面板;结构优势;设计要点

中图分类号：U441文献标识码：B

1引言

桥面板及铺装结构是直接提供交通通行的平 台，由于其暴露于环境中并受车辆荷载直接作用，因此其工作状态直接影响到桥梁主体结构的耐久性和 行车舒适性。混凝土桥面板和正交异性钢桥面板是 目前桥梁工程应用的两种桥面板型式，混凝土桥面 板能够很好地适应沥青混凝土桥面铺装或者水泥铺 装，因此其行车效果好，但混凝土容重较大，影响了 桥梁的跨越能力;钢桥面板刚度大且轻型，能够很好 地提高桥梁的跨越能力，但是正交异性钢桥面板与 桥面铺装连接性不好，很容易引发铺装层开裂等问 题，影响桥面板的耐久使用。

钢混组合桥面板则是近年来发展起来的桥面板 构造型式，通过底部设置钢板上部设置混凝土，并通 过焊钉或者开孔板连接件进行连接，形成组合型式 桥面板结构。钢混组合桥面板兼顾了混凝土桥面板 和正交异性桥面板的优势:首先，增加了桥面板的刚 度和强度，通过钢板包裹混凝土提高桥面板的整体 刚度，还能充分利用混凝土抗压性能和钢材抗拉性 能，提高桥面板整体承载力；其次，相对于混凝土桥 面板降低了桥面板的容重，可以实现更大跨越，但同 时相对于正交异性钢桥面板可能和沥青铺装更好的 结合，提高了行车平稳性和桥面板耐久性;最后，钢 混组合桥面板中钢板还能作为模板直接提供混凝土 的浇注平台，免去模板材料和支撑架设等问题，实现 快速吊装施工。因此，钢混组合桥面板近年来受到研究者的广泛关注，也开始在实际的桥梁工程中得 到了实践，例如广东佛山东平大桥。

论文将系统总结钢混组合桥面板的应用发展情 况，包括在国外和国内的发展历程的特点，总结钢混 组合桥面板的结构优势和特点，提出钢混组合桥面 板设计的要点和注意事项，推进钢混组合桥面板在 我国的设计与应用。

2钢混组合桥面板的应用发展

钢混组合桥面板是伴随着组合结构的研究与应 用发展起来的，从20世纪50年代，钢混组合结构已 经在美国、欧洲和日本等国家得到了广泛关注和研 究，工程师积极地将这一新型组合结构型式应用到 桥梁工程的建设中。工程师意识到传统混凝土桥面 板容重过大的问题，开始研发组合桥面板型式，例如 法国Tanccrville悬索桥就是采用罗宾逊式组合桥面 板以增加其跨越能力[1]。但由于当时制造工艺落 后，以及钢材成本较高，这一新型桥面板结构型式并 没有得到广泛应用。

其后，组合桥面板则在日本得到了推广应用。20世纪80年代，日本采用动载试验机研究各种桥 面板的耐久性能，其中就特别研究了组合桥面板结 构型式，研究发现组合桥面板试验的裂缝纵横向分 布与实际工程观测结果非常相似，这进一步推进了 研究者对组合桥面板结构性能的把握。随着钢混连 接件在日本的研发，以及组合桥梁的应用，1997年 日本就推行了组合桥面板的设计标准，包括对桥面

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板最小厚度规定、桥面板剪力设计规定等。在2001 年到2005年间，日本先后推出了组合桥面板各种设 计指南和施工指南，用于规范组合桥面板在实际工 程的应用。

钢混组合桥面板近年来开始受到国内关注，期 望通过应用组合桥面板解决现有桥面板耐久性和安 全性方面的问题。西南交通大学[2_3]采用足尺开孔 板连接件连接的钢混组合桥面板，开展静力和疲劳 试验，试验结果显示:设计采用钢混组合桥面板具有 良好的疲劳性能，同时具有极高的极限承载力；此 外，西安建筑大学[]也通过6个开孔板连接件和贯 穿钢筋连接的钢混组合桥面板试验，验证了钢混无 滑移的粘结行为，并说明可以基于平截面假定推导 组合桥面板的极限承载力。在我国钢混组合桥面板 处于研究起步阶段的情况下，广东佛山东平大桥采 用这种钢混组合桥面板型式应用于实际工程，实践 表明该新型桥面板结构体系可施工性强，运营稳定 安全[5]。随着钢混组合桥面板在我国引起关注，相 关研究将会更加深人，从根本上解除设计的顾虑，推 进该新型桥面板结构型式的广泛应用。

3钢混组合桥面板的结构特性

注明：1-钢顶板2-钢腹板3-钢底板4-钢横隔板

5-钢顶板纵助6-横向钢筋7-PBL孔8-混凝土层

装层

图1钢混组合桥面板典型构造

钢混组合桥面板通常由底部钢板、加劲肋、连接 件和顶部混凝土共同构成，钢混组合桥面板主要配 合钢主梁共同使用，其典型构造如图1所示，其中1、~9共同构成组合桥面板。钢顶板1作为主梁 体系的顶板结构同时又是桥面板底部构造，使得钢 混桥面板和主梁体系很好地连接在一起，保证了桥 面板参与桥梁整体受力中。加劲肋5—方面起到了钢板加劲效果，防止钢板屈曲，同时保证钢板向混凝 土刚度过渡的平顺性;另一方面增加了钢板和混凝 土的连接效果，保证混凝土与钢板协同受力和变形。横向钢筋和P B L孔则更好地加固钢板与混凝土的 连接效果，使得钢板与混凝土粘结性能更好。混凝 土层则作为上部结构可以和沥青铺装或者水泥铺装 很好地粘结在一起，保证了桥面铺装病害不会轻易

传递到桥梁主体结构中。

基于钢混组合桥面板的上述构造特点和受力性 能，可以总结其相对于传统的钢筋混凝土桥面板具 有如下优势，能应用于数量众多的中小跨径桥梁建 设中。

(1) 跨越能力强。钢混组合桥面板将底部钢作为桥面板下层钢筋承担了主要拉应力，可以有效 降低桥面板厚度，减少桥面板自重，使得其跨越能力

增强。钢混组合桥面板的最大跨径可以达到10m，对于现在广泛采用的少主梁体系钢梁桥，具有很好 的适应性，减少桥面板开裂风险。

(2) 高耐久性和疲劳性。无论是日本还是我学者开展的组合桥面板长期性能试验，均显示其耐 久性与预应力桥面板具有同等的效果，同时由于混 凝土的存在，使得钢混组合桥面板的疲劳性能也得 到了提高，也不会出现桥面板混凝土开裂脱落问题 (如图2所示）。

(a)顶面 （b)底面

图2混凝土桥面板开裂问题

(3)易于实现工业化和产品化。组合桥面板中

钢板可以作为提供混凝土浇注施工的模板和支架，如果混凝土需要现浇施工，只需要在钢板吊装到位 后横插钢筋，就可以进行混凝土的浇注施工;如果是 预制桥面板，则可以将整个钢混组合桥面板进行分 段，并在现场进行焊接或者螺栓连接。该结构型式 减少野外作业时间，并提高施工建设质量。

()可更换性强。钢混组合桥面板如果在使用

过程中出现开裂或者其他病害，

可以直接将刚面板