聂老师长期致力于钢-混凝土组合结构的研究与工程应用,对组合结构开展了深入的科学研究,研发了钢-混凝土组合结构新体系和新技术,完成了一系列组合结构的实验研究并发展了相关设计计算方法。在钢-混凝土组合结构桥梁方面,发展了钢-混凝土叠合板组合梁桥、波形钢腹板组合梁桥、钢-混凝土组合锚固技术、钢-混凝土组合加固和加宽既有混凝土桥梁技术、以及相关设计计算方法等,部分成果已经成功应用于重庆观音岩长江大桥、深圳北站大桥、山东潍坊济青高速立交桥、南宁竹溪大道-民族大道立交桥、北京大屯路隧道、北京紫竹院桥加固改造等工作中。欢迎聂老师,请聂老师与我们的广大网友打个招呼。
聂建国:好,谢谢主持人。
主持人:钢-混凝土组合结构具有良好的理性性能和施工性能,采用结合技术建造桥梁能够产生很高的综合经济效益,近年来国内外的有关研究和工程应用越来越多,今天,聂老师将要就“钢-混凝土组合桥梁”与大家进行交流。
聂老师,我们知道您在钢-混凝土组合结构这一领域是专家,很有发言权,那么首先请您跟我们的广大网友分享一下您近期所做的研究工作。
聂建国:谢谢主持人。我目前的研究方向包括超高层、今天主要是桥梁建筑,在桥梁方面我们最近几年主要研究的一些方向,或者是课题包括大跨度组合结构桥梁体系的研究,这是一个方向,另外一个方向是改进型波形钢腹板组合桥梁研究;第三个方向是钢-混凝土组合技术在绩优桥梁加固改造过程中的意义。另外我们还对钢-混凝土组合锚固、组合桥面系包括实践效应等等,另外在最近给天津市承建的工程中研究设计了比较好的钢-混凝土组合。谢谢
主持人:聂老师是非常细心的专家,接受我们的邀请之后做了精心的准备,关于钢-混凝土这一块有些网友跟我们的工作人员反映还不是很了解,先请聂老师简单的整体介绍一下“钢-混凝土组合桥梁”这一块的整体情况。在国内是个什么现状,应用如何?
聂建国:首先各位网友下午好,今天很荣幸能够来到这里有机会和大家学习和交流。首先要感谢中国桥梁网和广大网友对我的支持,感谢大家对我们团队在钢-组合结构领域所做的工作的关注和兴趣,你们的问题也是我需要进一步学习的或进一步研究的,如果我们在实践中已经取得一些体会就供你们分享。其实我们在组合结构桥梁方面也是边学习,边研究,边实践,要说做了一点工作也只能算是在老一辈工作的基础上做了一些发展。另外,我幸运地赶上了我国经济飞速发展而带动桥梁结构快速发展的大好机遇,作为桥梁结构科技工作者之一,我有幸带领我们团队开展组合结构桥梁的研究和工程应用工作并坚持了近20年。近年来组合结构桥梁在我国得到了迅速发展,应该归功于国内组合结构领域同行的共同努力,包括科研、设计、施工等方面的工作。
主持人:感谢聂老师的精采演讲,这样一梳理,我们对钢-混凝土组合桥梁有了一个整体的了解,现在我们的网友已经按捺不住开始向聂老师提问了,接下来我们就把时间交给聂老师和在线网友进行交流。 首先看这位网友的问题,他说请问聂老师,剪力键承受力比较实用的计算公式是什么看来这是一位桥梁设计师的问题,问的也比较实在。
聂建国:交通运输部正在组织专家修订的《公路钢结构桥梁设计规范》和《公路钢混凝土组合桥梁设计与施工细则》,目前两本规范基本定稿,很快就要面世。我也有幸被邀请参加这两本规范的修订工作,在上述两本规范中对栓钉(又称焊钉或剪力钉)和PBL剪力连接件有具体的承载力计算方法。目前我国《钢结构设计规范》GB50013中已经给出栓钉连接件的承载力计算公式。
网友关于这个怎么计算,马上就有章可循了。
主持人:组合结构计算是否考虑钢-混凝土结合面的粘接力有利作用?
聂建国:在钢-混凝土组合结构中,钢与混凝土之间存在自然粘结,这种粘结作用于界面压力有很大关系,是否考虑结合面的粘结力,应按具体情况而定。在很低荷载的情况下,变形是可以的,但是在工程设计中,偏于安全,我们通常不考虑粘结力的结构作用,钢与混凝土结合面的剪力应由剪力连接件完成承担。在设计的时候不应该考虑自然黏结的作用,在荷载比较小的情况下可以考虑,但是设计的时候不能应用。
主持人:请问钢-混凝土叠合梁受弯时,截面应力分布能否采用平截面假定?计算与普通钢筋混凝土梁有何区别?
聂建国:钢-混凝土组合梁在结合面配置连接件充分的情况下,受弯作用下,截面分析是可以采用平截面假定的。自然黏结破坏以后,一定要考虑钢和混凝土相对华移的效应,如果大家有兴趣可以看一些已经发表的论文和一些专著,一两个平截面可以适用,在连接开始破坏以后,但是要考虑滑移效应,这个可以看一些专著。
主持人:聂教授,您好!最近开始接触钢-混组合结构的收缩徐变分析,现在收缩徐变分析都采用的梁单元,但对于宽桥,存在一定的误差。请问是否可以采用板单元分析,如何采用,谢谢!
聂建国:如你所述,目前应用比较广泛的桥梁设计软件如midas等,一般都只有梁单元具有收缩徐变的计算功能,若采用板单元分析时,考虑收缩徐变还是比较困难的,这样在做空间效应明显的宽桥面系受力性能分析时,误差较大。我们研究团队目前已经针对这个问题自行开发了具有三维收缩徐变分析功能的程序,并经过大量试验的验证具有较高的精度。目前该程序已经应用到多个大跨度斜拉桥、悬索桥组合桥面系的分析中,取得了良好的效果,能较为精细地考虑宽桥面系的空间效应和时变行为。
这个问题传统的梁单元考虑得比较困难,我一个博士生马上要毕业了,这也是我多年前一直想考虑和探索的问题,对于大跨度斜拉桥桥面系依据传统的单元是不能比较精确地考虑徐变,如果这位网友有兴趣将来可以继续交流,我学生的论文已经完成了,你们可以给我写邮件,我们可以继续沟通。
主持人:请问用有限元建模分析时,钢-混组合结构的本构关系和钢筋或混凝土区别大吗?如何处理混凝土底面与型钢的接触关系,以及结构发生较大变形后的接触关系,我还是个大学生可能提出的问题有点简单,但希望您能帮我简单解答一下,不胜感谢!
聂建国:大学生能够考虑这么好的问题也很了不起的,由于本构关系是材料层面的问题,因此无论用在具体哪种结构,材料本身的行为应该不会有太大的区别,但在某些情况,譬如钢管混凝土中的混凝土,应采用考虑约束效应的本构关系,这会和传统钢筋混凝土结构中的混凝土材料本构有所区别。在钢-混凝土组合结构中,钢与混凝土的连接通常采用栓钉连接件,这种连接件具有良好的抗掀起作用,沿桥纵向具有变形能力,抵抗钢与混凝土界面的滑移,因此在有限元分析时,只需将混凝土底面和钢梁对应的节点之间设置纵向滑移弹簧,节点的其余自由度耦合,这样就能较合理地模拟钢与混凝土的共同工作,若采用非线性弹簧本构和非线性材料本构,则可模拟组合结构的大变形行为。
我们如果普通的组合梁混凝土还是可以普通混凝土的结构,钢梁是普通钢梁的钢构,我们要考虑约束状态下的结构。不知道他对回答满意不满意。
主持人:钢混结合处在用有限元软件进行力学行为分析时,怎样能保证它的仿真程度?谢谢聂老师!
聂建国:对于钢混结合处进行有限元分析,关键是要准确模拟结合部连接件的受力行为,连接件的受力性能一直是组合结构研究的一大热点,目前已经有比较成熟的连接件数值模型,只要选择合理的连接件模型,就能取得较好的模拟精度。
关键是连接件的情况。谢谢!
主持人:非常感谢聂教授,下面一位网友提问了,钢和混凝土连接应如何考虑,谢谢! 您好,rpc抗剪如何模拟,谢谢 !
聂建国:钢和混凝土之间的连接主要采用剪力连接件,目前栓钉连接件由于施工简单,且有良好的变形能力和受力性能,应用最为广泛。也是比较先进的,施工比较方便,连接件的抗剪模拟可采用弹簧单元,并赋予弹簧单元合理的本构关系。目前应该来说拴钉连接件还是应用最广泛的。
主持人:谢谢聂老师,提醒一下广大网友,可能您很早以前准备好了问题,但是目前没有发现您的问题,因为网友提问非常踊跃,聂老师对这些问题进行了归类,我们觉得更有系统性。接下来将是组合桥梁结构设计方法这类的问题。
一位网友的问题是这样的:请问聂教授。对于斜拉桥的钢混结合段,有什么要注意的地方?有无设计理论和系统研究?
聂建国:斜拉桥中的钢-混结合段是一种比较复杂的结构构造形式,根据结合段所处位置和受力情况,有如下几种构造形式:完全承压式、承压传剪式、部分截面承压式、部分截面承压传剪式等。不同的结构构造形式对应不同的受力模式。钢-混结合段的设计与施工有很许多值得注意的地方,例如在设计中,钢-混结合段设置位置的选取,结合段的长度、结合段的构造形式、结合段的施工工艺等等,限于时间,详细问题不展开。网友如果有兴趣具体可参考即将出版的交通运输部主持修订的《公路钢混凝土组合桥梁设计与施工细则》,相应的我们也有一本正在组版中的书相应的我们也有一本正在出版中的书《钢-混凝土组合结构桥梁》,这个问题比较复杂,需要具体情况具体分析,不同的情况要根据最佳结构段,从构造、施工等等方面来进行考虑。这本书主要面对广大工程设计和施工人员,是我们近20多年来对组合结构桥梁学习、研究和实践的一个总结。届时欢迎网友们多多批评指正。
主持人:对于诺曼底大桥,我想请聂建国老师分析下它采用塔梁固结体系的原因,以及这种布置的优缺点,能和别的体系做下对比更好。另外,越详细越好。
聂建国:诺曼底大桥当时建成时是世界第一跨径斜拉桥,且桥位位于在勒阿佛尔和洪夫勒尔间塞纳河靠上游侧河湾口,抗风稳定性问题首当其冲。诺曼底大桥采用塔梁固结体系,在施工期间塔梁固结形成很好的稳定体系,对施工期间结构体系抗风稳定性有着很大的帮助。其次,诺曼底大桥边跨主梁采用预应力混凝土梁形式,塔梁连接相对容易,且省去了大吨位支座。当然,解决斜拉桥抗风问题不一定要靠这种方式,随着日本多多罗桥和我国苏通大桥的建成,都没有采用墩梁固结的形式。根据我国桥梁建设经验,在大跨桥梁结构中一般不采用塔梁固结形式,因为一旦固结之后,主梁的温度变形将导致桥梁产生较大的侧向变形,对主桥受力不是很有利。
主持人:下面一位网友问无支架施工的钢混组合梁,增强刚度有哪些好办法?
聂建国:对梁式组合桥来说,如果在有条件的时候可以设计成临时桥,节省用钢量。如果没有的时候可以采用体外预应力等方法增加组合梁无支架施工期间钢梁的刚度。比如我们在重庆,那个地方没有条件打支架,我们采取了直接一跨跨过去,如果钢强度不够的话可以加一些体外预应力。
主持人:我想问一下,钢管混凝土构件中,混凝土浇筑后因收缩徐变等因素导致无法和钢管紧密连结,影响协同受力的问题有什么好的解决办法?
聂建国:这个问题已经有过研究,研究表明,钢管混凝土中混凝土的收缩很小,徐变系数仅为普通钢筋混凝土柱的1/3~1/2,收缩徐变对钢管混凝土承载力影响很小,几乎不会影响钢管和混凝土之间的协同受力。
为什么呢?因为如果是混凝土收缩徐变增加一点,它们又会达到一个新的平衡,曾经有一个新的实验,三种实验,一种是混凝土和钢平衡的,一种是混凝土高出钢管一点、一种是钢管高于混凝土一点,最后承载力是一样的,钢管混凝土由于在使用当中,徐变引起的变形差不会影响钢管的承载力,会达到一种新的平衡。当然这个也代表个人的观点。
主持人:聂老师的解答非常精彩。下面一位网友说请问聂教授钢-混凝土组合结构是不是对材料有特殊要求,例如钢材和混凝土的结合问题有哪些设计和施工要求。
聂建国:我的观点是如何来应用钢-混凝土结构,如何应用传统的产业,如何应用我们国家目前施工队伍的水平做出高性能的结构,组合结构是一个比较好的选择,钢-混凝土组合结构对材料没有特殊的要求,钢材和混凝土的结合主要通过剪力连接件,目前已经有非常成熟的设计方法和施工工艺,应用也十分广泛,钢材按照钢结构工艺要求进行防腐处理,混凝土按照混凝土结构的耐久性设计方法进行设计,就能满足长期使用的要求。应该来说可以满足长期使用的要求,我们也有特殊要求,如果我们需要截面更小一点钢材强度可以小一些,Q390都没有问题,混凝土也可以用C80,也没有问题。
主持人:在钢混结合部位,剪力键一般都常用哪几种形式?哪一种相对来讲,为最常用的?
聂建国:常用的剪力连接件有栓钉、槽钢、弯筋、PBL等,栓钉连接件由于施工简单,且有良好的变形能力和受力性能,目前在结合部位应用最为广泛。应该来说每一种连接件都有其适用范围,比如在结合段,包括斜拉桥、包括其他的这些地方可以采用其他类别的连接件,但是最常用的是拴钉连接件,国际上也是这样的。
主持人:聂教授你好,钢结构和混凝土结构之间的连接目前最流行的是什么方法?
聂建国:钢结构与混凝土结构之间的连接主要采用剪力连接件,目前栓钉连接件由于施工简单,且有良好的变形能力和受力性能,应用最为广泛。拴钉连接件最大的好处是简易,我们没有必要按照桥梁的图纸去设计连接件,如果这样设计对设计师来说是很大的工作量,即使简化了,这样充分应用拴钉的变形能力考虑,这样可以分段,这样对桥梁设计和施工带来了很大的方便。
主持人:谢谢聂教授!钢混结构中两种不同材料之间的收缩徐变不一致,如何处理连接问题?同时如何解决温度应力?
聂建国:收缩徐变和温度效应会给组合结构带来不利效应,主要会引起混凝土的开裂,除了在计算上做精细的分析外,可以采取以下措施减小收缩徐变和温度应力的不利影响:比如说采用合理的施工工序减小混凝土板的拉应力、比如说连续组合桥梁,可以先做跨中的混凝土,然后再浇之后的混凝土,这样桥梁在使用之前不受拉,有免费的拉力。外采用预制板或叠合板减小收缩徐变效应、在局部拉应力较大的部位,如连续组合梁负弯矩区,可以采用纵向可自由变形的连接件来释放混凝土板中的拉应力。最近我带领一个团队我们想出一个连接件,可以抗滑,但是不抗剪,不承受拉应,最近我们的成果在天津的项目上应用,到时候会在一些会议和文章上做一些介绍。谢谢!
主持人:提醒各位网友,请您及时刷新页面,以便看到更多的解答。接下来想请聂教授回答一些组合桥梁耐久性方面的问题。钢-砼组合梁桥钢砼梁桥作为公路、铁路的重要组成部分,其结构构造完整性和耐久性是关键,采取什么处治和预防措施如何来提高和保证?
聂建国:目前,在工程界一直有个担心,认为钢混凝土组合结构的耐久性不好,是基于如下两个方面:一是混凝土开裂;二是钢结构腐蚀。其实每一种结构都有耐久性问题包括混凝土结构,但从工程实践来看,组合结构耐久性问题没有想象的那么严重,我们只要通过合理的设计和构造措施、确保施工质量和科学的维护确保施工质量和科学管理,整体性和耐久性是有保证的,比如刚刚说负弯曲如何减少拉应力控制裂缝。现在已有很多学者在致力于组合结构耐久性问题的研究,这个非常好,研究成果会陆续与大家见面。我倒说一个有趣的现象,现在很多组合结构桥梁服役了几十年之后,都没有出现明显的耐久性不足问题,相反,比较多的混凝土结构桥梁反倒出现了暴露出了耐久性问题比较多的,需要进行修复和加固。现在防腐的技术也提高了,北京的一个桥是1993年建的,现在已经18年了,没有任何问题,我们定期维护,这样耐久性应该是有保证的,我们如何做好桥面防水等等,混凝土结构桥梁也有这样的问题,开裂以后腐蚀钢筋也比较麻烦。当然这也是一种社会责任感,我们强调桥梁的动力全过程。
主持人:谢谢老师,钢-砼组合梁桥钢砼梁桥的病害有哪些,如何降低病害?在设计过程中和施工过程中怎样提前预防,避免以后出现病害?
聂建国:这个问题和前面的问题有连续性的主要病害:一是混凝土开裂;二是钢结构腐蚀。但组合结构耐久性问题没有想象的那么严重,我个人觉得,组合结构桥梁中应尽量避免混凝土直接受拉,如果受拉不可避免就应该合理控制裂缝宽度,让混凝土尽量处于受压状态,刚刚我说的一些施工措施,包括负弯曲、负组合,加应力,这样就可以。只要对组合结构桥梁进行合理设计、施工,维护,组合结构的耐久性就能得到保证。
主持人:钢筋砼梁式桥包括简支梁、悬臂梁及连续梁桥。这些桥梁在运营过程中由于各种原因出现裂缝,导致承载能力下降,不满足运营要求,采取什么有效的措施对这些桥梁进行处治、加固?
聂建国:这个问题好像不是针对组合结构,但是我也想对此回答一二。目前我国还处在大规模建设时期,旧桥改造加固问题还不是非常明显,但是已经刻不容缓,等再过一二十年,旧桥改造工作必然是桥梁工程界的一件大事,就和现在欧美一些国家相似。旧桥改造加固工作是一个非常复杂的工作,我们认为旧桥改造方法不能一成不变,应根据具体情况选择合适的改造加固技术。因为每一个桥都有不同的特点,不同的旧桥应该选择不同的加固方法,目前加固方法很多,粘根加固、体外应力加固等等,包括近年来我们发展的组合加固每一种加固技术都有其自身特点和适用范围,我们在这方面要好好研究,现在一些加固方法用得不太适合的地方,当然这方面随着经验的积累,在旧桥改造加固方面仍然会有好的成果、也会有好的效果,另外我的观点是对于旧桥,我一直说采取救死扶伤的方式,尽可能不去拆除,能加固改造的尽可能加固,因为拆除桥梁对环境的影响非常不利,前些年一些业主包括管理部门找我们去看了一些旧桥,有一座桥是建议拆除,其余都是通过比较好的方法加固改造,最后达到了使用满足现行交通通行的要求。
主持人:救死扶伤这四个字真好,体现了聂教授非常强的责任心。下面的问题集中在组合结构桥梁工程应用前景上,请问钢-混凝土组合结构在桥梁中的应用有哪些典型工程?钢-混凝土组合结构在桥梁工程中应用的技术难点有哪些?
聂建国:近年来,随着工程师,科研人员对钢混凝土组合结构的认识逐渐深入,组合结构的优势也在工程应用当中逐渐显露出来。组合结构桥梁比传统结构桥梁自重轻得多、施工速度快得多,不影响交通、对抗震也是有利的,用钢量大大减少,刚度提高、行驶速度提高,取得比较好的经济效益。由于它的经济效益好,钢混凝土组合结构在桥梁领域的应用也越来越广泛,有一般梁式桥,特别是在城市立交、匝道、跨高速公路、跨铁路桥梁,这个据统计北京市目前有大概三百座以上的钢-混凝土梁式桥。
另外还有钢管混凝土拱桥包括拱肋和组合桥面系、组合梁斜拉桥又称叠合梁斜拉桥和结合梁斜拉桥,包括重庆的观音岩大桥,现在在国内也是越来越多。
还有混合梁斜拉桥、现在大跨悬索桥也正在酝酿采用钢混组合桥面系。几年前建的悬索桥用组合桥梁还是有一些担心,因为多次弯曲,现在正在准备开始建的武汉的长江大桥完全采取混合梁斜拉桥。对提高行驶速度、保证桥面的铺装非常好。相当于城市立交桥、梁式桥,现在正在发展单独组合桥,包括一些新的桥等等。
应用的技术难点有如下几个方面:1)针对钢混凝土组合结构桥梁的设计方法相对滞后,设计规范不够完善,我们的设计单位也有一定的困难,因为规范不够;2)计算软件对组合结构桥梁目前还处于无所适从阶段,现在我们一些计算软件,刚才我前面提到,考虑徐变收缩效应,也是我强调的,它的实际数据状态,我们假设的计算模型是有差异,这样导致我们不能准确掌握桥梁结构的某一点真正的受力,我们尽可能精确;3)工程技术人员对钢混凝土组合结构桥梁或多或少存在一些历史遗留问题,因为经验不太多,所以困惑相对多一些,如混凝土板开裂,界面腐蚀性问题等等。钢混凝土组合结构是一种全新的。如果大家做得多了以后,它是非常灵活的结构形式。我前面也提到一些例子,我相信在我们共同努力下,很多问题会逐渐被解答。因为随着我们工程实践的积累和科研工作的不断深入,我们现在困惑的这些问题,我们现在还在没有把握比较足的一些问题会越来越清楚。我们的团队包括国内的同行,在后面的研究中会慢慢尽可能逐渐满足工程界对组合结构桥梁设计的要求。谢谢
主持人:谢谢聂老师。下面一位网友问能问问浙江立交桥坍塌事故的原因分析么?
聂建国:谢谢这位网友,看来很有社会责任感,我没有参加相关的桥梁事故鉴定会,具体情况不是非常清楚,我也是通过网络了解了这件事,我把那几张照片都下载下来了,所以你知道的会比我多。不过我想说一点,对于结构工程,包括桥梁工程,全过程控制包括设计、构造、施工和管理等环节对结构安全都是至关重要的,我想强调一下全过程控制,只要各个环节做好了,只要每个参与人员尽心尽责,任何桥梁事故应该都是可以避免或大幅减少的。
主持人:谢谢聂老师。我们也希望这种事故越来越少。
主持人:钢混组合桥梁能不能适用于小型桥梁当中?当今大型桥梁中的钢混组合桥梁技术发展到什么阶段?
聂建国:组合结构桥梁自20世纪50年代之后就得到了迅速的发展,真正发展比较快是上世纪五十年代之后,从20~25m跨径的中小跨径梁桥到跨径近千米的斜拉桥,目前都有组合结构桥梁的应用。组合结构技术目前已经应用于大跨度斜拉桥和悬索桥,我们国家已建成的最大跨径组合梁斜拉桥主跨为605m,正在修建的最大跨径组合梁斜拉桥主跨已达616m,目前我国正在修建中的最大跨径的组合梁悬索桥主跨达850m,是在武汉。组合桥梁从中小跨境桥梁到大跨度悬索桥,说明组合桥梁还是有其优点,正是因为它的优点提出了需求,有了需求促进我们进一步研究。包括网友问的小跨境,是在特殊的情况下,不需要现场吊装。比如我们在新疆做的,因为当地没有条件,小跨境从经济性来讲,在有条件的时候不一定用组合桥梁,不是因为我搞组合结构就什么时候都用,组合结构一定要用在非常适合的地方,在30米跨度以上可以显示出它的优点,它的特点是跨度越大越能显示出优点。在建筑领域里这样,跨度超过10米到12米可以考虑,跨度再小的时候还是用混凝土的。
主持人:谢谢聂老师。下面一个网友的问题是请问聂教授,矩形钢管混凝土结构多数都是用于建筑结构上,不知道在桥梁工程方面的发展前景如何?目前,对矩形钢管混凝土结构的研究还是参照国外的研究方法,规范也是同样,在桥梁上的应用更是少之又少,是不是发展空间很小了?
聂建国:矩形钢管混凝土由于施工方便,抗压承载力高,抗震性能好,同时相比圆形钢管混凝土,和其他构件的连接构造相对比较简单,相比传统混凝土结构,可避免裂缝外露,相比传统钢结构,可显著改善其受压稳定性能,因此,如果能用在合适的部位以充分发挥其优势,在桥梁结构中仍然有广阔的应用前景。譬如大跨斜拉桥和悬索桥中的桥塔,尤其对于那些形状复杂的桥塔,采用预应力混凝土结构裂缝控制往往比较困难,施工也很复杂,这时采用钢管混凝土组合桥塔就能很好解决这一问题。此外,城市桥梁的桥墩也可采用矩形钢管混凝土,现在我们正在发展一种改进的连续组合桁梁桥,为了提高负弯矩区的刚度和承载力,我们在负弯矩区下弦杆采用矩形钢管混凝土形式,取得了良好的效果。我们还发展了一种桁式的波形钢腹板桥,下弦受压杆我们也采用了矩形钢管混凝土结构形式。
我们发展连续组合桥的时候,在正弯曲的上悬钢管里,在负弯曲的下悬钢管,这样可以提高抗压承重力。谢谢
主持人:谢谢您!跟广大网友说一下,因为网友提问非常踊跃,所以可能一些网友的提问不能及时解答,没有回答的问题会在以后的时间内继续请聂教授解答。钢混组合结构和钢混混合梁结构相比在设计上和施工上有什么优点,这两种结构各适用于什么情况?
聂建国:钢-混组合结构是一个大概念,钢混混合梁结构是其中一种结构形式,采用钢混混合梁结构的目的是为了充分发挥钢与混凝土材料各自的优点,这也是组合结构的基本思想。钢混混合梁结构主要适用于大跨径斜拉桥和连续梁桥,在这种桥梁结构形式中,边跨主要起到平衡主跨重量的作用,随着桥梁跨度的不断增加,采用单一材料时往往很难在结构的力学性能与经济性之间寻求一个更好的平衡点。采用预应力混凝土主梁的斜拉桥,当跨径超过500m后主梁重量将很大,其跨越能力将受到限制,而采用钢箱梁斜拉桥则造价又偏高。为解决这一问题,并充分发挥混凝土梁的压重作用和钢梁跨越能力大的特点,采用主跨为钢梁、边跨为混凝土梁的钢混混合梁结构是一种不错的选择。比如我们在三跨提拉桥,主跨很大的时候采用钢箱梁,组合桥梁可以提高自负,为了解决施工快的目的。这是混凝土。
另外,组合结构桥梁的优点是受力性能好,抗震性能优良,自重轻、施工快速方便,如可以省脚手架和模板,保护环境、不影响下部交通等,综合效益显著,因此组合结构桥梁具有广阔的发展前景。当然任何一种结构形式都有它的适用范围,组合结构桥梁也是如此。我们一定要强调不是什么时候都要采取组合桥梁。
主持人:下面网友想请问聂教授钢-混凝土桥梁在市政上用得多不多,在减轻自重上有多大优势?
聂建国:目前钢-混凝土组合桥梁由于自重轻、施工方便、不影响交通在市政施工上有非常明显的优势,目前在北京已经有300多,包括深圳、广州等等应用非常多。自重可以相对减轻40%,我们曾经有一个组合桥梁自重减轻70%,所以在市政施工当中非常明显,因为工期短,又不影响交通。
主持人:请聂教授就波形钢腹板的情况简单介绍一下。
聂建国:到我们国家也就是十年左右的历史,但是目前国内建成的比较少,是一种新型的组合桥梁体系,由于纵向刚度很小及所以可以不承担应力,另外腹板抗减非常有利。另外这种波形钢腹板可以有效降低结构自重,但是传统的还是比较复杂的,尤其是下面有混凝土要浇,我们有两个发明专利,对传统的波形钢腹板做了改进。
主持人:谢谢聂教授和大家进行交流,最后请聂教授再和大家强调几点。
聂建国:谢谢主持人,在结束交流和汇报之前想和各位强调几点:(1) 任何结构设计都要做到结构体系合理先进,传力直接,符合基本的抗震设计原则,构造简单,施工方便。要通过合理先进的结构实现桥梁美,而不是为了追求美而产生不合理的结构和过多地增加投资。其实结构本身是很美的。结构方案是否合理在很大程度上决定了结构的安全。
(2) 结构的整体牢固性非常重要,一些结构的破坏并不是因为强度、刚度不足,而是因为牢固性不够,构造措施不到位,包括施工阶段和使用阶段,从汶川地震结构的破坏和倒塌包括一些工程事故可以清楚地看出这一点。
(3) 结构的实际受力状态与假设的模型存在差异,导致我们不能准确掌握结构的真实性能,比如房屋结构中的强柱弱梁虽然验算满足了,但是梁的实际承载力和刚度比计算的要高。所以为什么我们看到很多震害尽管在验收的时候差不多,但是最后破坏性还是很大。因为实际上梁的极限承载力和刚度要高于我们估算的。
(4) 结构设计和施工的结合以及与使用阶段的管理都是密不可分的,不同阶段要紧密地结合,如设计一定要考虑施工的可行性和可操作性,投入使用以后还要好好地管理起来,包括精心养护等,桥梁工程是一个系统工程。所以希望年轻的学子在今后走向工作岗位之后一定要注意这个问题,从设计到施工、包括从材料开始。这是我在这里的一些个人观点,供大家参考、批评指正。因为时间关系要结束在这里和大家学习和交流。
所以各位网友,再次感谢你们对组合结构桥梁的兴趣和关注。组合结构桥梁以其显著的特点和优越性,已成为桥梁结构体系的重要发展方向之一,并且组合结构桥梁还会向更广义的方向发展,包括与其它新材料如FRP等的组合。组合结构桥梁将在实现我国桥梁强国的进程中发挥越来越重要的作用,现在我们是桥梁大国,老一辈一直在向桥梁强国迈进,我将带领我们团队继续努力工作,与国内同仁们一起共同促进组合结构桥梁的进一步发展。
本人带领的团队能够在钢-混凝土组合结构领域开展一些工作应该感谢前辈的引领,我的硕士研究生导师孙国良先生在1982年初把我引进了钢-混凝土组合结构领域,为我日后开展组合结构的研究和应用打下了良好的基础。1992年我的博士后合作导师沈聚敏先生把我引到了一个新的科研平台-清华大学结构工程研究所,为我进一步开展组合结构的科研工作创造了良好的环境和条件。还要感谢前辈们长期以来的指导、关怀和鼓励,感谢国内同仁的支持和帮助。
为什么一定要强调,包括我的一些专著,很多实例都是靠国内的同行,我们紧密合作,他们给我提供一个很好的学习和实践的机会。感谢本团队全体成员的辛勤工作,今天带了我的两个博士生来到现场,包括以他们为代表的我们的团队,我们的工作是团队共同完成的。感谢清华大学实验室全体工作人员的支持和帮助。我之所以能够在组合结构工程里做这么多工作,没有他们的支持是做不到的。同时感谢国家自然科学基金委员会、科技部、北京市自然科学基金委员会、北京市科学技术委员会、相关企业的资助。因为没有经费我们做不了研究,有些可能就没有实践的机会,所以同时向广大网友表示感谢,今天下午有这么宝贵的时间和我们一起进行交流,对我来说也是一个学习的过程,再次感谢中国桥梁网提供这样一个学习的机会。
谢谢大家!
主持人:因为时间关系,我们这一期的在线交流就进行到这里,非常感谢聂老师做客行业交流,谢谢聂老师的精采解答,也非常感谢广大网友的热情参与。 很多网友问我们的工作人员,为什么自己的问题没有被选中,在这里我要给广大网友一个友情提示,实际情况是这样的,并不是主持人故意要忽略大家的问题,而是行业交流直播现场,同时提问的网友很多问题很容易一闪而过。但是还有个小窍门,可以帮助大家提高问题被选中的命中率。我们在每期行业交流之前都会向广大网友征集问题,做些前期准备工作,这个时候提出的问题会更容易被选中。 下一期作客中国桥梁网的嘉宾也是中国设计大师、港珠澳大桥主体工程主要设计负责人之一、中交公路规划设计院有限公司副总经理孟凡超先生,还请广大网友及时关注我们的网站,具体时间请大家随时关注我们网站,谢谢大家!