2.3　鋼混結合段部位的設置

2.3.1　混合加勁梁鋼混結合段的設置原則

鋼混結合段是混合梁斜拉橋的關鍵結構部位，也是該體系橋梁研究的重點和難點。一般來說，結合段兩種材料特性和不同的結構構造會引起結構剛度的突變，結合段接頭位置是否合理以及剛度是否匹配，均會影響車橋耦合振動分析，影響行車的安全性和乘坐的舒適性。鋼混結合段的內力傳遞途徑、鋼與混凝土結構內力分擔比例和變化規律以及影響范圍，鋼混結合段結構構造布置是否能流暢地傳遞各種荷載效應，使鋼混結合段具有良好的抗疲勞性和耐久性，這些都是鋼混結合段需要解決的關鍵技術。

（1）鋼混結合段位置設置原則：

混凝土主梁的布置主要有：其一，邊跨錨固跨采用混凝土梁，壓重跨采用鋼梁，一般來說，鋼混結合段設在邊跨鄰近橋塔的輔助墩附近，如主跨1018m的香港昂船洲大橋、主跨518m汕頭礐石大橋及日本主跨890m的多多羅大橋。其二，邊跨全部采用混凝土梁，鋼混結合段設在索塔往主跨方向的適當位置，如主跨856m法國諾曼底大橋、主跨926m鄂東長江大橋，以及寧波鐵路樞紐北環線甬江特大橋和昌吉贛鐵路贛江特大橋等。國內外已建大跨公路混合梁斜拉橋孔跨布置及鋼混結合段位置見表2-4。

續上表

鋼混結合段位置設于主跨側，一方面是考慮主跨鋼梁較輕，每米混凝土梁比鋼梁重很多，可以提高主跨梁的重力剛度，幫助減少主跨在列車荷載作用下的撓度；另一方面可以適當減少主跨加勁鋼箱梁長度，增強主跨鋼箱梁的抗風及列車運行的穩定性。鋼混結合段位置設于邊跨側，一方面鄰近橋塔壓重跨跨徑比較大，為了減少鄰塔輔助墩的設置，減少壓重跨鄰塔端梁體彎矩；另一方面也是為了減少錨固跨的跨徑和跨數，減少錨固跨混凝土梁現澆混凝土的施工難度。

（2）鋼混結合段位置的選取一般應注意以下幾個原則：

①鋼混結合段位置處的列車荷載靜動力響應較小。

鋼混結合段應設置于梁體內力和位移的變幅均較小的位置，以確保鋼混結合段抗疲勞性和結構耐久性。結合段受力方面，應優先保證運營狀態列車活載下結合部彎矩幅值和軸力幅值較小，以確保鋼混結合段的抗裂性和抗鋼混脫離性能。一般來說，主塔中心處部位梁體受風力產生的橫向彎矩和活載產生的豎向彎矩均較大，因此鋼混連接部位宜選擇在離開主塔中心一段距離。鋼混結合段由于車橋振動引起的振動位移及加速度應適中，不能因為鋼混過渡梁體剛度差異過大引起突變響應而影響列車運行的安全性和乘坐的舒適性。

②考慮全橋結構整體剛度要求。

鐵路橋梁對加勁梁橫向撓跨比、豎向撓度和梁端轉角等整體剛度指標均有嚴格要求，鋼混結合段位置方案設置選擇時應考慮全橋結構剛度需求因素。

③與邊跨錨固的跨徑相配合。

設置位置尚需考慮能起到平衡錨固跨、使錨固跨受力合理的作用。如伸入主跨過多，將使橋塔橫梁頂加勁梁負彎矩區受力不利，若伸入主跨長度過小，則達不到緊鄰的錨固跨平衡壓重跨跨中正彎矩的作用。

④施工方便，質量容易保證。

鋼混結合段設置位置還應結合地形地物及水文條件等因素合理確定，以方便施工和易于質量控制。當邊跨位于陸地，主跨有一部分位于陸地或淺水區時，邊跨和部分主跨采用混凝土主梁，鋼混結合段設置于主跨側的陸地邊緣或淺水區附近，此時，混凝土梁段可以沿用邊跨混凝土的施工方法或采取與邊跨壓重段梁體對稱懸臂施工方法。如果考慮與邊跨混凝土梁同樣現場澆筑的方法施工，則鋼混結合段位置不宜伸入主跨過多，既可能占用有效通航水域，妨礙船舶航線，又由于需要水中施工，而增大施工難度和增加施工臨時措施費用。

（3）鐵路混合梁斜拉橋加勁梁鋼混結合段位置總體上來說具有：

①大跨度鐵路混合梁斜拉橋若不受限于地形和水文條件，從結構受力和經濟性兩因素來考慮的話，一般由鐵路列車運行的剛度條件所決定，鋼混結合段宜設置于橋塔主跨梁一側，由索塔往主跨方向一定的距離位置。伸入主跨的混凝土梁的長度越長，對提高主跨加勁梁的剛度就越大，相應伸入的梁越長就要考慮懸臂施工的方法。但是，從實橋設計來看，鋼混結合段距鄰近橋塔中心線一般不超過主跨跨徑的15％。

②在大多數因地形或水文條件等原因，造成錨固跨較短、輔助墩不能設置多個、施工造價很高、邊跨的壓重跨混凝土梁布置的長一些。此時，如果壓重跨跨徑較大的話，可以將壓重跨的梁體設置與主跨鋼箱加勁梁一致，以解決梁體受力和減少施工難度，鋼混結合段的位置設置在邊跨側鄰近最后一個輔助墩附近的位置。

2.3.2　鋼混結合段不同位置內力與位移的比選

1.位于主跨側鋼混結合段不同位置方案

比如主跨468m的鋼箱混合梁斜拉橋，邊跨位于陸地，橋塔處于河堤以外，主跨靠近橋塔附近兩側部分也是在陸地或淺灘，部分主跨位于水中跨越通航水域。綜合考慮地形、水文、施工和經濟性各因素，鋼混結合段設置在主跨側，混凝土梁伸入主跨距橋塔中心的距離范圍約為15～55m。基于此，為了考察鋼混結合段不同位置對結構技術經濟性的影響，選取位于主跨側鋼混結合段距橋塔中心不同位置方案，見表2-5。

2.結合段不同位置方案全橋整體縱向計算

所選取的五個不同鋼混結合段位置方案計算比較結果見表2-6，如圖2-11和圖2-12所示。

由表2-6和圖2-11、圖2-12可知，隨著鋼混結合段位置離塔中心進入主跨的距離增大，則：

①主跨加勁梁豎向剛度增大；

②靜活載下結合段內力幅變化微小；

③結合段內力顯著減小，特別是結合段位置24.5m處移至33.5m處，結合段內力發生驟降；

④靜活載下結合段處的豎向位移呈線性增大，豎向轉動位移也顯著增大。

3.結合段不同位置方案結合段橫向內力

不同位置結合段橫向內力見表2-7及圖2-13。

由表2-7和圖2-13可知，隨著鋼混結合段位置離塔中心進入主跨的距離增大，結合段橫向彎矩和橫向剪力顯著減小，尤其是橫向彎矩，結合段位于51.5m處時的結合段橫向彎矩分別僅為15.5m處的橫向彎矩的58.7％、73.1％和57.7％。

4.結合段不同位置方案加勁梁及結合段橫向與轉角位移

不同位置加勁梁跨中及結合段橫向與轉角位移結合段橫向內力見表2-8，如圖2-14和圖2-15所示。

由表2-8可知，隨著主跨側鋼混結合段位置離橋塔的距離增大，在各荷載組合作用下，結合段處橫向位移和橫向轉角位移逐漸增大，而加勁梁跨中橫向剛度略有增大。

5.不同結合段位置方案加勁梁動力性能

將方案2與方案4進行車橋耦合振動分析，得出分析結果見表2-9。隨著鋼混結合段位置離橋塔進入主跨的距離增大，在各荷載組合作用下，結合點處橫向位移和橫向轉角位移逐漸增大；結合段處由單線或雙線行車引起的振動位移及振動加速度均有所增加，但均能滿足有關規程要求。

6.鋼混結合段不同位置方案比選結論

就結構靜動力受力性能方面，方案2和方案3較優；而施工便捷性和質量控制而言，方案1和方案2均可利用塔區支架的有力支撐，施工適應性優異，而方案4和方案5均伸入河道厚覆蓋淤泥質淺灘，支架和棧橋投入較大，施工成本較高，而方案3的鋼混結合段剛好位于河堤正上方，施工需破堤，不宜采用。

綜合而言，方案2橫豎向剛度適宜，結合段位置內力水平不大，車橋振動引起的結合段處振動位移及加速度適中，未出現剛度差異引起的突變響應，經濟性能優良，有利于現場施工，各項指標相對均衡，因此，采用方案2即混凝土梁伸入中跨24.5m的方案。