預(yù)應(yīng)力鋼—混凝土橋梁是采用工字型鋼、H型鋼、U型鋼等型鋼或管鋼與混凝土板通過抗剪連接件可靠地連接組合，同時根據(jù)需要和可能在鋼梁、混凝土板或鋼管混凝土管芯或體外施加預(yù)應(yīng)力的一種組合結(jié)構(gòu)橋梁。預(yù)應(yīng)力鋼—混凝土橋梁與普通鋼—混凝土橋梁的共性表現(xiàn)為二者均能充分發(fā)揮材料性能，如鋼的抗拉性和混凝土的抗壓性，不同之處在于，與普通鋼一混凝土橋梁相比，這種橋梁結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點：一是施加預(yù)應(yīng)力后擴大了鋼梁承載的彈性范圍；二是增加了結(jié)構(gòu)的極限承載力；三是節(jié)省鋼材，減輕結(jié)構(gòu)自重；四是改善了結(jié)構(gòu)的疲勞性能和斷裂性能。這種組合結(jié)構(gòu)已在國內(nèi)外大中跨度的橋梁上得到廣泛應(yīng)用。

　　1.國內(nèi)外工程應(yīng)用

　　1955年，在德國的尼卡運河上建成一座跨度為34米的勞芬橋（Lauffen Bridge）。該橋由兩根平板梁支撐著一塊鋼筋混凝土橋面組合而成。每根板梁通過4股筆直的預(yù)應(yīng)力鋼索施加預(yù)應(yīng)力。每股鋼索由52束鋼絞線組成。每股的直徑為5.3mm.在梁間橫向支撐施工完成后和橋面混凝土結(jié)硬達(dá)到預(yù)期的要求后通過液壓千斤頂對其進(jìn)行施加后張預(yù)應(yīng)力。結(jié)果使上弦減少28%的應(yīng)力，下弦減少61%的應(yīng)力。

　　1960年，在前蘇聯(lián)西伯利亞地區(qū)Tom河上，建成了一座五跨預(yù)應(yīng)力組合板梁橋。最大跨徑達(dá)109.2m.全橋共用320根直徑為38.1mm的鋼索，每根鋼索的張拉力為95t.全橋共節(jié)約鋼材500t，占整座橋用鋼量的10%.1963年建成的同樣結(jié)構(gòu)體系的頓河公路大橋，最大跨徑達(dá)147m，用鋼量僅為360 t /m². 1961年，在黑西哥建成一座由預(yù)應(yīng)力工字鋼組合的五跨鐵路橋梁。由角鋼組成鋼梁的上下翼，并和一塊腹板焊接。在每根梁的下翼緣由一塊鋼板焊接封閉。與常規(guī)工字鋼梁跨度相比，這種類型的橋梁可節(jié)約：鋼材55%;造價25%. 1966年，在美國華盛頓的Whatcom郡建成一座跨度為46米預(yù)應(yīng)力組合板梁橋。該橋由兩根△ 型梁支撐混凝土橋面。其梁高與普通鋼梁相比，減少305 mm，具有明顯的經(jīng)濟效益。

　　1982年，美國愛達(dá)華的Bonners Ferry橋，是預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁工程應(yīng)用的典范。該橋為十跨四車道橋，由四根主梁支撐。在施加后張預(yù)應(yīng)力后，由鋼梁和混凝土板組合共同工作。全橋以節(jié)約鋼材20%的顯著經(jīng)濟效益而中標(biāo)。

　　采用預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制板的組合梁橋是當(dāng)今日本的發(fā)展方向。用預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制板方法修建的橋梁至今已有50多座。東京至神戶的第二高速公路上，大量的以預(yù)制混凝土板構(gòu)筑的組合梁橋已在使用之中，如奧博（Ohbu）高架橋就是其中之一。

　　波紋鋼腹板體外預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁是國外新興的一種橋梁結(jié)構(gòu)形式。它可以看成是由混凝土頂?shù)装?、體外預(yù)應(yīng)力筋和波紋鋼腹板三者構(gòu)成橋梁，是對傳統(tǒng)的體外預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的種改進(jìn)。該結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁相比，大大降低了結(jié)構(gòu)的自重，增大了橋梁的跨徑并使下部結(jié)構(gòu)的工程量減少，縮短了工期，由此取得的經(jīng)濟效益是可觀的。在跨度為 40m的條件下 ，體內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的混凝土用量為0.55m3 /m²，采用體外預(yù)應(yīng)力的混凝土箱梁的混凝土用量為 0.45m3/m²，而波紋鋼腹板體外預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的混凝土用量僅為0.35m³/m².法國成功設(shè)計了主跨徑達(dá)400m的三跨預(yù)應(yīng)力混凝土波形鋼腹板箱梁，與同等跨徑的高強度預(yù)應(yīng)力混凝土橋相比，可降低成本約30%。1986年在法國建成了世界上第一座波紋鋼腹板橋—Cognac橋，腹板應(yīng)用僅8mm厚的熱軋鋼腹板。此后相繼建成了Maupre橋和Asterix橋以及挪威的Tronko橋和委內(nèi)瑞拉的Caracas橋。日本1993年修建了一座波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋—新開橋，這是一座雙箱單室的30m跨徑的簡支梁。另一座波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋—松木七號橋，也在建設(shè)中。此外，日本在一座連續(xù)剛構(gòu)橋—本谷橋中，也采用了波紋鋼腹板，這是波紋鋼腹板第一次應(yīng)用在連續(xù)剛構(gòu)中。

　　我國預(yù)應(yīng)力鋼—混凝土橋梁雖然起步晚，但是發(fā)展迅速。

　　沈陽市東西快速干道全長7.840 km，全線采用高架橋形式。為了減少滿堂紅支架施工對路口交通的影響和保證整個高架橋梁高一致，決定采用鋼-混凝土橋梁。針對該結(jié)構(gòu)的負(fù)彎矩區(qū)橋面板易引起開裂的問題：在鋼梁內(nèi)設(shè)置體外預(yù)應(yīng)力束，給橋面板混凝土施加預(yù)壓應(yīng)力；在橋面板混凝土中設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼束，給混凝土橋面板自身提供足夠的預(yù)壓應(yīng)力。

　　深圳布吉立交高架橋，位于廣東省惠深一級公路布吉立交路段。該橋梁的主要特點是在國內(nèi)首次以部分預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絲束，在大懸臂連續(xù)板梁結(jié)構(gòu)中進(jìn)行綜合應(yīng)用。

　　三峽工程永久船閘施工橋是采用預(yù)制裝配式預(yù)應(yīng)力鋼桁—混凝土組合梁橋，在同類條件下與鋼箱—混凝土組合梁的對比表明，該體系梁橋比鋼箱—混凝土組合梁橋的用鋼量減少40%，節(jié)約造價40 %以上，縮短工期6 0%以上，具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。

　　蕪湖長江大橋是一座公路鐵路兩用大橋，正橋總長2193. 7m，為三跨鋼桁梁矮塔斜拉橋（體外預(yù)應(yīng)力）。該橋被稱為中國2 0世紀(jì)的標(biāo)志性工程，擁有8項創(chuàng)新、十多個中國之最 ，桁梁橋梁是其中之一。大橋上層公路橋面采用鋼筋混凝土板與鋼桁梁相結(jié)合的板桁橋梁，其規(guī)模之大、跨度之大屬國內(nèi)首創(chuàng)，截止成橋時在國外也未見報道。由于采用了這種結(jié)構(gòu)，增加了橋梁的剛度，減少了公路橋面伸縮縫數(shù)量，提高了行車舒適度，降低了桁高 （14m），大大縮短了引橋長度，收到了良好的效益。

　　2理論與試驗研究

　　預(yù)應(yīng)力組合板梁橋是由Dischinger于1949年首先提出的。在他的兩篇論文里，對簡支梁橋，連續(xù)板梁橋，懸索橋和高速公路拱橋以及鐵路橋梁等預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)體系，提出一種基本的分析理論并提出了高強鋼絲可用作預(yù)應(yīng)力鋼索。此外，他還提出通過使用混凝土來加強連續(xù)板梁的下弦。

　　1950年，Coff通過拉伸鋼絲使組合鋼梁和混凝土板體系獲得預(yù)應(yīng)力而被授予美國專利。

　　1959年，Szilard討論了同時應(yīng)用彈性假定和近似極限的方法對預(yù)應(yīng)力組合板梁的分析。

　　1963年，Hoadley研究了沿全長施加恒定的偏心預(yù)應(yīng)力的簡支預(yù)應(yīng)力組合鋼梁。

　　Reagan和Krahl討論了在常規(guī)組合設(shè)計工作應(yīng)力內(nèi)通過使用蓋板來增加橫截面的慣性矩。這類預(yù)應(yīng)力組合梁已廣泛在橋梁結(jié)構(gòu)中使用。

　　1973年，Knowles出版的著作中討論了通過鋼絞線給單跨板梁施加預(yù)應(yīng)力。他還研究了通過反拱來施加預(yù)應(yīng)力的方法。Roik討論了在連續(xù)組合梁中施加預(yù)應(yīng)力的方法；而Gibshman研究了通過施加預(yù)應(yīng)力來增強組合梁中鋼筋混凝土板工作性能的方法。

　　Anand研究了短跨橋的簡支縱梁的預(yù)應(yīng)力設(shè)計，這種橋上在具有初始應(yīng)力的軋制梁的翼緣上焊接了高強蓋板。

　　1987年，P.K.Basu等對一根兩跨連續(xù)組合梁進(jìn)行了試驗研究，認(rèn)為對負(fù)彎矩區(qū)混凝土板施加預(yù)應(yīng)力可消除荷載作用下的裂縫，增強混凝土的耐久性，提高負(fù)彎矩區(qū)的抗彎能力，節(jié)約材料和維修費用。

　　1990年，J.B.Kennedy 和N.F.Grace對負(fù)彎矩區(qū)是預(yù)應(yīng)力混凝土板的連續(xù)組合板橋模型進(jìn)行了靜載，疲勞和振動試驗，得出的結(jié)論與P.K.Basu等人的認(rèn)為基本一致。

　　1995年，L.Dezi，G.Leomi和A.M. Tarantino對負(fù)彎矩區(qū)為預(yù)應(yīng)力混凝土板的連續(xù)組合梁在長期荷載下，由于負(fù)彎矩區(qū)混凝土板開裂及部分共同作用所致進(jìn)行了粘彈藥性分析，認(rèn)為預(yù)制或現(xiàn)澆混凝土的時間效應(yīng)很重要。

　　波紋鋼腹板體外預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁這種新穎的橋型一出現(xiàn)就引起了世界許多工程師和學(xué)者的關(guān)注。對這種橋梁結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的分析研究也隨之開始。1960年，美國的Peterson教授就開始了波紋板梁的抗剪研究。隨后，瑞典的Dergtelt和德國的Linder等人也加入這一結(jié)構(gòu)的研究行列。從1989年至今，美國的M.Elgaaly等人對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。先后對波紋鋼腹板的剪切屈曲以及波紋板梁的抗彎性能進(jìn)行了一系列的理論分析和實驗研究工作，為這種新結(jié)構(gòu)的發(fā)展和推廣奠定了一定的理論基礎(chǔ)。

　　預(yù)應(yīng)力鋼—混凝土橋梁在我國研究起步較晚。80年代初雖出現(xiàn)少量工程應(yīng)用，但當(dāng)時未考慮其組合效應(yīng)，而僅僅把它作為強度儲備，提高安全度或方便施工。此后的時間里，國內(nèi)一些高校對采用拴釘剪力連接件的鋼—混凝土組合梁進(jìn)行了深入的試驗和理論研究，包括抗彎承載力、剛度、滑移效應(yīng)、縱向抗剪和拴釘連接件的實際抗剪承載力、混凝土板縱向抗剪計算方法等，提出考慮滑移效應(yīng)的鋼—混凝土組合梁變形計算的折減剛度法，并建立了考慮滑移效應(yīng)的組合梁截面剛度和抗彎強度的簡化實用計算公式，同時考慮了混凝土徐變和混凝土收縮的影響。折減剛度法對組合梁計算分析的換算截面法進(jìn)行了改進(jìn)，是對組合梁計算理論的發(fā)展。

　　3.發(fā)展展望

　　工程應(yīng)用表明，與單獨鋼梁工作相比，預(yù)應(yīng)力鋼—混凝土橋梁可節(jié)省鋼材30%-45%，撓度可減少50%或降低梁高20%-40%;與普通鋼—混凝土組合梁相比，施加預(yù)應(yīng)力后可節(jié)省鋼材10%-30%，降低造價10-20%.因此，預(yù)應(yīng)力鋼—混凝土橋梁是很有市場發(fā)展前景的。

　　預(yù)應(yīng)力鋼梁與高強混凝土結(jié)合在一起形成了結(jié)合梁是新材料和新結(jié)構(gòu)的有機結(jié)合，這將是預(yù)應(yīng)力橋梁未來發(fā)展的一個方向。

　　預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代橋梁今后發(fā)展的一個重要方向。將預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用到鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中，形成預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土橋梁，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)、管結(jié)構(gòu)、細(xì)管高性能混凝土等諸多優(yōu)越性，綜合成為最佳效益，可望推動橋梁結(jié)構(gòu)等向大跨、大空間、重載、動載方向發(fā)展。

　　隨著工程結(jié)構(gòu)跨度的增加，減輕上部結(jié)構(gòu)自重成為人們關(guān)注的首要問題。波形鋼腹板體外預(yù)應(yīng)力組合箱梁是國外新興一種新型的鋼—混凝土橋梁形式。這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)主梁的輕型化，進(jìn)而減輕下部結(jié)構(gòu)的工程量。隨著對這一新型結(jié)構(gòu)分析與研究的不斷深入，該類結(jié)構(gòu)將在我國橋梁工程建設(shè)中得到應(yīng)用。