日本组合梁发展历史、早期桥面板损伤原因、对策简介

现查阅相关资料后对其组合梁发展及桥面板损伤原因进行归纳总结，以为借鉴。

合成组合梁（国内常规通称组合梁） ：钢混通过剪力键粘结后，形成联合截面，两种材料共同承受组合后的荷载及作用。

非合成组合梁 ： 剪力键布置稀疏，通常间距在1m左右。可采用柔性弯折钢筋，一般用于现浇；也可采用剪力钉，一般用于预制。

钢和砼连接没有合成组合梁那么强，但也不能太弱，至少能够传递纵横向水平力。

在非合成组合梁中，桥面板更多的是竖向传力作用。 在正常使用工况下，砼面板和钢主梁可以相对滑移，在极限工况（地震等）下，两者形成组合截面共同抵抗。(实际钢混连接程度难以确定)

1、日本组合梁发展历史

20世纪40年代后期，德国开发出一种合成组合梁，由于其合理和经济性，世界对其展开了广泛研究。

日本于二战后，1955年左右开始引入组合梁，1970年左右，组合梁建造数量占钢桥的40%以上。

但之后随着 施工方法的复杂、交通量增加、追求经济性设计等因素 ， 桥面板出现大面积病害 ，且 如何在不妨碍交通的情况下对合成组合梁进行维修也成为一个问题 ，这导致当时人们对合成组合梁功能产生怀疑（尤其连续组合梁）。

当时，并未就此展开深入研究，2种不同结构寿命的材料作为整体受力建造，被认为是不适合维护和维修的。

继而转向了非合成组合梁设计 （考虑运营期更换桥面板对结构影响不大，但非合成组合梁在传力方面难以量化，尤其是连接板和钢梁的连接件的作用） ，另由于中支点桥面板抗裂问题，很少建造连续组合梁。

（德国和法国1970年以前通常采用中间支点主梁顶升落梁施加预压力或引入预应力来应对中支点桥面板开裂问题，但后来 由于施工繁琐，相对PC梁竞争力低，继而转向了与北美和英国一样的限制裂缝宽度的设计理念 ）

同时考虑到RC板的耐久性，桥面板横向跨度小于或等于3m。

另外一个转向非合成组合梁设计的重要因素是，在大规模建设时期，1973年的公路桥规范首次纳入了非预应力连续梁的规定，但未纳入合成组合梁。

而后几版规范也未对合成组合梁进行大的修编，导致合成组合梁研究进展缓慢。

除了规范，建设部的《组合梁标准设计图集》也对合成组合梁的走向产生了影响，图集中只包含了简支活载组合梁，不包含连续组合梁。

继而带来的引导是通常会认为合成组合梁一般仅适用简支活载组合梁。

1990年左右，在大幅降低建造成本的强烈要求下，转向了少主梁设计体系。

         

日本桥梁技术特点结合文献归纳如下：

1)随着欧洲各国对混凝土结构的不断开发，对桥面板采用裂缝控制理念的出现，组合梁蓬勃发展。

与此相对，日本从引进和实践都进行了极为集中的研究， 但一旦发现引入预应力、施工的复杂、桥面板损伤等问题时，没有选择作为课题进行研究，而是选择了放弃这种设计（合成、连续等），转而选择其他（非合成等）。

2)在日本，缺少桥梁技术的过渡和发展。

欧美的技术相对灵活，日本的技术相对固定，因此，欧美技术的发展是连续的，而 日本的技术变革是阶梯式，存在不连续 。

在某个时间点，从欧美等外部引进技术后会产生影响并立即发生变化，然后在一段时间内保持相同的状态。

从1950～1973年制定规范之前和之后的组合梁就是这样。

一旦形成了一定的实绩并制定了规范， 就很难再跳出规范的框架，继而固化 。

3)但是如果新的合理组合结构在欧美有新的实例，则又有灵活采用的趋势（如窄幅）。

2、日本桥面板损伤情况

RC桥面板的常规病害是桥面板下方的裂纹从1个方向(主受力方向)发展为2个方向(次受力方向)的网格状。

再经过漏水、游离石灰的渗漏和钢筋的腐蚀，最终导致剥离和脱落。

其他也有接缝部或桥面板表面损伤(如土砂化)等。

         

         

         

①由于干燥收缩导致垂直于主梁轴向的裂缝

②由于交通荷载导致的裂缝扩展

③梁上的弯曲裂缝扩展至网格状裂缝

④混凝土破坏，块状掉落

在上述第2阶段后， 桥面渗水较多，在通过混凝土裂缝处 时，

Ca++导致裂缝摩擦磨损，进一步促进。

Ca++在桥面板下方与空中碳酸气体结合，产生白色生成物游离石灰。

常年铺装湿润情况下，打开铺装后，桥面板顶板已经变成泥

         

桥面板厚度增加 后的病害主要有：桥面板上方水平裂缝(通常在上层钢筋附近)、盐害导致上层钢筋生锈、材料退化如冻害等。

         

         

         

3、日本早期桥面板损伤原因

1)板厚偏小

1964年的道示书(日本桥梁设计规范)要求桥面板跨度2～4m下最小有效板厚为11cm (全厚约14cm) ，原文如下：

       

由于竞争经济性设计，为了减少钢重， 设计尽量增大主梁的间距和减少桥面板厚度 。

1973～1979年分别加厚至16、18cm。

2)设计原因

早些年设计上主要有以下原因：

(1)注重经济性，使用了一些高强度钢材，刚度偏小。

(2)钢筋、混凝土等材料性能均贴近极限承载力。

(3)次受力方向钢筋配置不足，1964年以前要求为主受力方向的1/4，现在要求1/3。

(4)没有考虑多主梁差异沉降(尤其是设置小纵梁时)。由于合成组合梁通常较非合成组合梁梁高小，刚度也较小。差异沉降对桥面板附加作用大。

(5)正负弯矩交变应力影响。

3)施工原因

(1)早年大量的桥梁建设，导致河沙枯竭，使用了 碎石和海砂 。

(2)早年施工工艺不熟悉，水平差。现在施工方法控制不当如养护(干燥收缩大)。

(3)施工阶段合成组合梁钢梁较非合成更加敏感，通常成桥与设计状态存在差异。

4)其他原因

(1)交通量大，单车轮荷载较大

(2)路面平整度不佳，引起过大冲击。

(3)车轮荷载的轨迹与主梁布置的关系。(车道下方设置主梁)

(4)盐害、混凝土中性化(碳化)、冻融循环。

(5)防排水功能下降。会导致水渗入裂缝使得混凝土间摩擦力下降，进一步降低桥面板的抗剪性能。

(6)对于连续组合梁，中支点负弯矩存在裂缝的问题。

在初期设计时，对温度变化引起的拉伸应力估计过低，再加上施工时没有充分考虑养护方法，导致干燥收缩比预想的要严重很多。

4、对策

针对此，1978年采取的对策主要有3条：

(1)多主梁组合梁RC桥面板跨径由4m以下调整至3m以下。

(2)钢筋容许应力由180MPa调整为140MPa，1996年进一步降低至120Mpa。

(3)考虑交通量的板厚增加系数。（后又纳入桥面板弹性支撑不均匀系数）

日本2017版新规范考虑疲劳耐久性对桥面板厚度结合受力方向、类型、交通量等因素进行了更加全面的规定。

地方设计手册中明确RC桥面板跨度不宜大于3m。

按照常用的3m横向单向板，板厚要求为30x3+110=20cm，且不小于16cm， 此外还需考虑大型车交通量和桥面板弹性支撑刚度的影响。(浙江省内常用板厚25～27cm，约1.25增大系数)

       

       

       

         

         

此外连续组合梁的负弯矩区桥面板需要考虑干燥收缩附加应力(日本规范考虑为150με)、施工期间需要加强养护、桥面板等级不宜过高(RC板通常采用C35～40无收缩砼)。

1990年以后构造发生改变，采用少主梁的 PC板或钢混合成床板。

2004年日本桥梁建设协会发布了《新型钢桥的诞生Ⅱ》，给出了建议的合理化钢桥结构类型。

         

       

       

         

         

日本5种典型钢混组合桥面板如下：

         

         

         

         

         

参考文献：

1)道路钢混合成组合梁历史的调查(1997.6)。 

2)合成组合梁设计法(2018.12)。

3)钢桥设计方法的变迁和未来展望。

4)合成组合梁RC桥面板现状课题。