长沙永洋钢铁有限公司钢混组合梁能充分发挥钢和混凝土各自优点，结构自重轻、桥墩基础规模小、架设方便、绿色环保，在国外应用较多，但在我国公路桥梁建设中的占比不到1%。2016年，交通运输部研究决定推进公路钢结构桥梁建设。然而，钢混组合梁的钢梁采用钢板焊接，工程造价高。

大规格H型钢组合梁效果图

　　大规格长沙H型钢组合梁，采用大规格热轧H型钢代替传统的焊接钢板梁，通过研究发现，该方案可显著降低工程造价，有利于钢混组合梁的推广，提高桥梁建设工业化水平。

　　钢混组合梁的瓶颈

　　截至2018年底，我国公路总里程已达484.6万公里，公路桥梁85万座。据统计，钢结构、钢混组合结构桥梁长度占比仅为1%，常用跨度桥梁基本为混凝土梁桥。

　　钢混组合梁，钢梁与混凝土桥面板通过抗剪连接件连接成整体并共同受力，能够充分发挥钢及混凝土各自的优点，结构自重轻，桥墩基础规模小，架设方便。与钢梁相比，节省用钢量且解决了钢桥面铺装使用年限短的问题；与混凝土梁相比，自重轻且施工速度快。

　　钢混组合梁组合形式多样，钢梁截面包括工字梁、箱梁、桁梁等。钢混组合梁在我国公路大跨度拱桥、斜拉桥、悬索桥中均有应用。2015年开工建设的河北怀来官厅水库特大桥，主桥采用720m单跨悬索桥，加劲梁采用免涂装耐候钢-混凝土组合梁。

图1怀来官厅水库特大桥

　　钢结构全寿命周期性能优异，可循环利用，绿色环保。2016年，为推进公路桥梁建设转型升级，充分发挥钢结构桥梁性能优势，交通运输部研究决定推进公路钢结构桥梁建设，并出台《关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见》，推广钢混组合梁是行业发展的内在需求。由于目前钢混组合梁的钢梁采用钢板焊接，工程造价高，30～40m的常用跨度钢混组合梁，在我国公路、城市桥梁建设中的应用极少。

　　大规格热轧H型钢组合梁，采用热轧长沙H型钢代替传统的焊接钢板梁，显著降低工程造价，符合可持续发展的理念。大规格热轧H型钢组合梁技术可提高桥梁建设工业化水平，是符合节能环保产业政策的新技术。

　　造价与性能的突破

　　热轧H型钢广泛应用于建筑结构、海工结构、桥梁施工临时结构，工厂分割，现场拼装。与焊接钢板梁相比，减少加工工序，节省人工和时间，力学性能好。通过研究发现，采用大规格热轧H型钢代替传统的焊接工形梁，仅在纵梁支承加劲肋、横梁连接位置有少量焊缝，降低工程造价。研究内容包括合理结构形式研究、结构承载能力研究、大规格热轧H型钢应用技术研究、快速施工架设工艺研究等。

　　a焊接工字梁b热轧H型钢

　　图2焊接工字梁与热轧H型钢

　　钢混组合梁采用大规格热轧H型钢，工程造价低；热轧H型钢，晶体组织均匀，疲劳性能提高；桥墩基础规模小，装配化施工，绿色、环保、节能；是落实交通运输部《关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见》的需要；是贯彻我国十三五“创新、协调、绿色、开放、共享”发展理念的需要。

　　热轧H型钢的优化

　　热轧H型钢相关的国家标准包括《热轧型钢》（GB/T706-2016）、《热轧H型钢和部分T型钢》（GB/T11263-2017）。热轧H型钢现有规格最大腹板高度1118mm、最大翼缘宽500mm、最大翼缘厚度115mm，均为对称截面。热轧H型钢用于公路常用跨度钢混组合梁，型钢断面需进行优化，需轧制大规格H型钢。

　　图3热轧H型钢最大规格现状

　　结构形式研究

　　连续结构可减少伸缩缝设置、减小跨中正弯矩，但负弯矩区混凝土板受拉易开裂；简支结构则充分利用钢结构受拉、混凝土结构受压的特性。因此，可采用结构简支、桥面连续构造，提高行车的舒适性。大规格H型钢组合梁，采用密纵梁体系，长沙H型钢纵梁的横向布置间距2.5～3.5m；在支点位置设置端横梁，按间距6～8m设置中横梁，均采用H型钢。抗剪连接件采用剪力钉，采用预制混凝土桥面板，在纵梁、横梁上翼缘设置湿接缝，混凝土板厚22～25cm。

   　　图4大规格H型钢组合梁横断面图

　　根据受力特点，大规格H型钢采用上翼缘窄薄、下翼缘宽厚的经济断面。H型钢采用无肋构造，通过适当加大腹板厚度满足局部稳定性要求，仅在梁端设置支承加劲肋。上翼缘宽度需满足布置剪力钉的构造宽度要求，根据计算确定下翼缘的宽度、厚度。大规格H型钢采用万能轧机轧制。

   　　图5大规格热轧H型钢断面图

　　主要计算结果

　　选取双向四车道高速公路简支组合梁进行计算，单幅桥面宽度12.25m，跨度包括30m、35m、40m，钢梁材质采用Q345q、Q420q、Q500q，混凝土桥面板采用C50。根据强度、刚度计算，确定满足受力需要、经济合理的截面高度。《公路钢结构桥梁设计规范》（JTGD64-2015），活载挠度限值为L/500；《钢-混凝土组合桥梁设计规范》（GB50917-2013），活载挠度限值为L/600；《公路钢结构桥梁设计规范》（JTGD64-2015）未包含Q500钢材，强度设计值按材料分项系数1.25计算。主要计算结果如图6-9。

　　
图6大规格H型钢计算高度

　　
图7大规格H型钢组合梁活载跨挠比

　　图8腹板不设竖肋的用钢量指标

　　图9腹板设置竖肋的用钢量指标

　　根据计算，常用跨度大规格H型钢组合梁强度控制设计，活载挠度均小于L/600。大规格H型钢截面高度800～1600mm，采用高强钢材可降低梁高。腹板设置竖肋，可减少腹板厚度，用钢量节省10%左右，但增加了焊接工作量。热轧H型钢采用无肋构造，与焊接钢板梁相比，用钢量有所增加，但增加腹板厚度提高了结构耐久性，减少了焊接成本，应综合分析比较。

　　技术经济比较

　　对30m跨度的混凝土小箱梁、大规格H形钢组合梁两种结构进行工程费用估算，按地震设防烈度为8度、基础为钻孔灌注桩考虑，大规格H型钢组合梁可降低造价5%左右。

大规格H型钢组合梁可降低造价5%左右

　　与常规的混凝土小箱梁桥相比，大规格H型钢组合梁桥具有以下优势：

　　（1）钢结构自重轻、强度高，梁高降低；

　　（2）桥墩基础规模小，抗震性能好；

　　（3）快速装配，工业化程度高；

　　（4）工程造价低；

　　（5）技术先进，顺应行业发展趋势。

　　大规格H型钢组合梁发展可期

　　公路常用跨度钢混组合梁的发展趋势：减少横联、腹板加劲肋设置，简化结构构造；采用高强钢材，节省用钢量；推广高性能耐候桥梁钢，减少后期维护；研究应用大规格热轧H型钢组合梁，降低工程造价。

　　据统计，2017年我国公路桥梁增加2.7万座、3100公里；2018年我国公路桥梁增加1.9万座、3430公里。以此估算，如果50%的新建公路桥梁采用大规格H型钢组合梁，每年的用钢量大约在500万吨左右。

　　未来，期待国内大型钢厂、设备厂家与设计企业开展合作，进一步开展大规格H型钢组合梁的关键技术研究，包括H型钢合理截面、轧制设备及参数、材料设计、力学性能等，必将有利于推动我国公路、城市桥梁钢混组合梁桥的建设发展。