摘要：簡述鋼－混組合結構橋梁和德國路橋的發展與現狀，介紹了鋼－混組合橋梁的分類、施工方案；詳細介紹了德國有代表性的４座鋼－混組合結構橋梁設計施工方案，提出應推廣應用組合結構橋梁。
關鍵詞：德國；組合結構；鋼－混組合梁；設計；施工
１ 概述
金屬結構橋梁的關鍵是橋面系。1900年開始采用鋼筋混凝土橋面板，1926年johnson在鋼梁上外包混凝土時嵌入剪力連接件，從而標志著鋼－混組合橋梁的誕生。二次世界大戰以后，歐洲急需恢復戰爭破壞的房屋和橋梁，由于鋼材短缺大量采用鋼－混組合結構。鋼－混組合結構橋梁由于結構高度小、自重輕、承載力高、剛度大、施工便捷、綜合效益好等顯著優點，自２０世紀５０年代之后得到了迅速發展，逐漸成為與鋼橋、混凝土橋并列的３大橋梁類型之一。近年來除常用的組合板梁橋和組合箱梁橋之外，相繼研發了波形鋼腹板組合梁橋、組合桁梁橋、組合剛構橋等一系列新的結構形式，拓寬了組合橋的應用領域。
德國國土面積35.69萬ｋｍ２，1931-1942年建成世界上條高速公路（波恩科隆）。到1998年底已建成11427ｋｍ高速公路、41387ｋｍ聯邦公路；這些遠程公路（高速公路＋聯邦公路）上共有35272座橋梁、總長1329ｋｍ。這些橋梁中，鋼筋混凝土橋梁占53.8％，預應力混凝土橋占37.8％；鋼橋占6.1％、鋼－混組合結構橋梁占2.3％（811座）。這些鋼－混組合結構橋梁主要是梁式橋，以及一些跨河、跨路的拱橋（采用組合梁橋面系）。2012年底，德國高速公路總長12845ｋｍ（其中六車道及以上高速公路長3109ｋｍ），聯邦公路長39700ｋｍ；高速公路總里程居世界前列。1998-2012年德國遠程公路上的橋梁工程見表１。
（１）用于跨高速公路、城市干道。
（２）用于山區跨越深谷的公路。
（３）跨越較大河流。
（４）舊橋改造、拓寬等。
２ 鋼－混組合結構橋梁的分類及施工方案
２．１ 鋼－混組合結構橋梁的分類
鋼－混組合結構按受力體系可分為梁式、拱式、斜拉橋和懸索橋４大類。除梁橋外，組合結構還廣泛應用于斜拉橋、拱橋與懸索橋等橋型中，如鋼管混凝土拱橋。
（１）組合梁橋
鋼－混組合梁是在鋼結構和混凝土結構基礎上發展起來的一種新型組合梁結構，通常由上部鋼筋混凝土板（或預應力混凝土板）和下部的鋼梁組成，混凝土板和鋼梁之間通過剪力連接件進行連接。梁式體系橋按照主梁橫截面構造形式的不同，又可分為：鋼板梁橋（圖１）、鋼箱梁橋、鋼桁梁橋、鋼桁腹桿組合梁橋、波形鋼腹板箱梁橋等。
圖１ Ａ２４高速公路漢堡東的跨線橋
（２）斜拉橋、拱橋
目前世界上已建成的采用組合結構的橋梁有：上海楊浦大橋、蕪湖長江大橋、南京大勝關長江大橋、廣東佛山東平橋、四川波司登鋼管混凝土拱橋、德國德米茨（Doemitz）易北河橋（圖２）等，主要是用于橋面系結構。
圖２ 德米茨易北河橋
２．２ 組合結構橋梁的施工
組合結構橋梁主要包括以下施工步驟：分段制造、運輸（車運或船運）鋼結構；橋頭組拼成大節段；架設鋼梁；澆筑梁板混凝土；施工橋面系。
２．２．１ 架設鋼梁
（１）起重車或龍門吊吊裝德國科隆～多特蒙德的Ａ１高速公路上的底樸曼（Diepmann）河谷橋（圖３）：鋼梁體采用變截面槽形梁，汽車運輸、吊車吊裝。
圖３ 底樸曼河谷橋
（２）頂推施工
這是等截面梁橋常采用的施工方案，包含上承式拱橋上的行車道系。如德國A14 高速公路上的Schrote跨谷橋（圖４）主跨６８ｍ，每延米鋼箱梁自重僅３．４ｔ。
圖４ Schrote跨谷橋
（３）船運＋同步提升
當橋跨徑較大、河面較寬時，通常采用變截面鋼箱梁，當河流中不能設輔助墩時，可采用船運＋提升方案。如位于德國北威州明登附近的Ｂ６１號聯邦公路上坡塔－威斯特法利卡（Porta Westflica ）威悉河橋（圖５），主跨120ｍ。
圖５ Porte Westflica威悉河橋
（４）頂推＋浮運等
如德米茨（Doemitz）易北河橋，前端用駁船托住、后端頂推就位。
２．２．２ 澆筑混凝土
（１）在鋼梁上放置混凝土預制板作底模，澆筑橋面混凝土。
德國柏林－德累斯頓的Ａ１３高速公路Ｌ５５跨線橋：鋼梁體采用６根等高度工字鋼梁，在梁格上鋪設８ｃｍ厚預制板，在板上澆筑２０ｃｍ厚的Ｂ４５混凝土（即Ｃ４５）形成行車道板。
（２）在鋼梁上用移動模架澆筑混凝土。如底樸曼（Diepmann）河谷橋。
（３）以鋼梁為支撐架，懸掛底模，然后綁扎鋼筋、澆筑混凝土等。
３ 組合結構橋梁在德國的應用實例
３．１ 等截面組合梁橋———瓦瑟堡（Wasserburg）因河橋
該橋位于慕尼黑東邊約４０ｋｍ的瓦瑟堡，在慕尼黑～奧地利薩爾茨堡的B304聯邦公路上，跨越多瑙河的支流因河（Ｉｎｎ）。由于２０世紀８０年代的日交通量已達到18000輛／ｄ，為保護瓦瑟堡舊城、減輕老城區交通壓力而改建。地勘表明橋址河底有幾米厚的淤泥，下臥軟弱砂層，因此要求橋梁上部采用輕盈的鋼－混組合梁。該橋跨徑布置為８３＋２×１０４．５＋８３＝３７５ｍ，橋面寬14.25ｍ，兩車道，加上2.25ｍ寬的非機動車道，橋面橫坡3.5％。
箱梁等高度4.2ｍ（含橋面板混凝土層），為雙向（頂面、底面）組合梁。鋼梁為開口箱斷面，梁底面水平，底寬4.5ｍ、上口寬5.5ｍ。鋼梁每隔3.73ｍ設置一道剪刀撐。由于中墩承受負彎矩而下緣受壓，因此在中墩兩邊共40.76ｍ 范圍內的箱梁內底面上澆筑了鋼筋混凝土，并與鋼梁底板結合。下緣受壓區混凝土在中墩附近等厚度為６５ｃｍ，在兩端16.65ｍ 范圍內從６５ｃｍ漸變到２０ｃｍ厚。在３個中墩上的底板
混凝土加厚到２ｍ，形成橫隔梁。車道板混凝土材料為Ｂ４５（即Ｃ４５），并施加橫向預應力。
橋墩高２９．５ｍ，八角形斷面，墩身材料為Ｂ３５混凝土。墩身縱向等厚度、橫向變寬，與箱梁的斜腹板相一致，顯得橋梁整個上下部更加協調、輕盈。
箱梁在工廠組拼成１５ｍ 長的節段，用重型運梁車運橋位，在橋臺后拼裝成７５ｍ長的大節段。在４跨橋內設置了４個輔助墩，用頂推工藝將鋼梁頂推就位后，澆筑中墩附近的底板混凝土；用整體模架按１５或２５ｍ長分段澆筑橋面板混凝土。在施工過程中采用了支座頂升工藝，以克服中墩支點處的拉應力。
鋼－混組合梁的鋼箱梁材料采用Ｓｔ５２－３（相當于的Ｑ３４５），共用型鋼８００ｔ，混凝土２ ６３０ｍ３，鋼筋、鋼絞線２１３ｔ。該橋于１９８４年開工，１９８７年建成。
３．２ 變截面組合梁橋———底樸曼（Ｄｉｅｐｍａｎｎ）河谷橋
該橋位于德國北威州雷姆沙伊德（Ｒｅｍｓｃｈｅｉｄ）附近，在科隆～多特蒙德的Ａ１高速公路上。原橋型為１２孔２５ｍ跨徑的拱橋，橋高３２ｍ，橋面寬２１．８ｍ，四車道；始建于１９３８年，由于二次世界大戰中斷，１９５４年續建。到２０世紀８０年代，由于日交通量（汽車）達到７０ ０００輛／ｄ，原橋需要由四車道擴寬到六車道。設計公司更終選用如下的加寬方案：
（１）采用比較輕薄的鋼－混組合梁。
（２）對應原２孔舊橋，設１孔新橋。
（３）新橋比舊橋抬高２ｍ、平面距離４ｍ，以遮蔽舊橋。
（４）橋墩用天然石材鑲面，使其外觀與舊橋協調。
新建加寬橋的橋跨布置為６×４８．７７ｍ，總長２９２．６ｍ，１８．７５ｍ 寬，三車道。新橋的鋼箱梁材料采用Ｓｔ５２－３，以及Ｒｓｔ３７－２（相當于的Ｑ２３５）。鋼梁體采用變截面槽形梁形成雙縱肋，肋寬２．２５ｍ、變高度，分段制造、汽車運輸、吊車吊裝。車道板用Ｂ４５混凝土，板厚４５ｃｍ；組合梁總高１．７５～３．５ｍ。
該橋組合梁共用型鋼１ １１０ｔ、混凝土２ ０８５ｍ３、鋼筋５３２ｔ。新橋于１９９２年開工，１９９５年建成。
３．３ 下承式組合拱橋———德米茨（Ｄｏｅｍｉｔｚ）易北河橋
德米茨易北河橋位于德國梅克倫堡州，在漢堡港上游約８５ｋｍ處，與下薩克森州隔河相望，是兩岸城鄉居民的重要聯系通道。原橋建于１９３６年，毀于二次世界大戰。新橋處于Ｂ１９１聯邦公路（Ｕｅｌｚｅｎ—Ｌｕｄ-ｗｉｇｓｌｕｓｔ）上，在原址重建，原引橋橋墩裝飾后來被利用。兩岸引橋采用鋼－混組合梁，跨河主橋采用鋼拱橋＋混凝土橋面板的組合結構。由于河道中的舊橋墩費用較高，經比較后將河中主墩向對岸移動２５ｍ，錯開舊橋基礎，這樣主跨就加大到１７８ｍ。
主橋更終采用下承式雙肋拱橋方案：拱橋計算跨徑１７８ｍ，橋面寬１５．３５ｍ；矢高約２７ｍ，矢跨比為１／６．６，拱肋內傾１１°。拱肋和橫系梁都是箱形截面，端橫梁約２０ｍ長；型鋼材質均為Ｓｔ５２－３。鋼吊桿為圓形，直徑１２０ｍｍ。為使吊桿與拱肋結合處更好傳力，在結合處焊接上加勁肋。
組合梁橋面板厚３２ｃｍ，材料為Ｂ４５混凝土，全橋長１８０ｍ不設斷縫。
鋼拱橋的部件在工廠制造后，車運東岸橋頭鋼梁拼裝場，焊接成整體。為了便于組拼，并確保頂推和浮運過程中結構穩定，臨時增加了一些風撐、拉桿等輔助構件。頂推時在鋼拱橋前端的主河道上布置４個平板浮船，用來支撐剛拱橋的前支點。鋼拱橋就位后，全跨１７８ｍ的橋面板混凝土分成６段，采用從跨中向兩端對稱澆筑的方式澆完。
主橋（跨河橋）共用Ｓｔ５２－３型鋼１ ８１０ｔ，混凝土９５０ｍ３，鋼筋１８１．７ｔ。該橋１９９１年開工，１９９２年建成。
３．４ 上承式組合拱橋———維爾德格拉（Ｗｉｌｄｅ Ｇｅｒａ）峽谷橋
該橋位于德國圖林根州西南部森林地區，在新建的Ａ７１高速公路（愛爾福特－施韋因富特）上，跨越Ｗｉｌｄｅ Ｇｅｒａ峽谷，橋面比地面高約１１０ｍ。該橋平面位于Ｒ＝７ ８００ｍ圓曲線、縱面位于ｉ＝２．５６％的單向坡上，全長５５２ｍ、橋面梁寬２６．５ｍ（不含欄桿座寬），橋面面積１４ ６２８ｍ２。主橋為跨徑２５２ｍ的鋼筋混凝土箱形拱橋、組合梁橋面系，矢跨比１／３．７５。
主拱圈為箱形斷面，寬１０．３ｍ、高度從拱頂３．３ｍ漸變到拱腳處５．５ｍ；單箱雙室截面，壁厚０．３～０．４ｍ。橋墩為矩形空心墩：拱座上３＃、９＃墩身截面尺寸３．５ｍ×９ｍ、其余引橋墩身為２．５ｍ×９ｍ，壁厚均為０．４ｍ。為減輕拱上結構的恒載，橋面行車道采用鋼－混組合梁。橋軸線處梁高３．７４ｍ（其中鋼梁高３．２９ｍ、混凝土橋面厚０．４５ｍ）。由于橋面板橫向懸臂達８．１ｍ，組合梁每隔７ｍ設置了一道斜撐桿。正是由于采用了輕型的拱上構造，拱上的行車道梁跨徑才能做到４２ｍ。全橋橋面系共用型鋼２ ５００ｔ、混凝土５０００ｍ３、鋼筋８５０ｔ；折算每橋面系用型鋼１７０．９ｋｇ、混凝土０．３４ｍ３、鋼筋５８ｋｇ，自重１ １２０ｋｇ／ｍ２。
該橋的混凝土主拱圈采用斜拉扣掛、懸臂分段澆筑法施工，半跨拱圈共分為２４個澆筑段、每段長６～７ｍ。在１４＃橋臺后分段組拼拱上行車道系的鋼梁，用
頂推施工工藝架設就位。
該橋于２００１年建成，橋梁與周邊森林環境協調一致。２００６年維爾德格拉峽谷橋以其大跨徑、技術創新、造型優美而獲得德國第１６屆橋梁工程大獎。
４ 結語
目前歐美等國跨徑在１５ｍ以下的小跨度橋梁多采用鋼筋混凝土梁橋，１５～２５ｍ跨徑則用預應力混凝土梁橋，２５～６０ｍ 跨徑往往采用鋼－混組合梁橋，更大跨徑橋梁則多采用鋼梁。既是橋梁大國，又是鋼鐵大國，應適時發展的鋼結構橋梁（含組合結構），改變混凝土橋梁占多數的現狀，實現可持續發展。
