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[摘要]随着公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁进入以“塑性分析”进行设计[1]、建筑钢结构进入以“塑性分析”进行设计[2]的阶段，业内对于公路桥梁中的钢-混组合梁在现阶段是否采用“塑性分析”进行设计存在不同看法。本文经过论述认为，对于公路钢-混组合梁桥应该采用“线弹性分析”进行设计。
[关键词]塑性分析 线弹性分析 钢-混组合梁
由于公路桥梁中使用钢-混组合梁起步较晚，工程实例较混凝土桥梁少，相关的研究工作开展较少，导致其使用的规范更新较慢，目前仍以《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）（以下简称《86钢木规范》）为准。
但是随着公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁进入以“塑性分析”进行设计[1]、建筑钢结构进入以“塑性分析”进行设计[2]的阶段，业内对于公路桥梁中的钢-混组合梁在现阶段是否采用“塑性分析“进行设计存在不同看法。例如：大部分设计单位仍然采用《86钢木规范》中对于公路钢-混组合梁（规范中称为“联合梁”）计算的规定，按线弹性分析的容许应力法进行设计，组合梁的钢筋混凝土桥面板的容许压应力按规范取为0.63Rab，其中Rab为钢筋混凝土轴心抗压标准强度[3]。荷载组合使用与《86钢木规范》配套的《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）。
在2006年出版的、吴冲教授主编的《现代钢桥》（上册）[4]一书中也有篇幅讲到了组合梁桥的设计计算。《现代钢桥》（上册）[4]第210页写道：“组合梁桥的计算，除了按弹性状态分析梁的受力外，还应考虑混凝土材料的徐变和收缩效应以及由于日照和混凝土板与钢梁导热性能不同所产生的温差内力”。可见，吴冲教授主张钢-混组合梁桥的设计方法为“按弹性状态分析梁的受力”的容许应力法。
在2011年出版的、徐君兰、孙淑红主编的《钢桥》（第二版）[5]第五章第266页给出了组合梁截面计算图式如图-1所示；并在第267页写道：最后，按下式校核强度：
从上式的控制应力采用容许应力可以看出，徐君兰教授在《钢桥》（第二版）[5]也是采用容许应力法进行组合梁的设计计算的。此外，由于组合梁是由钢材和混凝土材料结合而成，在计算截面特性时，必然遇到截面的换算问题。以往遵循钢筋混凝土材料的换算方法直接按规范采用两种材料的弹性模量比值n进行换算，目前我国的《86钢木规范》中没有列出n值的取用办法。在《钢桥》（第二版）[5]第264页中介绍道：在日本，考虑了组合梁在竖向荷载作用下，混凝土处在弹塑性状态，致使混凝土的弹性模量有所降低的特点，规定不管哪种强度的混凝土，其弹性模量均按Ec=3×104MPa（n=7）采用。此外，在小西一郎编的《钢桥》（中译本，第二分册，1976年）一书中提出，在计算简支组合梁内力的过程中，混凝土接近破坏状态时，弹性模量取Ec=1.4×104MPa（n=15）；而计算变形和超静定结构时，混凝土弹模可按规范采用。
由黄桥教授主编的、于2004年出版的《桥梁钢-混凝土组合结构设计原理》[6]一书中认为：混凝土并非理想的弹性材料，而钢材可以认为是理想的弹塑性材料。因此，组合梁的截面弹性分析只有当混凝土的最大压应力小于0.5倍轴心抗压设计强度，且钢材的最大拉应力小于其屈服强度时才可认为是正确的。并进而提出：对于密实截面的组合梁可按塑性理论计算其极限承载力。亦即：密实截面的组合梁在外力作用下，失稳、疲劳、振动等破坏均在梁的截面进入塑性极限状态之前不会出现，梁截面可以形成塑性铰，最后由于材料强度达到抗拉、抗压极限强度而破坏。对于纤细截面的组合梁，则应按弹性理论进行分析计算。也就是说，纤细截面的组合梁在外力作用下，失稳、疲劳、振动等破坏可以在梁的截面进入塑性极限状态之前出现，梁在破坏之前截面不能形成塑性铰。书中进一步建议：由于目前在《钢桥规》中尚未列入钢-混凝土组合梁桥的极限抗弯强度的计算方法，可以在强度计算中引入《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）[7]的荷载组合系数和材料强度指标，套用建筑《钢结构设计规范》（GB J19-88）的方法进行计算。其抗弯承载力的基本表达式为：
Mj≤Mu
式中：
《桥梁钢-混凝土组合结构设计原理》[6]中首次提到了“密实截面”、“纤细截面”的概念。书中P34写道：“为保证钢梁能形成塑性铰，其截面的宽厚比应该满足表-1的要求。并规定，在组合梁正弯矩区段，其塑性中性轴不在钢梁腹板内或塑性中性轴虽在钢梁腹板内，但钢梁截面的宽厚比满足表-1的要求，这两种情况均称为密实截面。当截面塑性中性轴位于腹板内但截面尺寸不满足表-1的要求的截面称为纤细截面。”
表-1：板件宽厚比
注：N- 构件轴心压力，纯弯时取N=0；
As- 鋼梁毛截面面积；
f- 塑性设计时采用的钢材抗拉、抗压和抗弯强度设计值，相当于公路桥规中0.9σs/γs，其中0.9为塑性折减系数，σs为钢材的屈服强度；
hf- 腹板的有效高度，当腹板有纵向加劲肋时，将hf分成h1和h2。h1、h2分别与腹板厚度tf之比不得大于表中腹板栏内的公式算出的数值；
fy- 钢材的屈服强度。
根据上表对密实截面的定义，我们试进行进一步的分析说明。对于桥梁的主梁，一般而言N=0，也就是可以看成是纯弯构件。对于第一种“工字梁”情况，当我们采用Q235q钢时，由于Q235q钢的fy=235MPa，因此：hf/tf≤72。我们知道，主梁腹板的厚度tf一般在12～18mm之间，那么梁高hf不能超过1300mm。钢桥主梁是很少采用Q235q钢的，一般采用Q345q钢，Q345q钢的fy=345MPa，带入上表公式中，hf/tf≤72*（235/345）1/2≈59.4。则梁高hf不能超过1070mm。让我们再来分析“工字梁”翼缘板的限值。主梁的上翼缘板厚度 t’一般在20mm～28mm之间，因此，当采用Q345q钢时，带入上表公式中，b/t’≤9*（235/345）1/2≈7.3，则翼缘悬臂长度b不能超过205mm。箱形截面梁可以按相同的方法推得其满足密实截面的条件为：当主梁采用Q345q钢时，梁高hf不会超过1070mm、翼缘悬臂长度 b 不能超过683mm。在实际的设计工作中，这种条件是很难满足的，因此，除非截面的中性轴不在钢梁内，使截面达到“密实截面”的要求，否则，依靠截面形状很难达到“密实截面”的要求。也就是说，大部分截面要按“纤细截面”所要求的弹性分析来进行计算。 书中只限定了板件的宽厚比，一般来说，这个条件只是控制了钢梁板件不会发生局部失稳。书中没有讨论组合梁中钢梁的整体稳定条件：λ的限值。对于钢-混组合梁，由于桥面板的作用，一般不会发生整体失稳，所以书中省略了对λ限值的讨论。
那么，对于钢-混组合梁桥要不要讨论其钢梁的整体稳定性呢？在2010年出版的、由葛胜锦、余培玉、刘士林编译、周志祥主审的《基于欧洲标准的钢-混凝土组合桥梁设计》[8]一书中的P33～P34写道：弯矩或者应力的限制值根据长细比参数（λ）来定，长细比的计算要使用有效长度，压应力的限制值由图-2来确定。λ≤45的梁可以完全发挥其作用；而λ>45的梁易于失稳，其应力必须加以限制。
同时，给出了钢梁压应力限值曲线，如图-2所示。
从欧洲标准可以看出，欧洲标准是采用材料的屈服应力而非容许应力控制设计。对于λ≤45的梁在形成塑性铰之前不存在整体失稳的危险，因此可以像计算混凝土梁一样按截面形成塑性铰计算其极限承载力；对于λ>45的梁，由于在形成塑性铰之前存在整体失稳的危险，因此不能像计算混凝土梁一样按截面形成塑性铰计算其极限承载力，而应该按弹性阶段分析其极限承载力。
与欧洲标准相似，在我国《86钢木规范》的第8页的表1.2.16-1对于钢梁的总稳定性计算规定：
在《86钢木规范》第10页的表1.2.16-2给出了上表公式（1.2.16-1）轴心受压构件的纵向弯曲系数φ1的值，其中λ为构件的长细比：
如果我们试图将钢-混组合梁的计算方法与现行的钢筋混凝土桥梁的计算方法统一，可以仿照欧洲标准，根据我们的《86钢木规范》中对于梁的长细比λ的分类，建议对于λ≤30的梁，由于在形成塑性铰之前不存在失稳的危险，因此可以像计算混凝土梁一样按截面形成塑性铰计算其极限承载力；对于λ>30的梁，由于在形成塑性铰之前存在失稳的危险，因此不能像计算混凝土梁一样按截面形成塑性铰计算其极限承载力，而应该按弹性阶段分析其极限承载力。
在以上的教材中对于钢-混组合梁的设计方法出现了争议，那么，哪种设计方法更符合实际呢？当然，要解决这个问题最直接的方法就是做试验。但是，在没有资金支持试验的情况下，我们还可以大量查找国内外资料，甚至寻找国外的试验数据和试验报告。
在《组合结构桥梁》[9]一书中，给出了一个简支组合钢板梁桥的试验。该试验是日本在设计首座2主梁组合钢板梁桥、即北海道的Chidorinosawa公路橋时进行的研究项目之一。试件的截面尺寸是该桥钢板主梁的1/2模型，腹板高度1420mm。其长度为11000mm，在试验区段不设纵向加劲肋，设横向加劲肋间距为4260mm、纵横比为α=3。弯曲试验是对纯钢板梁及其组合钢板梁，各自以腹板厚度9mm、12mm的2种截面共计4个梁进行加载；剪切试验是对仅用腹板厚度9mm的纯钢板梁及其组合钢板梁进行加载。具体试件形式及尺寸见图-3。其试验目的是：当设计成2主梁组合梁桥时，探讨进一步减小腹板厚度、加大横向加劲肋间距及其混凝土桥面板等对钢梁弯曲、剪切承载性能的影响。加载方法见图-4。
图-3：试件形式及其尺寸（尺寸单位：mm）
图-5是弯曲加载试验结果，把荷载P与竖向位移δ用屈服荷载Py、屈服位移δy无量纲化的变化关系。纯钢板梁试件MP-1、MP-2未达到屈服荷载，在最大荷载后开始下降。其腹板从荷载初期就开始发生面外位移（即：局部失稳），当达到一定程度时，最终发生翼缘扭转屈曲。试件MP-2（tW=9mm）的最大荷载比试件MP-1（tW=12mm）小，腹板厚度对纯钢板梁局部屈曲的影响显而易见。组合钢板梁试件MC-1、MC-2都超过屈服荷载，并几乎达到截面完全塑性时的荷载PP，而且腹板厚度的影响并不很明显。其腹板未发生面外位移，最终是混凝土桥面板的压坏而导致破坏。在此试验中还观察到，组合钢板梁试件在弹性范围内，它的截面应变保持平面分布，并随着荷载增大，中性轴位置向桥面板侧上移，跨中的钢梁截面几乎都处于拉伸状态，而且不随腹板的厚度变化，这一点与纯钢板梁试件完全不同。
图-4：抗弯及抗剪加载试验方法（尺寸单位：mm）
图-5：弯曲加载时的荷载位移曲线
从图-5可以看到，纯钢板梁试件MP-1、MP-2不仅未达到屈服，而且最大荷载仅为完全塑性荷载的60%左右。组合钢板梁试件MC-1、MC-2都几乎达到截面完全塑性状态，为完全塑性荷载Pu的97%。Pu是与钢筋混凝土梁相同，基于截面的矩形应力分布计算出的。因此，从这个试验结果说明组合梁可以看成密实截面构件，假定为完全塑性状态计算极限强度。
试件SP-1、SC-1是剪切加载试验，两者的最大荷载没有超过完全塑性荷载的一半。说明不论是否有桥面板，当纵横比、高厚比较大时，腹板屈曲后的强度很难提高，剪力较大区间还不宜加大腹板的纵横比或减小厚度的限值。
结论：从上述最能支持以“塑性分析”进行钢-混组合梁桥设计的日本试验可以看出，虽然组合梁截面在受弯状态下能几乎达到完全塑性状态，但是剪切加载试验的结果并不理想，其剪切最大荷载未达到完全塑性荷载的一半。所以，对于公路钢-混组合梁桥，建议：1、依然采用线弹性分析法进行设计；2、如果采用塑性分析法进行设计，则必须按塑性分析法详细计算腹板的抗剪能力和局部失稳问题，不能按照现在的桥梁钢结构腹板分析方法去计算。并且要有试验验证。
[参考文献]
[1]中华人民共和国交通部，《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）
[2]中华人民共和国建设部，《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
[3]中华人民共和国交通部，《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86），P42
[4]吴冲主编，强士中主审，《现代钢桥》（上册），人民交通出版社，2006年9月，P210
[5]徐君兰，孙淑红主编，肖汝诚 徐恭义主审， 《钢桥》（第二版），人民交通出版社，2011年4月， P264 ～ P267
[6]黄侨主编，周志祥主审， 《桥梁钢-混凝土组合结构设计原理》， 人民交通出版社，2004年1月， P34-35
[7]中华人民共和国交通部， 《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）
[8]葛胜锦 余培玉 刘士林编译，周志祥主审， 《基于欧洲标准的钢-混凝土组合桥梁设计》，人民交通出版社，2010年9月
[9]刘玉擎 编著， 《组合结构桥梁》， 人民交通出版社， 2005年1月
（作者单位：哈尔滨工业大学交通学院 黑龙江哈尔滨）
[关键词]塑性分析 线弹性分析 钢-混组合梁
由于公路桥梁中使用钢-混组合梁起步较晚，工程实例较混凝土桥梁少，相关的研究工作开展较少，导致其使用的规范更新较慢，目前仍以《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）（以下简称《86钢木规范》）为准。
但是随着公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁进入以“塑性分析”进行设计[1]、建筑钢结构进入以“塑性分析”进行设计[2]的阶段，业内对于公路桥梁中的钢-混组合梁在现阶段是否采用“塑性分析“进行设计存在不同看法。例如：大部分设计单位仍然采用《86钢木规范》中对于公路钢-混组合梁（规范中称为“联合梁”）计算的规定，按线弹性分析的容许应力法进行设计，组合梁的钢筋混凝土桥面板的容许压应力按规范取为0.63Rab，其中Rab为钢筋混凝土轴心抗压标准强度[3]。荷载组合使用与《86钢木规范》配套的《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）。
在2006年出版的、吴冲教授主编的《现代钢桥》（上册）[4]一书中也有篇幅讲到了组合梁桥的设计计算。《现代钢桥》（上册）[4]第210页写道：“组合梁桥的计算，除了按弹性状态分析梁的受力外，还应考虑混凝土材料的徐变和收缩效应以及由于日照和混凝土板与钢梁导热性能不同所产生的温差内力”。可见，吴冲教授主张钢-混组合梁桥的设计方法为“按弹性状态分析梁的受力”的容许应力法。
在2011年出版的、徐君兰、孙淑红主编的《钢桥》（第二版）[5]第五章第266页给出了组合梁截面计算图式如图-1所示；并在第267页写道：最后，按下式校核强度：
从上式的控制应力采用容许应力可以看出，徐君兰教授在《钢桥》（第二版）[5]也是采用容许应力法进行组合梁的设计计算的。此外，由于组合梁是由钢材和混凝土材料结合而成，在计算截面特性时，必然遇到截面的换算问题。以往遵循钢筋混凝土材料的换算方法直接按规范采用两种材料的弹性模量比值n进行换算，目前我国的《86钢木规范》中没有列出n值的取用办法。在《钢桥》（第二版）[5]第264页中介绍道：在日本，考虑了组合梁在竖向荷载作用下，混凝土处在弹塑性状态，致使混凝土的弹性模量有所降低的特点，规定不管哪种强度的混凝土，其弹性模量均按Ec=3×104MPa（n=7）采用。此外，在小西一郎编的《钢桥》（中译本，第二分册，1976年）一书中提出，在计算简支组合梁内力的过程中，混凝土接近破坏状态时，弹性模量取Ec=1.4×104MPa（n=15）；而计算变形和超静定结构时，混凝土弹模可按规范采用。
由黄桥教授主编的、于2004年出版的《桥梁钢-混凝土组合结构设计原理》[6]一书中认为：混凝土并非理想的弹性材料，而钢材可以认为是理想的弹塑性材料。因此，组合梁的截面弹性分析只有当混凝土的最大压应力小于0.5倍轴心抗压设计强度，且钢材的最大拉应力小于其屈服强度时才可认为是正确的。并进而提出：对于密实截面的组合梁可按塑性理论计算其极限承载力。亦即：密实截面的组合梁在外力作用下，失稳、疲劳、振动等破坏均在梁的截面进入塑性极限状态之前不会出现，梁截面可以形成塑性铰，最后由于材料强度达到抗拉、抗压极限强度而破坏。对于纤细截面的组合梁，则应按弹性理论进行分析计算。也就是说，纤细截面的组合梁在外力作用下，失稳、疲劳、振动等破坏可以在梁的截面进入塑性极限状态之前出现，梁在破坏之前截面不能形成塑性铰。书中进一步建议：由于目前在《钢桥规》中尚未列入钢-混凝土组合梁桥的极限抗弯强度的计算方法，可以在强度计算中引入《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）[7]的荷载组合系数和材料强度指标，套用建筑《钢结构设计规范》（GB J19-88）的方法进行计算。其抗弯承载力的基本表达式为：
Mj≤Mu
式中：
《桥梁钢-混凝土组合结构设计原理》[6]中首次提到了“密实截面”、“纤细截面”的概念。书中P34写道：“为保证钢梁能形成塑性铰，其截面的宽厚比应该满足表-1的要求。并规定，在组合梁正弯矩区段，其塑性中性轴不在钢梁腹板内或塑性中性轴虽在钢梁腹板内，但钢梁截面的宽厚比满足表-1的要求，这两种情况均称为密实截面。当截面塑性中性轴位于腹板内但截面尺寸不满足表-1的要求的截面称为纤细截面。”
表-1：板件宽厚比
注：N- 构件轴心压力，纯弯时取N=0；
As- 鋼梁毛截面面积；
f- 塑性设计时采用的钢材抗拉、抗压和抗弯强度设计值，相当于公路桥规中0.9σs/γs，其中0.9为塑性折减系数，σs为钢材的屈服强度；
hf- 腹板的有效高度，当腹板有纵向加劲肋时，将hf分成h1和h2。h1、h2分别与腹板厚度tf之比不得大于表中腹板栏内的公式算出的数值；
fy- 钢材的屈服强度。
根据上表对密实截面的定义，我们试进行进一步的分析说明。对于桥梁的主梁，一般而言N=0，也就是可以看成是纯弯构件。对于第一种“工字梁”情况，当我们采用Q235q钢时，由于Q235q钢的fy=235MPa，因此：hf/tf≤72。我们知道，主梁腹板的厚度tf一般在12～18mm之间，那么梁高hf不能超过1300mm。钢桥主梁是很少采用Q235q钢的，一般采用Q345q钢，Q345q钢的fy=345MPa，带入上表公式中，hf/tf≤72*（235/345）1/2≈59.4。则梁高hf不能超过1070mm。让我们再来分析“工字梁”翼缘板的限值。主梁的上翼缘板厚度 t’一般在20mm～28mm之间，因此，当采用Q345q钢时，带入上表公式中，b/t’≤9*（235/345）1/2≈7.3，则翼缘悬臂长度b不能超过205mm。箱形截面梁可以按相同的方法推得其满足密实截面的条件为：当主梁采用Q345q钢时，梁高hf不会超过1070mm、翼缘悬臂长度 b 不能超过683mm。在实际的设计工作中，这种条件是很难满足的，因此，除非截面的中性轴不在钢梁内，使截面达到“密实截面”的要求，否则，依靠截面形状很难达到“密实截面”的要求。也就是说，大部分截面要按“纤细截面”所要求的弹性分析来进行计算。 书中只限定了板件的宽厚比，一般来说，这个条件只是控制了钢梁板件不会发生局部失稳。书中没有讨论组合梁中钢梁的整体稳定条件：λ的限值。对于钢-混组合梁，由于桥面板的作用，一般不会发生整体失稳，所以书中省略了对λ限值的讨论。
那么，对于钢-混组合梁桥要不要讨论其钢梁的整体稳定性呢？在2010年出版的、由葛胜锦、余培玉、刘士林编译、周志祥主审的《基于欧洲标准的钢-混凝土组合桥梁设计》[8]一书中的P33～P34写道：弯矩或者应力的限制值根据长细比参数（λ）来定，长细比的计算要使用有效长度，压应力的限制值由图-2来确定。λ≤45的梁可以完全发挥其作用；而λ>45的梁易于失稳，其应力必须加以限制。
同时，给出了钢梁压应力限值曲线，如图-2所示。
从欧洲标准可以看出，欧洲标准是采用材料的屈服应力而非容许应力控制设计。对于λ≤45的梁在形成塑性铰之前不存在整体失稳的危险，因此可以像计算混凝土梁一样按截面形成塑性铰计算其极限承载力；对于λ>45的梁，由于在形成塑性铰之前存在整体失稳的危险，因此不能像计算混凝土梁一样按截面形成塑性铰计算其极限承载力，而应该按弹性阶段分析其极限承载力。
与欧洲标准相似，在我国《86钢木规范》的第8页的表1.2.16-1对于钢梁的总稳定性计算规定：
在《86钢木规范》第10页的表1.2.16-2给出了上表公式（1.2.16-1）轴心受压构件的纵向弯曲系数φ1的值，其中λ为构件的长细比：
如果我们试图将钢-混组合梁的计算方法与现行的钢筋混凝土桥梁的计算方法统一，可以仿照欧洲标准，根据我们的《86钢木规范》中对于梁的长细比λ的分类，建议对于λ≤30的梁，由于在形成塑性铰之前不存在失稳的危险，因此可以像计算混凝土梁一样按截面形成塑性铰计算其极限承载力；对于λ>30的梁，由于在形成塑性铰之前存在失稳的危险，因此不能像计算混凝土梁一样按截面形成塑性铰计算其极限承载力，而应该按弹性阶段分析其极限承载力。
在以上的教材中对于钢-混组合梁的设计方法出现了争议，那么，哪种设计方法更符合实际呢？当然，要解决这个问题最直接的方法就是做试验。但是，在没有资金支持试验的情况下，我们还可以大量查找国内外资料，甚至寻找国外的试验数据和试验报告。
在《组合结构桥梁》[9]一书中，给出了一个简支组合钢板梁桥的试验。该试验是日本在设计首座2主梁组合钢板梁桥、即北海道的Chidorinosawa公路橋时进行的研究项目之一。试件的截面尺寸是该桥钢板主梁的1/2模型，腹板高度1420mm。其长度为11000mm，在试验区段不设纵向加劲肋，设横向加劲肋间距为4260mm、纵横比为α=3。弯曲试验是对纯钢板梁及其组合钢板梁，各自以腹板厚度9mm、12mm的2种截面共计4个梁进行加载；剪切试验是对仅用腹板厚度9mm的纯钢板梁及其组合钢板梁进行加载。具体试件形式及尺寸见图-3。其试验目的是：当设计成2主梁组合梁桥时，探讨进一步减小腹板厚度、加大横向加劲肋间距及其混凝土桥面板等对钢梁弯曲、剪切承载性能的影响。加载方法见图-4。
图-3：试件形式及其尺寸（尺寸单位：mm）
图-5是弯曲加载试验结果，把荷载P与竖向位移δ用屈服荷载Py、屈服位移δy无量纲化的变化关系。纯钢板梁试件MP-1、MP-2未达到屈服荷载，在最大荷载后开始下降。其腹板从荷载初期就开始发生面外位移（即：局部失稳），当达到一定程度时，最终发生翼缘扭转屈曲。试件MP-2（tW=9mm）的最大荷载比试件MP-1（tW=12mm）小，腹板厚度对纯钢板梁局部屈曲的影响显而易见。组合钢板梁试件MC-1、MC-2都超过屈服荷载，并几乎达到截面完全塑性时的荷载PP，而且腹板厚度的影响并不很明显。其腹板未发生面外位移，最终是混凝土桥面板的压坏而导致破坏。在此试验中还观察到，组合钢板梁试件在弹性范围内，它的截面应变保持平面分布，并随着荷载增大，中性轴位置向桥面板侧上移，跨中的钢梁截面几乎都处于拉伸状态，而且不随腹板的厚度变化，这一点与纯钢板梁试件完全不同。
图-4：抗弯及抗剪加载试验方法（尺寸单位：mm）
图-5：弯曲加载时的荷载位移曲线
从图-5可以看到，纯钢板梁试件MP-1、MP-2不仅未达到屈服，而且最大荷载仅为完全塑性荷载的60%左右。组合钢板梁试件MC-1、MC-2都几乎达到截面完全塑性状态，为完全塑性荷载Pu的97%。Pu是与钢筋混凝土梁相同，基于截面的矩形应力分布计算出的。因此，从这个试验结果说明组合梁可以看成密实截面构件，假定为完全塑性状态计算极限强度。
试件SP-1、SC-1是剪切加载试验，两者的最大荷载没有超过完全塑性荷载的一半。说明不论是否有桥面板，当纵横比、高厚比较大时，腹板屈曲后的强度很难提高，剪力较大区间还不宜加大腹板的纵横比或减小厚度的限值。
结论：从上述最能支持以“塑性分析”进行钢-混组合梁桥设计的日本试验可以看出，虽然组合梁截面在受弯状态下能几乎达到完全塑性状态，但是剪切加载试验的结果并不理想，其剪切最大荷载未达到完全塑性荷载的一半。所以，对于公路钢-混组合梁桥，建议：1、依然采用线弹性分析法进行设计；2、如果采用塑性分析法进行设计，则必须按塑性分析法详细计算腹板的抗剪能力和局部失稳问题，不能按照现在的桥梁钢结构腹板分析方法去计算。并且要有试验验证。
[参考文献]
[1]中华人民共和国交通部，《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）
[2]中华人民共和国建设部，《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
[3]中华人民共和国交通部，《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86），P42
[4]吴冲主编，强士中主审，《现代钢桥》（上册），人民交通出版社，2006年9月，P210
[5]徐君兰，孙淑红主编，肖汝诚 徐恭义主审， 《钢桥》（第二版），人民交通出版社，2011年4月， P264 ～ P267
[6]黄侨主编，周志祥主审， 《桥梁钢-混凝土组合结构设计原理》， 人民交通出版社，2004年1月， P34-35
[7]中华人民共和国交通部， 《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）
[8]葛胜锦 余培玉 刘士林编译，周志祥主审， 《基于欧洲标准的钢-混凝土组合桥梁设计》，人民交通出版社，2010年9月
[9]刘玉擎 编著， 《组合结构桥梁》， 人民交通出版社， 2005年1月
（作者单位：哈尔滨工业大学交通学院 黑龙江哈尔滨）