摘要：简述钢－混组合结构桥梁和德国路桥的发展与现状，介绍了钢－混组合桥梁的分类、施工方案；详细介绍了德国有代表性的４座钢－混组合结构桥梁设计施工方案，提出中国应推广应用组合结构桥梁。
关键词：德国；组合结构；钢－混组合梁；设计；施工
１ 概述
金属结构桥梁的关键是桥面系。1900年开始采用钢筋混凝土桥面板，1926年johnson在钢梁上外包混凝土时嵌入剪力连接件，从而标志着钢－混组合桥梁的诞生。二次世界大战以后，欧洲急需恢复战争破坏的房屋和桥梁，由于钢材短缺大量采用钢－混组合结构。钢－混组合结构桥梁由于结构高度小、自重轻、承载力高、刚度大、施工便捷、综合效益好等显著优点，自２０世纪５０年代之后得到了迅速发展，逐渐成为与钢桥、混凝土桥并列的３大桥梁类型之一。近年来除常用的组合板梁桥和组合箱梁桥之外，相继研发了波形钢腹板组合梁桥、组合桁梁桥、组合刚构桥等一系列新的结构形式，拓宽了组合桥的应用领域。
德国国土面积35.69万ｋｍ２，1931-1942年建成世界上条高速公路（波恩至科隆）。到1998年底已建成11427ｋｍ高速公路、41387ｋｍ联邦公路；这些远程公路（高速公路＋联邦公路）上共有35272座桥梁、总长1329ｋｍ。这些桥梁中，钢筋混凝土桥梁占53.8％，预应力混凝土桥占37.8％；钢桥占6.1％、钢－混组合结构桥梁占2.3％（811座）。这些钢－混组合结构桥梁主要是梁式桥，以及一些跨河、跨路的拱桥（采用组合梁桥面系）。至2012年底，德国高速公路总长12845ｋｍ（其中六车道及以上高速公路长3109ｋｍ），联邦公路长39700ｋｍ；高速公路总里程居世界前列。1998-2012年德国远程公路上的桥梁工程见表１。
（１）用于跨高速公路、城市干道。
（２）用于山区跨越深谷的公路。
（３）跨越较大河流。
（４）旧桥改造、拓宽等。
２ 钢－混组合结构桥梁的分类及施工方案
２．１ 钢－混组合结构桥梁的分类
钢－混组合结构按受力体系可分为梁式、拱式、斜拉桥和悬索桥４大类。除梁桥外，组合结构还广泛应用于斜拉桥、拱桥与悬索桥等桥型中，如钢管混凝土拱桥。
（１）组合梁桥
钢－混组合梁是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型组合梁结构，通常由上部钢筋混凝土板（或预应力混凝土板）和下部的钢梁组成，混凝土板和钢梁之间通过剪力连接件进行连接。梁式体系桥按照主梁横截面构造形式的不同，又可分为：钢板梁桥（图１）、钢箱梁桥、钢桁梁桥、钢桁腹杆组合梁桥、波形钢腹板箱梁桥等。
图１ Ａ２４高速公路汉堡东的跨线桥
（２）斜拉桥、拱桥
目前世界上已建成的采用组合结构的桥梁有：上海杨浦大桥、芜湖长江大桥、南京大胜关长江大桥、广东佛山东平桥、四川波司登钢管混凝土拱桥、德国德米茨（Doemitz）易北河桥（图２）等，主要是用于桥面系结构。
图２ 德米茨易北河桥
２．２ 组合结构桥梁的施工
组合结构桥梁主要包括以下施工步骤：分段制造、运输（车运或船运）钢结构；桥头组拼成大节段；架设钢梁；浇筑梁板混凝土；施工桥面系。
２．２．１ 架设钢梁
（１）起重车或龙门吊吊装德国科隆～多特蒙德的Ａ１高速公路上的底朴曼（Diepmann）河谷桥（图３）：钢梁体采用变截面槽形梁，汽车运输、吊车吊装。
图３ 底朴曼河谷桥
（２）顶推施工
这是等截面梁桥常采用的施工方案，包含上承式拱桥上的行车道系。如德国A14 高速公路上的Schrote跨谷桥（图４）主跨６８ｍ，每延米钢箱梁自重仅３．４ｔ。
图４ Schrote跨谷桥
（３）船运＋同步提升
当桥跨径较大、河面较宽时，通常采用变截面钢箱梁，当河流中不能设辅助墩时，可采用船运＋提升方案。如位于德国北威州明登附近的Ｂ６１号联邦公路上坡塔－威斯特法利卡（Porta Westflica ）威悉河桥（图５），主跨120ｍ。
图５ Porte Westflica威悉河桥
（４）顶推＋浮运等
如德米茨（Doemitz）易北河桥，前端用驳船托住、后端顶推就位。
２．２．２ 浇筑混凝土
（１）在钢梁上放置混凝土预制板作底模，浇筑桥面混凝土。
德国柏林－德累斯顿的Ａ１３高速公路Ｌ５５跨线桥：钢梁体采用６根等高度工字钢梁，在梁格上铺设８ｃｍ厚预制板，在板上浇筑２０ｃｍ厚的Ｂ４５混凝土（即Ｃ４５）形成行车道板。
（２）在钢梁上用移动模架浇筑混凝土。如底朴曼（Diepmann）河谷桥。
（３）以钢梁为支撑架，悬挂底模，然后绑扎钢筋、浇筑混凝土等。
３ 组合结构桥梁在德国的应用实例
３．１ 等截面组合梁桥———瓦瑟堡（Wasserburg）因河桥
该桥位于慕尼黑东边约４０ｋｍ的瓦瑟堡，在慕尼黑～奥地利萨尔茨堡的B304联邦公路上，跨越多瑙河的支流因河（Ｉｎｎ）。由于２０世纪８０年代的日交通量已达到18000辆／ｄ，为保护瓦瑟堡旧城、减轻老城区交通压力而改建。地勘表明桥址河底有几米厚的淤泥，下卧软弱砂层，因此要求桥梁上部采用轻盈的钢－混组合梁。该桥跨径布置为８３＋２×１０４．５＋８３＝３７５ｍ，桥面宽14.25ｍ，两车道，加上2.25ｍ宽的非机动车道，桥面横坡3.5％。
箱梁等高度4.2ｍ（含桥面板混凝土层），为双向（顶面、底面）组合梁。钢梁为开口箱断面，梁底面水平，底宽4.5ｍ、上口宽5.5ｍ。钢梁每隔3.73ｍ设置一道剪刀撑。由于中墩承受负弯矩而下缘受压，因此在中墩两边共40.76ｍ 范围内的箱梁内底面上浇筑了钢筋混凝土，并与钢梁底板结合。下缘受压区混凝土在中墩附近等厚度为６５ｃｍ，在两端16.65ｍ 范围内从６５ｃｍ渐变到２０ｃｍ厚。在３个中墩上的底板
混凝土加厚到２ｍ，形成横隔梁。车道板混凝土材料为Ｂ４５（即Ｃ４５），并施加横向预应力。
桥墩高２９．５ｍ，八角形断面，墩身材料为Ｂ３５混凝土。墩身纵向等厚度、横向变宽，与箱梁的斜腹板相一致，显得桥梁整个上下部更加协调、轻盈。
箱梁在工厂组拼成１５ｍ 长的节段，用重型运梁车运至桥位，在桥台后拼装成７５ｍ长的大节段。在４跨桥内设置了４个辅助墩，用顶推工艺将钢梁顶推就位后，浇筑中墩附近的底板混凝土；用整体模架按１５或２５ｍ长分段浇筑桥面板混凝土。在施工过程中采用了支座顶升工艺，以克服中墩支点处的拉应力。
钢－混组合梁的钢箱梁材料采用Ｓｔ５２－３（相当于中国的Ｑ３４５），共用型钢８００ｔ，混凝土２ ６３０ｍ３，钢筋、钢绞线２１３ｔ。该桥于１９８４年开工，１９８７年建成。
３．２ 变截面组合梁桥———底朴曼（Ｄｉｅｐｍａｎｎ）河谷桥
该桥位于德国北威州雷姆沙伊德（Ｒｅｍｓｃｈｅｉｄ）附近，在科隆～多特蒙德的Ａ１高速公路上。原桥型为１２孔２５ｍ跨径的拱桥，桥高３２ｍ，桥面宽２１．８ｍ，四车道；始建于１９３８年，由于二次世界大战中断，１９５４年续建。到２０世纪８０年代，由于日交通量（汽车）达到７０ ０００辆／ｄ，原桥需要由四车道扩宽到六车道。设计公司更终选用如下的加宽方案：
（１）采用比较轻薄的钢－混组合梁。
（２）对应原２孔旧桥，设１孔新桥。
（３）新桥比旧桥抬高２ｍ、平面距离４ｍ，以遮蔽旧桥。
（４）桥墩用天然石材镶面，使其外观与旧桥协调。
新建加宽桥的桥跨布置为６×４８．７７ｍ，总长２９２．６ｍ，１８．７５ｍ 宽，三车道。新桥的钢箱梁材料采用Ｓｔ５２－３，以及Ｒｓｔ３７－２（相当于中国的Ｑ２３５）。钢梁体采用变截面槽形梁形成双纵肋，肋宽２．２５ｍ、变高度，分段制造、汽车运输、吊车吊装。车道板用Ｂ４５混凝土，板厚４５ｃｍ；组合梁总高１．７５～３．５ｍ。
该桥组合梁共用型钢１ １１０ｔ、混凝土２ ０８５ｍ３、钢筋５３２ｔ。新桥于１９９２年开工，１９９５年建成。
３．３ 下承式组合拱桥———德米茨（Ｄｏｅｍｉｔｚ）易北河桥
德米茨易北河桥位于德国梅克伦堡州，在汉堡港上游约８５ｋｍ处，与下萨克森州隔河相望，是两岸城乡居民的重要联系通道。原桥建于１９３６年，毁于二次世界大战。新桥处于Ｂ１９１联邦公路（Ｕｅｌｚｅｎ—Ｌｕｄ-ｗｉｇｓｌｕｓｔ）上，在原址重建，原引桥桥墩装饰后来被利用。两岸引桥采用钢－混组合梁，跨河主桥采用钢拱桥＋混凝土桥面板的组合结构。由于河道中的旧桥墩清除费用较高，经比较后将河中主墩向对岸移动２５ｍ，错开旧桥基础，这样主跨就加大到１７８ｍ。
主桥更终采用下承式双肋拱桥方案：拱桥计算跨径１７８ｍ，桥面宽１５．３５ｍ；矢高约２７ｍ，矢跨比为１／６．６，拱肋内倾１１°。拱肋和横系梁都是箱形截面，端横梁约２０ｍ长；型钢材质均为Ｓｔ５２－３。钢吊杆为圆形，直径１２０ｍｍ。为使吊杆与拱肋结合处更好传力，在结合处焊接上加劲肋。
组合梁桥面板厚３２ｃｍ，材料为Ｂ４５混凝土，全桥长１８０ｍ不设断缝。
钢拱桥的部件在工厂制造后，车运至东岸桥头钢梁拼装场，焊接成整体。为了便于组拼，并确保顶推和浮运过程中结构稳定，临时增加了一些风撑、拉杆等辅助构件。顶推时在钢拱桥前端的主河道上布置４个平板浮船，用来支撑刚拱桥的前支点。钢拱桥就位后，全跨１７８ｍ的桥面板混凝土分成６段，采用从跨中向两端对称浇筑的方式浇完。
主桥（跨河桥）共用Ｓｔ５２－３型钢１ ８１０ｔ，混凝土９５０ｍ３，钢筋１８１．７ｔ。该桥１９９１年开工，１９９２年建成。
３．４ 上承式组合拱桥———维尔德格拉（Ｗｉｌｄｅ Ｇｅｒａ）峡谷桥
该桥位于德国图林根州西南部森林地区，在新建的Ａ７１高速公路（爱尔福特－施韦因富特）上，跨越Ｗｉｌｄｅ Ｇｅｒａ峡谷，桥面比地面高约１１０ｍ。该桥平面位于Ｒ＝７ ８００ｍ圆曲线、纵面位于ｉ＝２．５６％的单向坡上，全长５５２ｍ、桥面梁宽２６．５ｍ（不含栏杆座宽），桥面面积１４ ６２８ｍ２。主桥为跨径２５２ｍ的钢筋混凝土箱形拱桥、组合梁桥面系，矢跨比１／３．７５。
主拱圈为箱形断面，宽１０．３ｍ、高度从拱顶３．３ｍ渐变到拱脚处５．５ｍ；单箱双室截面，壁厚０．３～０．４ｍ。桥墩为矩形空心墩：拱座上３＃、９＃墩身截面尺寸３．５ｍ×９ｍ、其余引桥墩身为２．５ｍ×９ｍ，壁厚均为０．４ｍ。为减轻拱上结构的恒载，桥面行车道采用钢－混组合梁。桥轴线处梁高３．７４ｍ（其中钢梁高３．２９ｍ、混凝土桥面厚０．４５ｍ）。由于桥面板横向悬臂达８．１ｍ，组合梁每隔７ｍ设置了一道斜撑杆。正是由于采用了轻型的拱上构造，拱上的行车道梁跨径才能做到４２ｍ。全桥桥面系共用型钢２ ５００ｔ、混凝土５０００ｍ３、钢筋８５０ｔ；折算每平方米桥面系用型钢１７０．９ｋｇ、混凝土０．３４ｍ３、钢筋５８ｋｇ，自重１ １２０ｋｇ／ｍ２。
该桥的混凝土主拱圈采用斜拉扣挂、悬臂分段浇筑法施工，半跨拱圈共分为２４个浇筑段、每段长６～７ｍ。在１４＃桥台后分段组拼拱上行车道系的钢梁，用
顶推施工工艺架设就位。
该桥于２００１年建成，桥梁与周边森林环境协调一致。２００６年维尔德格拉峡谷桥以其大跨径、技术创新、造型优美而获得德国第１６届桥梁工程大奖。
４ 结语
目前欧美等国跨径在１５ｍ以下的小跨度桥梁多采用钢筋混凝土梁桥，１５～２５ｍ跨径则用预应力混凝土梁桥，２５～６０ｍ 跨径往往采用钢－混组合梁桥，更大跨径桥梁则多采用钢梁。中国既是桥梁大国，又是钢铁大国，应适时发展中国的钢结构桥梁（含组合结构），改变中国混凝土桥梁占多数的现状，实现可持续发展。
