（橋樑網 作者深圳市市政設計研究院有限公司 姜瑞娟 徐添華 談志鴻）鋼—混凝土組合結構橋樑，通過兩種材料的結合工作，充分發揮了混凝土抗壓和鋼材抗拉性能上的優勢，避免了混凝土受拉開裂和鋼材受壓失穩的問題。
同時，組合結構也具有結構自重輕、施工性能好、環保節能、耐久性好等方面的優點。目前，組合結構橋樑在歐美已經成為了城市和公路橋樑的主要結構形式。
法國、日本和美國近年建造的橋樑中組合結構的比例分別達到85%、41%和35%。相比之下，組合結構橋樑目前在我國的採用比例不足1%。
長期以來，混凝土的價格優勢和鋼鐵的產能制約是國內組合結構橋樑比例偏低的主要原因。然而，近年來我國鋼鐵產能已經得到極大提升，甚至出現產能過剩的情況。
同時，雖然混凝土價格較低，但從綜合效益上看，組合結構存在比較優勢，在中小跨徑橋樑中優勢尤其明顯。
深圳市政院自20世紀90年代以來一直以創新作為驅動力，堅定而踏實地進行組合結構橋樑的探索和實踐。
深圳市彩虹大橋、芙蓉大橋
探索實踐：組合結構橋樑的有益嘗試
1鋼-混凝土組合箱梁橋
城市橋樑以中小跨徑橋樑居多，大跨度和特大跨度橋樑較少。目前我國城市中小跨徑橋樑多采用混凝土結構，容易出現腹板和底板開裂問題，不僅影響結構安全，還加大了橋樑管養的負擔。因此，深圳市政院在其設計的城市中小跨徑橋樑中大量應用組合結構。
其中，鋼-混凝土組合箱梁是城市中小跨徑組合結構橋樑的主要形式之一。代表性橋樑有紅桂路至曬布路拓寬改造工程、南山區麗水路東段市政工程麗水路橋、香梅路跨線橋等。
紅桂路至曬布路拓寬改造工程是深圳市唯一一座以“建築設計景觀橋”為設計理念的城市鋼-混組合箱梁跨線橋，橋樑總長約1公里，線形平順、流暢，結合地形限制條件採用自然的S形曲線。
橋樑跨越四線電氣化線路的京九鐵路，受鐵路淨空、限界的限制，設計了40米跨徑、極限梁高為1米的超薄肋板組合鋼箱梁。該橋帽梁採用歐式柱頭，墩柱採用歐式槽線造型，同時箱形主樑採用魚腹形流線圓角鈍化處理，對橋上防撞護欄建築進行了細部刻畫，把市政高架立交橋融入建築景觀設計，從而取得了較好的城市空間景觀效果。
麗水路橋是深圳市南山區麗水路東段市政工程中的重要工程，上跨西麗水庫排洪渠。為滿足橋下西麗水庫渠道排洪和遠期校區皮划艇比賽的要求，渠道中不允許設置橋墩，因此選擇主跨50米大跨度簡支梁橋，橋寬26米。在一系列新技術的基礎上，實現了50米跨度的簡支梁梁高只有1.9米的突破設計。
深圳市香梅路跨線橋
深圳市麗水路橋
2鋼管混凝土拱橋
鋼管混凝土拱橋的設計理念最初起源於20世紀30年代的前蘇聯，90年代初引入我國並逐漸成為了一種常用的橋樑結構型式。
深圳市政院先後設計了深圳北站大橋（彩虹橋）、深圳芙蓉大橋、東莞水道特大橋、東莞大汾北水道特大橋、浙江紹興鏡湖新區風林西路1號景觀橋等一系列鋼管混凝土拱橋。
深圳北站大橋（彩虹橋）是一座主跨為150米的拱墩固結、單跨下承式無鉸鋼管混凝土柔性系杆拱橋。主拱肋採用四肢鋼管混凝土空間桁架結構，橋面為雙向4車道，寬23.5米。
其採用鋼管混凝土主拱、鋼管混凝土組合橋墩、預應力鋼-高託座混凝土空心板疊合梁，是我國首座採用組合梁懸吊橋面系的鋼管混凝土拱橋。
東莞水道特大橋是一座主橋為三孔50＋280＋50＝380米飛鳥式鋼管混凝土系杆桁拱橋，主拱肋為由4根鋼管組成的桁式鋼管混凝土系杆拱，邊拱為等截面鋼筋混凝土拱。該橋由左、右完全獨立的兩幅橋組成，每幅橋寬26.1米。其280米的中承式鋼管混凝土桁拱主跨位居當時世界同類橋樑第三。
東莞水道特大橋
3波形鋼腹板組合梁橋
波形鋼腹板組合梁橋是一種優越的新型組合結構，於21世紀初引入中國。該種結構由混凝土頂底板、預應力索和波形鋼腹板三部分組成。
與普通鋼-混組合梁橋相比，波形鋼腹板組合梁橋能夠有效地提高結構的預應力效率，增強鋼腹板的抗屈曲能力，避免腹板開裂問題，同時無須設置腹板加勁肋。
其既繼承了普通鋼混組合梁橋的優點，同時又是對傳統體外預應力混凝土梁橋的一種改進。十多年來，深圳市政院對此種新型組合結構橋樑進行了大力推廣。
深圳東寶河新安大橋連接深圳市沙井鎮和東莞市長安鎮，採用跨徑為88+156+88米的波形鋼腹板組合箱梁橋。橋樑橫向佈置為雙幅橋，單幅橋寬16.25米。
與其他同類橋樑不同，東寶河新安特大橋創新性地在跨中49.6米一段採用鋼底板設計，進一步實現結構的輕型化，減少了墩頂負彎矩和剪力，極大地提高了此類橋樑的跨越能力。
深圳市東寶河新安特大橋
伊朗德黑蘭北部高速BR-06橋是波形鋼腹板組合箱梁橋應用於高抗震地區的典型工程。大橋處於9度地震區，且伊朗交通部要求採用地震動峰值加速度達0.816g的實測地震波（伊朗地震局提供）作為E2水平地震驗算，抗震要求極高。
建成的伊朗德黑蘭北部高速BR-06橋跨徑佈置為83+153+83米，分左右兩幅，每幅橋寬為13.1米。支座處配置國產的減隔震支座與阻尼器。
減隔震支座為具有兩種工況特點的位移分離式雙球面減隔震支座，在強震作用下利用球面摩擦副進行滑動耗能。阻尼器則採用液體黏滯阻尼器。經計算確定全橋共設置16個阻尼器。
伊朗德黑蘭北部高速BR-06橋
深圳市南坪快速三期工程馬巒山公園1號橋橋址處地勢高差變化較大，周邊環境生態保護和景觀要求高，因此深圳市政院提出採用波形鋼腹板—桁式弦杆組合梁橋的結構形式。
橋樑分為左、右兩幅橋，左幅橋為45米的單跨簡支梁，右幅橋則為3×45米的連續梁。每幅橋全寬20米，主樑截面為雙箱單室斷面。
全橋腹板均採用波形鋼腹板。底緣採用直徑720毫米圓鋼管，壁厚20毫米，內部灌注C50微膨脹混凝土。弦管間採用橫撐和斜撐構成的桁式連接，橫撐和斜撐均採用雙層“[”形槽鋼和焊於弦管上的梯形鋼板焊接形成桁式弦杆。
波形鋼腹板-桁式弦杆組合梁橋與一般鋼桁腹杆橋樑相比，節點數量大大減少，可以有效避免由於節點疲勞破壞帶來的橋樑安全問題。
同時，底部由波形鋼腹板和桁式弦杆提供了較大的施工空間，便於進行橋樑結構使用過程中的監測和維護。
馬巒山公園1號橋效果圖
馬巒山公園1號橋施工現場
科研攻關：城市組合結構橋樑推廣的堅實基礎
科研攻關是解決實際工程建設所遇難題的有效手段。深圳市政院堅持以工程問題為導向，以引領產業發展為目標，結合實際工程項目開展了一系列的科研攻關，有力地推動著城市組合結構橋樑的發展。
深圳北站大橋（彩虹橋）設計過程中，結合科研成果，採用了多項新技術、新工藝。該橋的創新點主要體現在幾個方面：
第一，採用了鋼-混凝土組合梁，有效降低了梁高，以滿足橋下鐵路淨空要求；
第二，主橋採用鋼管混凝土結構和體外預應力技術，拱肋採用鋼管混凝土抗壓，水平系杆採用高強鋼絞線抗拉，充分利用各自材料性能；
第三，採用多項先進工藝設計（如彎管工藝、先栓後焊安裝工藝等)，保證鋼結構加工精度和合龍後的拱肋線形；
第四，拱肋腹板合理設置對拉螺栓。在東莞水道特大橋工程中，就國內三部主要鋼管混凝土設計規程中計算公式的正確性及適用範圍進行驗證和探討，提出了鋼管混凝土格構柱極限承載力計算中換算長細比的修正方法，同時系統性地開展了飛鳥式鋼管混凝土拱橋結構分析研究。
在此基礎上提出了恆載作用下結構簡化分析的基本平衡方程，總結了該類型結構典型設計參數的取值、主體結構構造的一般規律，為同類結構的應用提供理論依據。
波形鋼腹板組合箱梁橋引入國內後，深圳市政院對該類橋樑的關鍵力學問題開展了深入研究。從理論和數值上對波形鋼腹板組合箱梁剪力滯效應進行研究，建立了基於能量變分法和差分法的剪力滯效應分析方法，並提出了縱橋向變截面箱梁翼緣有效寬度的合理定義。
結合東寶河新安大橋、伊朗德黑蘭北部高速BR-06橋詳細研究了波形鋼腹板組合箱梁的動力特性和抗震性能，推導了扭轉振動頻率的計算公式，分析了波形鋼腹板傾角變化、箱室數目的設置、橫隔板位置等不同參數對該類橋樑動力特性的影響。
對跨中採用鋼板替代部分混凝土底板的波形鋼腹板混合箱梁橋力學性能進行了試驗、數值和理論方面的深入研究，並將研究成果成功應用於深圳東寶河新安大橋工程中。
東寶河新安大橋負彎矩區模型加載試驗
鋼桁腹杆組合梁橋、鋼桁腹杆—弦杆組合梁橋、波形鋼腹板—雙管絃杆組合梁橋、波形鋼腹板—桁式弦杆組合梁橋，都是新型的組合結構橋樑形式。這些橋樑形式各具特點，但對它們的力學性能還知之甚少。
深圳市政院針對這些新型組合橋樑結構開展了一系列研究，通過試驗和數值分析等手段，對它們的抗彎、抗扭等力學性能進行了深入透徹的分析。然後根據科研結果，提出這些新型組合橋樑的設計方法和設計理論。
波形鋼腹板—雙管絃杆組合箱梁
波形鋼腹板—桁式弦杆組合箱梁
波形鋼腹板-桁式弦杆組合箱梁抗彎試驗圖
標準制定：城市組合結構橋樑建設的指路燈
技術標準的制定和完善有助於規範化設計和施工流程，保證結構安全和可靠性，同時引入最新科研成果，減少相關結構推廣的技術障礙。
波形鋼腹板組合梁橋引入國內之初，缺乏先進、完善的技術標準是制約該類結構發展的首要因素。
深圳市政院於2014年制定了廣東省地方標準《波形鋼腹板預應力混凝土組合箱梁橋設計與施工規程》，並於2015年開始著手住建部行業標準《波形鋼腹板組合梁橋技術標準》的編制工作。
2017年11月,住建部行標正式發佈，是目前關於波形鋼腹板組合梁橋技術最完善、使用範圍最廣的技術指導文件。
住建部行標已於2018年6月1日正式實施，將有力地推動全國範圍內波形鋼腹板組合梁橋的發展。
此外，2013年，深圳市政院作為參編單位參與了國家標準《鋼管混凝土拱橋技術規範》的編制。該規範對鋼管混凝土拱橋的設計和計算理論以及施工與養護技術進行了詳細規定。
展望未來：城市組合結構橋樑的發展趨勢
目前是我國組合結構橋樑推廣的黃金時期。良好的社會經濟狀況和充足的鋼材產能為組合結構橋樑在城市橋樑中的應用提供了物質條件，而橋樑建設技術的發展則提供了技術支持。
我國在城市組合結構橋樑建設方面已經取得不少經驗。面向未來，城市組合橋樑的發展有以下幾個方向。
第一，實現預製化生產和裝配化施工。近年來，裝配化建設是我國基礎設施建設領域大力推廣的建設技術。實現預製化生產和裝配化施工有助於促進建設領域節能減排，提高生產效率，提升建築質量。
組合結構橋樑的結構特點非常適合於採用裝配化施工。2017年10月，深圳市政院創新性地利用SPMT模塊車完成了深圳市崗廈北綜合交通樞紐工程項目彩田立交鋼便橋的架設。
該工程是我國首次採用SPMT模塊車架設城市橋樑，將原本7天的工期縮短為14小時，將架橋過程對交通的影響降到最低。
同年年底，再次利用SPMT模塊車技術對上跨深圳地鐵10號線崗廈北站的深南大道—彩田路立交橋進行了拆除。
利用該技術進行城市橋樑拆除同樣是國內首創。該次工程拆除橋樑長度約200米，共切割成22段梁體，單個梁體最大重量達300噸，整個拆除過程僅用時4天。通過實踐證明，SPMT模塊車是城市組合橋樑裝配化施工的可靠技術。
彩田立交鋼便橋假設現場
深南大道—彩田路立交橋拆除現場
第二，實現智能化製造和智能化管養。在提高預製產品標準化的基礎上，引入工廠或現場智能化生產建設設備，提高橋樑建設效率。
同時在設計和施工過程中，結合BIM技術和智能傳感技術，為城市組合結構橋樑配備智能化監測、預警和管養系統，提高結構使用階段的安全性和可靠性。
第三，加大高性能新型材料的應用力度。近年來，國內已經開發出多種新型鋼材和混凝土材料，可以用於城市組合結構橋樑，以提高其力學性能和耐久性能。
例如，國內現已形成一定規模的耐候鋼產能。耐候鋼可以在基本免塗裝的情況下抵禦一般環境下的侵蝕，可以大幅降低後期養護成本，但成本與普通鋼材相比提高不大。
美國和日本已經大量地將耐候鋼應用於橋樑建設中，而耐候鋼在國內的應用則相對滯後。在深圳市政院設計的南淝河特大橋中，耐候鋼第一次被用作波形鋼腹板組合箱梁橋的腹板。
這次有益的嘗試推進了耐候鋼在組合結構橋樑中的應用。高性能混凝土（UHPC）則是另一種可以用於城市組合結構橋樑的新型材料。
UHPC具有強度高、韌性好、耐久性好、剛度大的特點，用於城市組合結構橋樑，可以進一步減輕梁體自重，並較好地克服負彎矩區混凝土開裂的問題。
國內外的探索與實踐表明，組合結構具有綜合效益上的優勢，是城市組合結構橋樑的合理形式。通過創新引領，我國城市組合結構橋樑必定能走出一條具有中國特色可持續發展的道路。
作者 / 姜瑞娟 徐添華 談志鴻 作者單位 / 深圳市市政設計研究院有限公司
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