2.3　钢混结合段部位的设置

2.3.1　混合加劲梁钢混结合段的设置原则

钢混结合段是混合梁斜拉桥的关键结构部位，也是该体系桥梁研究的重点和难点。一般来说，结合段两种材料特性和不同的结构构造会引起结构刚度的突变，结合段接头位置是否合理以及刚度是否匹配，均会影响车桥耦合振动分析，影响行车的安全性和乘坐的舒适性。钢混结合段的内力传递途径、钢与混凝土结构内力分担比例和变化规律以及影响范围，钢混结合段结构构造布置是否能流畅地传递各种荷载效应，使钢混结合段具有良好的抗疲劳性和耐久性，这些都是钢混结合段需要解决的关键技术。

（1）钢混结合段位置设置原则：

混凝土主梁的布置主要有：其一，边跨锚固跨采用混凝土梁，压重跨采用钢梁，一般来说，钢混结合段设在边跨邻近桥塔的辅助墩附近，如主跨1018m的香港昂船洲大桥、主跨518m汕头礐石大桥及日本主跨890m的多多罗大桥。其二，边跨全部采用混凝土梁，钢混结合段设在索塔往主跨方向的适当位置，如主跨856m法国诺曼底大桥、主跨926m鄂东长江大桥，以及宁波铁路枢纽北环线甬江特大桥和昌吉赣铁路赣江特大桥等。国内外已建大跨公路混合梁斜拉桥孔跨布置及钢混结合段位置见表2-4。

续上表

钢混结合段位置设于主跨侧，一方面是考虑主跨钢梁较轻，每米混凝土梁比钢梁重很多，可以提高主跨梁的重力刚度，帮助减少主跨在列车荷载作用下的挠度；另一方面可以适当减少主跨加劲钢箱梁长度，增强主跨钢箱梁的抗风及列车运行的稳定性。钢混结合段位置设于边跨侧，一方面邻近桥塔压重跨跨径比较大，为了减少邻塔辅助墩的设置，减少压重跨邻塔端梁体弯矩；另一方面也是为了减少锚固跨的跨径和跨数，减少锚固跨混凝土梁现浇混凝土的施工难度。

（2）钢混结合段位置的选取一般应注意以下几个原则：

①钢混结合段位置处的列车荷载静动力响应较小。

钢混结合段应设置于梁体内力和位移的变幅均较小的位置，以确保钢混结合段抗疲劳性和结构耐久性。结合段受力方面，应优先保证运营状态列车活载下结合部弯矩幅值和轴力幅值较小，以确保钢混结合段的抗裂性和抗钢混脱离性能。一般来说，主塔中心处部位梁体受风力产生的横向弯矩和活载产生的竖向弯矩均较大，因此钢混连接部位宜选择在离开主塔中心一段距离。钢混结合段由于车桥振动引起的振动位移及加速度应适中，不能因为钢混过渡梁体刚度差异过大引起突变响应而影响列车运行的安全性和乘坐的舒适性。

②考虑全桥结构整体刚度要求。

铁路桥梁对加劲梁横向挠跨比、竖向挠度和梁端转角等整体刚度指标均有严格要求，钢混结合段位置方案设置选择时应考虑全桥结构刚度需求因素。

③与边跨锚固的跨径相配合。

设置位置尚需考虑能起到平衡锚固跨、使锚固跨受力合理的作用。如伸入主跨过多，将使桥塔横梁顶加劲梁负弯矩区受力不利，若伸入主跨长度过小，则达不到紧邻的锚固跨平衡压重跨跨中正弯矩的作用。

④施工方便，质量容易保证。

钢混结合段设置位置还应结合地形地物及水文条件等因素合理确定，以方便施工和易于质量控制。当边跨位于陆地，主跨有一部分位于陆地或浅水区时，边跨和部分主跨采用混凝土主梁，钢混结合段设置于主跨侧的陆地边缘或浅水区附近，此时，混凝土梁段可以沿用边跨混凝土的施工方法或采取与边跨压重段梁体对称悬臂施工方法。如果考虑与边跨混凝土梁同样现场浇筑的方法施工，则钢混结合段位置不宜伸入主跨过多，既可能占用有效通航水域，妨碍船舶航线，又由于需要水中施工，而增大施工难度和增加施工临时措施费用。

（3）铁路混合梁斜拉桥加劲梁钢混结合段位置总体上来说具有：

①大跨度铁路混合梁斜拉桥若不受限于地形和水文条件，从结构受力和经济性两因素来考虑的话，一般由铁路列车运行的刚度条件所决定，钢混结合段宜设置于桥塔主跨梁一侧，由索塔往主跨方向一定的距离位置。伸入主跨的混凝土梁的长度越长，对提高主跨加劲梁的刚度就越大，相应伸入的梁越长就要考虑悬臂施工的方法。但是，从实桥设计来看，钢混结合段距邻近桥塔中心线一般不超过主跨跨径的15％。

②在大多数因地形或水文条件等原因，造成锚固跨较短、辅助墩不能设置多个、施工造价很高、边跨的压重跨混凝土梁布置的长一些。此时，如果压重跨跨径较大的话，可以将压重跨的梁体设置与主跨钢箱加劲梁一致，以解决梁体受力和减少施工难度，钢混结合段的位置设置在边跨侧邻近最后一个辅助墩附近的位置。

2.3.2　钢混结合段不同位置内力与位移的比选

1.位于主跨侧钢混结合段不同位置方案

比如主跨468m的钢箱混合梁斜拉桥，边跨位于陆地，桥塔处于河堤以外，主跨靠近桥塔附近两侧部分也是在陆地或浅滩，部分主跨位于水中跨越通航水域。综合考虑地形、水文、施工和经济性各因素，钢混结合段设置在主跨侧，混凝土梁伸入主跨距桥塔中心的距离范围约为15～55m。基于此，为了考察钢混结合段不同位置对结构技术经济性的影响，选取位于主跨侧钢混结合段距桥塔中心不同位置方案，见表2-5。

2.结合段不同位置方案全桥整体纵向计算

所选取的五个不同钢混结合段位置方案计算比较结果见表2-6，如图2-11和图2-12所示。

由表2-6和图2-11、图2-12可知，随着钢混结合段位置离塔中心进入主跨的距离增大，则：

①主跨加劲梁竖向刚度增大；

②静活载下结合段内力幅变化微小；

③结合段内力显著减小，特别是结合段位置24.5m处移至33.5m处，结合段内力发生骤降；

④静活载下结合段处的竖向位移呈线性增大，竖向转动位移也显著增大。

3.结合段不同位置方案结合段横向内力

不同位置结合段横向内力见表2-7及图2-13。

由表2-7和图2-13可知，随着钢混结合段位置离塔中心进入主跨的距离增大，结合段横向弯矩和横向剪力显著减小，尤其是横向弯矩，结合段位于51.5m处时的结合段横向弯矩分别仅为15.5m处的横向弯矩的58.7％、73.1％和57.7％。

4.结合段不同位置方案加劲梁及结合段横向与转角位移

不同位置加劲梁跨中及结合段横向与转角位移结合段横向内力见表2-8，如图2-14和图2-15所示。

由表2-8可知，随着主跨侧钢混结合段位置离桥塔的距离增大，在各荷载组合作用下，结合段处横向位移和横向转角位移逐渐增大，而加劲梁跨中横向刚度略有增大。

5.不同结合段位置方案加劲梁动力性能

将方案2与方案4进行车桥耦合振动分析，得出分析结果见表2-9。随着钢混结合段位置离桥塔进入主跨的距离增大，在各荷载组合作用下，结合点处横向位移和横向转角位移逐渐增大；结合段处由单线或双线行车引起的振动位移及振动加速度均有所增加，但均能满足有关规程要求。

6.钢混结合段不同位置方案比选结论

就结构静动力受力性能方面，方案2和方案3较优；而施工便捷性和质量控制而言，方案1和方案2均可利用塔区支架的有力支撑，施工适应性优异，而方案4和方案5均伸入河道厚覆盖淤泥质浅滩，支架和栈桥投入较大，施工成本较高，而方案3的钢混结合段刚好位于河堤正上方，施工需破堤，不宜采用。

综合而言，方案2横竖向刚度适宜，结合段位置内力水平不大，车桥振动引起的结合段处振动位移及加速度适中，未出现刚度差异引起的突变响应，经济性能优良，有利于现场施工，各项指标相对均衡，因此，采用方案2即混凝土梁伸入中跨24.5m的方案。