公路钢结构桥梁和混凝土桥梁应用研究
发布时间：2021-08-03 来源: 作者：
本文通过秦皇岛市公路混凝土桥梁和钢结构桥梁的使用情况，对混凝土桥梁与钢结构桥梁（以下简称钢桥）性价比进行了研究，重点分析了混凝土桥梁与钢桥的使用范围、适应条件、性价比、造价等，为公路桥梁和钢结构桥梁的合理使用提供参考。
一、公路钢桥发展状况分析
随着公路建设事业的飞速发展，我国公路桥梁从设计水平到施工能力均得到了较大的提高。与预应力混凝土桥、普通钢筋混凝土桥、圬工桥等桥型相比，钢桥在桥型、跨度、承载能力等得到全面提升，取得了骄人的成绩。同样，钢桥在城市立交桥，跨海、江、河桥梁（如苏通大桥、杭州湾大桥、天兴洲大桥等）大跨径桥梁中也得到了完美的展现。
钢桥的主要优点为：钢材的抗拉、抗压、抗剪强度相对来说较高，钢构件断面小、自重轻，外形美观，塑性和韧性好，抗震性能好；材料的运输量少，施工场地占用面积小，安装方便，施工周期短，施工环境污染较小。钢结构构件一般都在工厂制造、加工，工业化程度较高，精度高，质量容易保证。同时，钢结构旧部件可重新熔炼，可节约能源，符合可持续发展的政策。
钢桥的主要缺点为：建设、养护成本高，钢桥相对易锈蚀，需采取周期性除锈防腐措施，质量检测和健康监测相对难度大。而且截止目前公路钢桥的新标准、规范尚未出台，设计仅是参考了钢结构设计规范、铁路设计规范以及公路桥涵钢结构及木结构设计规范，因此，急待公路钢结构桥梁新规范的推出，使钢结构桥梁设计、建设和运营有章可循。
目前，全国建成钢桥占全部桥梁比例不足2%，远低于欧洲发达国家，随着国家经济建设的发展和结构调整的逐步深入，钢桥凭据自身优势在桥梁建设中推广使用前景广阔，大力发展钢桥势在必行。
二、混凝土桥与钢桥优缺点对比分析
混凝土桥梁经过数十年的发展，工艺较成熟。材料取用方便，施工精度要求较钢桥低，工人更易操作。但混凝土梁桥因材料的力学性质限制，体积偏大，外形较笨拙，尤其在大跨径桥梁中明显失去优势。施工工期较长，施工占地面积较大，施工工序较多，也是混凝土梁桥较钢桥的不足之处。混凝土桥梁自重大，抗震性能较差，增加了下部结构及基础的造价。同时，混凝土桥梁主材为水泥、砂、石子，材料的生产和现场施工，对环境污染和生态的破坏影响较大。
公路桥梁建设中，跨径小于50m（含50m）较多采用标准跨径预制混凝土梁桥；跨径50m至300m较多采用变截面混凝土梁桥、拱桥；跨径300m至1000m以上多采用钢结构斜拉桥或悬索桥（梁体采用钢箱梁或钢桁梁）。随着桥梁事业的发展，建设者更加重视桥梁的美观性，近年来中等跨径的钢桥越来越多的被采用，桥型也逐渐从单一的梁桥转向钢箱梁、斜拉桥、拱桥及其他组合体系。
常规设计中的中小跨径（单孔跨径小于70m）混凝土桥梁较钢桥在造价上具有明显优势。预应力混凝土桥梁造价在3800-7000元/平方米;钢桥造价在7000-13000元/平方米，高于混凝土桥梁的80%左右。随着跨径的增加（单孔跨径介于70-300m）混凝土桥梁在造价上较钢桥逐渐失去优势，尤其在跨径大于300m时，混凝土桥梁较难完成，绝大部分采用钢结构完成跨越。桥梁的后期养护、检修等方面，钢桥涉及防腐、除锈，混凝土桥梁则一般不需要，故在养护费用上钢桥较混凝土桥梁较高。
三、示例说明
1.京哈高速分离立交桥
2006年建成使用的承秦出海路市区至石门寨段复线工程K1+488京哈高速分离立交桥，上部结构为2-40m预应力钢-砼组合梁，下部结构为钻孔灌注桩基础，桥梁宽度为净12+2x0.5m防撞护栏，桥梁全宽13m，桥梁长度80m。公路设计过程中对同等跨径、宽度的钢箱梁与预应力混凝土箱梁进行了造价对比分析：按照2006年的人工、材料、机械价格，采用钢箱梁结构造价约7040元/平方米，采用预应力混凝土箱梁结构造价约3900元/平方米，钢箱梁造价比预应力混凝土箱梁造价每平米高出3140元；按照2015年人工、材料、机械价格，采用钢箱梁结构造价约7100元/平方米，采用预应力混凝土箱梁结构造价约3950元/平方米，钢箱梁造价比预应力混凝土箱梁造价均高80%左右。
2.京哈高速秦皇岛互通北戴河连接线工程长江道分离立交，
2015年建成通车，上部结构为4-35m预应力混凝土连续箱梁，下部结构为柱式墩框架台钻孔灌注桩基础，桥梁宽度单幅为净12.5+2x0.5m防撞护栏，桥梁全宽2x13.5m，桥梁长度140m。造价对比分析：采用钢箱梁结构造价约7090元/平方米，采用预应力混凝土连续箱梁结构造价约3850元/平方米，钢箱梁造价比预应力混凝土箱梁造价每平米高出3240元。
通过以上示例可知，对于跨径40m（含40m）以下的公路桥梁，混凝土桥梁造价优势较为明显。
四、结束语
总之，一般条件下，混凝土桥梁对于中小跨径（20-40m）、结构不受高度限制、直线或大半径曲线、不受施工周期限制、限额设计的中小型工程中使用广泛，工艺成熟、造价低廉、质量有保证。钢桥对于跨径较大（35-70m）、结构受高度限制、斜弯坡等特殊结构，受交通、外部空间、气候等条件限制需要短周期施工、不受造价影响的大型工程中使用广泛，效果良好。
我国北方大的河流较少，中小跨径常规设计采用混凝土桥梁具有较大造价优势，但钢桥与混凝土桥梁相比具有无以比拟的结构优势、环境优势和美观优势，若在结构处理、降低造价的基础上，进一步采用高科技的防腐处理、检修等施工工艺，可在一些需要大跨径跨越如南水北调、通航河道等特殊工点大力推广。（徐占强）
（审核专家 王一臣）
