01
中小跨度钢-混凝土组合梁桥的现状
钢混组合梁是在钢结构和混凝土结构的基础上发展起来的一种新型结构形式，主要是通过在钢梁和混凝土桥面之间设置抗剪连接件，使两者成为一个整体，协同工作。钢混复合结构的设计原则是在构件的受拉区和压缩区合理使用抗拉性能强的钢材和抗压性能强的混凝土，最大程度追求高性能和经济性。同时，由于其组装特性，它还带来了出色的可施工性。
中小跨度桥梁在建筑中应用广泛，而我国大多数中小跨度桥梁使用预制预应力混凝土梁桥。据统计，截至 2015 年，我国只有 1877 座钢结构桥梁，仅占桥梁总数的 0.25%，复合梁桥的比例较小。在一些发达国家如法国、日本、美国等钢结构桥梁分别占85%、41%和35%。
我国复合结构桥梁技术起步较晚，20世纪90年代，我国复合结构桥梁开始发展，大部分工程应用出现零散，大规模应用尚未出现。由于基础理论和研究的滞后，以及缺乏相应的指导方针或规范，即使采用复合结构桥梁，经济指标也往往很高，复合结构的技术经济优势不能得到充分体现。
02
中小跨度钢-混凝土组合梁桥的结构特点
钢-混凝土组合梁主要可分为两种主要形式：传统的小间距钢板梁（以美国和日本为代表）和大间距少主梁（以双主梁为典型，以法国和日本为代表）。
1、小间距多主梁钢-混凝土组合梁的结构特点
日本传统的小间距组合梁典型的截面布置方式是主梁间距不超过4m（以前的日本标准是3m），2.5~3.8m为宜，桥面悬臂长度在1.5m以内，桥面可采用钢筋混凝土桥面，中跨板厚度可控制在26cm以内， 悬臂根板的厚度可控制在 36cm 以内。通常，一个远光灯设置在一条车道上。传统小间距组合梁的主跨度为 20~50m，当跨度范围和梁高受限时，小间距钢混组合梁是一种更经济的结构形式。而且，它可以适用于斜桥和弯曲桥，但斜角一般控制在 60° 以上，最好使用 70° 以上。由于钢板梁的扭转刚度小，应根据弯曲的桥梁进行设计，应考虑翼缘弯矩引起的二次应力，并加强平面的纵向连接。
钢板组合梁桥主梁的主要结构形式
2、大间距双主梁钢-混凝土组合梁的结构特点
随着技术的发展和进步，日本也从 20 世纪 80 年代末开始研究钢混组合梁桥的承重系统，大大减少了横撑和腹板加劲肋，同时，开始使用大间距钢混组合梁，将 2 车道公路桥的主梁由原来的 4 根减少到 2 根。
大间距钢混组合梁桥采用钢混组合桥面或预应力混凝土桥面，减少了主梁的数量，可以简化或省略横梁、横向连接等结构，当跨度达到50~60m且梁高不受限制时，主梁的数量还可以减少钢结构的加工、运输和安装成本， 采用大间距钢板梁更经济，其典型的截面形式也是双梁。
自 1980 年代以来，法国专注于钢-混凝土组合结构的开发和研究，并建造了许多具有前瞻性的桥梁。其中，在钢混组合梁方面，传统结构得到了极大的简化，双主梁的钢混组合梁被视为中小跨度新型桥梁的主流。1985年，法国制定了《双梁复合钢板梁桥用钢Concrete_Composite_Bridges_Sustainable_Design_Guide设计导则》，并于1990年修订制定）。
U 形组合梁
03
钢混组合梁桥的体会与思考
1 材料和结构
如前所述，日本和法国的钢混组合梁的发展过程也伴随着结构不断简化的过程，钢结构桥梁与混凝土桥梁不同的一个非常重要的特点是钢结构构件的尺寸更小，稳定性和疲劳问题更加突出，对应的结构和细节措施特别多， 有些结构细节是可以随着理论的发展来计算的，有些结构细节计算得不清楚，需要根据实践和经验来制定。虽然中小跨径的钢混组合结构桥梁的许多结构细节都有成熟的经验，规范中也有相应的规定，但在设计过程中仍然需要知道它是什么以及为什么需要了解它，从而知道结构的哪些部分可以简化，哪些部分需要加强。如果钢板梁设计中某些板材的尺寸和结构不符合《公路钢结构桥梁设计规范》对稳定性的要求，后期咨询规范编制者知道规定的尺寸和施工要求仅适用于一般的纯钢板梁， 并且组合梁截面因中性轴的向上运动而缩短，钢梁的压缩面积缩短，因此无需为稳定性要求设置尺寸和结构限制。
钢结构设计材料、结构和细节与计算分析一样重要，甚至更重要，计算不能忽视。
2 复合梁桥面
中小跨度钢-混凝土组合梁桥面包括RC钢筋混凝土桥面、PC预应力混凝土桥面和SC钢-混凝土组合桥面。目前，我国SC复合桥面的实际应用并不多，四川省有相应的地标性建筑，但在设计理念上，需要进一步合理化和适应结构。
随着主梁根部数量的减少和间距的扩大，要求桥面具有更高的跨度和耐久性能，传统的钢筋混凝土桥面已不能满足要求。欧美国家多数采用高强度混凝土和应用横向预应力的方法，并进一步采用预制预应力混凝土桥面，以提高混凝土质量，减少收缩和蠕变的不利影响。然而，预应力混凝土桥面存在自重大、施工质量要求高等问题。从 20 世纪 80 年代末开始，日本开发了钢-混凝土组合桥面，通过车轮驱动疲劳试验、有限元分析等理论研究和实验，证明组合桥面不仅具有与预应力混凝土桥面相同的承载能力和耐久性， 而且还具有重量轻、施工方便、改造加宽成本低等优点。
复合桥面作为一种新型的桥面施工形式，通过钢板底部设置混凝土，上部通过焊钉或多孔板连接件连接，形成复合型桥面结构。钢-混凝土组合桥面考虑了混凝土和正交各向异性桥面的优点
（1）增加了桥面的刚度和强度，通过用钢板包裹混凝土提高了桥面的整体刚度，可以充分利用混凝土的抗压性能和钢材的抗拉性能，提高桥面的整体承载能力;
（2）与混凝土桥面相比，桥面的容重降低，可以实现更大的跨度，同时与正交各向异性钢桥面相比，可以更好地与沥青路面结合，提高桥面的行进稳定性和耐久性;
（3）钢混组合桥面中的钢板也可作为模板，直接提供混凝土浇筑平台，消除了模板材料和支撑架设的问题，实现快速吊装施工。
因此，钢-混凝土组合桥面可以作为未来高性能桥面应用的重要方向。
3. 主梁的纵向积分计算
对于负弯矩区桥面的纵向设计计算，由于施加预应力的效果不理想，常用的设计方法是允许开裂并限制裂缝宽度的设计方法，但《公路钢结构桥梁设计规范》第 11.3.3 条和《公路钢混组合桥设计与施工规范》第 7.5 条仅给出了计算方法和的相应规定，并没有明确给出桥面纵向设计的原则和方法。我国目前的做法主要以德国DIN规范（与Euro4规范一致）为基础，根据裂缝宽度限制，采用限制钢筋应力和最大钢筋直径的方法。
对于钢混组合结构桥面的横向设计计算，由于钢混组合结构的混凝土桥面与混凝土桥面的力学性能和工作性能存在一定的差异，因此不能简单地适用混凝土桥面的设计计算方法， 并且必须考虑钢-混凝土组合桥混凝土桥面纵梁刚度的影响。对于具体项目的设计，为了设计的方便性和直观性，一般会采用一些近似简化的算法。对于桥面的横向简化计算，美国ASSHTO和日本标准对混凝土桥面的计算方法都有规定，这是使用经验公式的计算方法，但如前所述，日本标准的大间距钢板梁仅限于6m的梁间距，因此不适用于目前的大间距双主梁钢-混凝土组合梁， 因此，目前，这种大间距双梁钢-混凝土组合梁桥面的横向计算仍然只能由通用有限元软件直接对弹性支撑连续板进行，工作量较大钢结构梁计算公式，对设计者的理论水平要求也较高。
4. 负弯矩区设计
提高组合梁桥负弯矩的抗裂能力可通过以下方式解决：
（1） 桥面的滞后粘合。通过先在跨区中部浇筑桥面，使钢梁提前变形，消除了混凝土桥面与中跨区钢梁结合的收缩蠕变效应，最后结合负弯矩区的桥面，降低开裂风险。这种方法需要调整桥面的现浇工艺，可以更方便地应用于预制拼装桥面，而对于完全现浇的桥面，那么施工工艺调整更加繁琐，施工效率降低。这种方法在城市高架桥和跨海桥梁的建设中也得到了广泛的应用，可以减少开裂的可能性，但不能完全消除开裂。
（2） 座位转移法。在施工中通过调整中间支护的位移，使负弯矩区的混凝土形成预紧作用，主要实施方法是在钢梁架设完成后顶起中间支护，在桥面浇筑完成后将中间支护放置在原位， 并形成预加载效果。方法施工过程非常简单，实施效果也很明显，但中间支点钢梁需要加固以方便顶升，还需要有足够的空间放置顶升装置。这种实现消除了开裂的风险，但需要精确的计算分析。
（3） 跨度到中压。同样在施工过程中，钢梁架设完成后，对中跨进行预紧配重，混凝土桥面浇筑后，释放中跨的中压，使负弯矩区域形成预紧作用。中跨压力法仅限于中小跨度桥梁，增加大跨度桥梁的压力可能会对钢梁造成损坏或损坏。
钢板组合梁与空心板的经济性比较
以美国跨度为 14.02m 的 U 型钢组合梁和中国 13m 空心板标准图为例，对两者的混凝土掺量和钢掺量进行了对比分析：U 型钢组合梁与空心板梁的单位混凝土消耗量比为 0.20：1， 单位用钢量为0.98：1，即在用钢量几乎相同时，U型钢组合梁的混凝土消耗量大大降低，进一步分析表明，在相同的桥宽下，U型钢组合梁的材料消耗量约为空心板梁的一半。
钢板组合梁、T型钢和小箱梁的经济性比较
根据《公路桥梁总图》和美国钢铁市场发展研究所的钢板组合梁图集，对混凝土T型梁桥、小箱梁桥和钢板组合梁桥的混凝土和钢材消耗量进行了比较，结果如图9所示。由此可见，随着跨径的增加，钢板组合梁桥的混凝土用量几乎没有变化，始终低于混凝土梁桥。用钢量随跨径的增加而增加，且高于混凝土梁桥。
考虑材料回收利用后钢结构梁计算公式，钢板组合梁桥的用钢量大大减少，约为混凝土桥的30%，如图
