一、项目名称：曲线钢-混凝土结合梁设计与关键技术研究
二、项目来源：河北省交通运输厅科学技术项目计划
三、适用范围：适用于立交桥、匝道桥等曲线桥梁以及要求“减少对既有交通流影响”的桥梁工程。
四、国内外相关技术现状
    钢－混凝土结合梁桥作为一种从国外引入的桥型，在国内、外桥梁工程中被广泛采用。这种桥型结构出自欧洲，60年代引入日本，80年代中期引进我国。近年来，我国城市快速路及各种跨线桥中大量使用了该桥型，大大促进了我国交通事业的发展。
    曲线组合箱梁一般由一个或多个通过剪力件与上部混凝土桥面板相连的U形或矩形钢梁组成，多个箱梁间在纵向通过有一定规律相间的横隔梁相互连接以保证桥梁结构的整体性。钢箱梁断面在横向较柔，因此要采用横隔梁或横向框架加以支撑以防横向变形。在箱梁腹板和底板上还要采用加劲肋以增加薄钢板的刚度。在施工中，通常要在顶部安装横向支撑构件以确保其整体和扭转稳定性。
    许多因素的存在使得组合曲箱梁的分析特别复杂，其中包括：混凝土板与钢梁的组合作用、箱梁钢板的局部屈曲、扭转翘曲、畸变、截面各种内力的相互作用以及曲率对局部和总体性能的影响等。尽管国外已有关于曲线钢—混凝土组合梁桥的分析、性能和设计的文献和资料，包括理论和实验研究，如Adekola[1]、Roderick[2]、R.P.Johnson[3～4]、R.Lawther[5]、D.J.Oehlers[6]、R.Narayanan[7]、N.W.Dekker[8]等人所做的理论及试验研究和Guohao 1987 and Nakai and Yoo 1988的教材以及Zureick et all (1994) 和Sennah 与Kennedy (2001 和2002) 所作的研究工作等。
    而在我国并没有关于曲线钢-混凝土组合梁桥设计的规范，在国外尽管有相应的规范，但许多也都是基于30多年前的实验研究和计算分析研究。由于缺乏专门的规范，在曲线钢-混凝土组合桥梁的设计中通常会处于没有设计指南或此类资料不全或根本不存在的困境。因此，对此类资料的补充和研究迫在眉睫。
五、技术内容
1.技术原理
    剪力滞和结合梁的畸形变效应使结合梁截面应力分布极不均匀，各种荷载都能引起曲线梁的扭转作用，一般情况下结构内力和位移是外侧大于内侧，但当混凝土桥面板降温时，内侧应力将大于外侧应力。收缩和徐变使负弯矩区拉应力逐渐减小，曲率的存在明显加大了结构各种荷载效应，栓钉刚度对结合梁桥的受力有明显的影响，混凝土顶板与钢箱上翼缘存在相对滑移。
    通过精确模拟曲线钢-混凝土组合梁桥各个构件的计算方法来确定不同因素（如曲率半径、不同连接键形式、混凝土收缩徐变、温度内力等）对箱梁内力的影响；通过Ansys仿真分析模型模拟钢-混凝土结合梁桥的负弯矩区，分别采用特征向量和Ritz向量研究结构的动力性能。
2.关键技术或工艺流程
1）采用Sap2000 11最新版对桥梁整体结构进行模拟，几乎精确到各种构件，大到整个钢箱，小到每根栓钉、每道加劲肋和每块齿板。详实模拟了桥梁的不同施工阶段，从单箱吊装至施工完成后任意时间的工作性能。分析不同的曲率半径、混凝土的收缩徐变、温度应力以及预应力效应对曲线钢-混凝土组合梁桥的受力影响。
2）采用Ansys有限元软件，选取实体单元模型，分析栓钉等连接键的形式对曲线钢-混凝土组合梁桥的受力影响。对桥面板采用先进的混凝土壳元加以模拟，以合理考虑普通钢筋的影响。采用Ansys软件对结合梁桥负弯矩区建模分析，揭示负弯矩区的工作特性，分析负弯矩区裂缝的成因并研究控制措施。
3）分别采用特征向量和Ritz向量研究结构的动力性能，分析确定系统的无阻尼自由振动的振型和频率。采用车辆分步加载和车辆荷载的时程分析，研究车辆荷载作用下的结构动力性能。
4）分析曲线钢—混凝土结合梁桥的结构构造措施对桥梁的受力影响，研究施工工艺，提出施工注意事项并应加强施工过程中的监测。
3.主要技术指标
公路等级：高速公路
汽车荷载等级：公路-Ⅰ级
桥面净宽：12m
行车道数：2
曲线半径：165m，300m
结构类型：钢-混凝土组合梁
组合跨径：30m+40m+30m，40m+50m+40m
主梁片数：2片
主梁净距：350cm
钢箱梁：高1400mm、1800mm，底宽3500mm，上翼缘宽800mm
混凝土面板厚：30cm
设计安全等级：一级
4.技术应用情况
    本项目成果成功应用于张（家口）石（家庄）高速公路（二期）稍化营—蔚县段三马坊互通立交中B、C两座曲线匝道桥。B匝道桥第一联采用了30m+40m+30m的跨径组合，曲线半径165m，梁高1400mm；C匝道桥采用了40m+50m+40m的跨径组合，曲线半径300m，梁高1800mm。该工程实体的应用，验证了这种桥梁结构的高性能和高稳定性，体现了其安全可靠、方便快捷的特点，有效缩短了施工工期，产生了巨大的社会经济效益。
六、推广前景
    钢-混凝土结合梁是由连续钢箱梁和钢筋混凝土桥面板形成组合截面共同承受荷载的一种组合梁桥结构形式。该种结构充分利用了钢梁受弯性能好和混凝土受压性能好的特点，具有较强的刚度和整体稳定性，能够以较小的梁高跨越较大的跨度。
    由于组合钢—混凝土箱梁特有的优点：1）其结构有效性使其能适合于建造既轻柔又美观的大跨径桥梁；2）其较大的抗扭能力使其能有效承受由于平曲线所导致的较大扭矩和车辆的离心力；3）钢—混凝土组合梁竖向抗剪承载力比普通钢梁腹板的承载力提高20%以上。其被广泛应用于立交桥、匝道桥等曲线桥以及城市跨线高架桥等桥梁。本研究为同类桥梁工程提供了丰富而重要的桥梁设计与施工范例，基于钢-混凝土组合梁桥在我国拥有着广泛的运用空间，故本研究成果具有非常广阔的推广应用前景。