钢桥 课件 第6章 组合梁桥

《钢桥》——组合梁桥2023/6/11组合梁桥概况2023/6/12《钢桥》第6章

组合梁桥Contents.本章内容提纲组合梁桥基本构造组合梁桥弹性分析法组合梁桥概况2023/6/13《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥概况6.1钢管混凝土钢骨混凝土……型钢混凝土 钢—砼组合梁2023/6/14《钢桥》第6章

组合梁桥导言：什么是组合梁？基本定义：是组合结构的一种类型，指采用剪力连接件将钢梁与混凝土板组合成一个整体截面并共同承担外荷载的复合结构目的：将抗拉性能强的钢材布置在拉伸区，将抗压性能强的混凝土布置在压缩区，实现优势互补，极大限度地追求高性能和经济性组合结构组合梁桥概况6.1导言：组合梁桥与混合梁桥区别？组合梁的特征：用剪力件将砼板与钢梁连接成整体共同受力的结构（截面有两种材料）混合梁的特征：用砼梁与钢梁通过接头连接成整体共同受力的结构（截面只有一种材料）钢梁砼梁砼梁钢梁混凝土板剪力件2023/6/15《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥概况6.1②3A墩B墩C墩D墩E墩F墩G墩H墩

90m 组合梁桥典型结构形式上海长江大桥引桥：钢与混凝土组合连续箱梁桥,

两联全长1400m700m

85m

5×105m 主梁支点断面图（单位cm）主梁跨中断面图（单位cm）双结合2023/6/16《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥概况6.1组合梁桥典型结构形式上海长江大桥引桥主梁施工：单片主梁最大重量约2300t，采用整孔箱梁吊装方案2023/6/17《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥概况6.1组合梁桥典型结构形式德国Nantenbach铁路桥：83.2m+208.0m+83.2m，3跨连续组合桁架梁桥负弯矩区未设置预应力钢筋桥墩附近两个下弦杆间浇混凝土上下弦杆形成双重组合2023/6/18《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥概况6.1组合梁桥典型结构形式法国Arbois桥：29.85m+40.4m+29.85m，3跨连续组合桁架桥钢桁架腹杆+上下混凝土翼缘板横截面的构造2023/6/19《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥概况6.14m预制节段梁，悬臂施工2023/6/110《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥典型结构形式法国Boulonnais桥：44.5m+3*77m+93.5m+5*110m+93.5m+3*77m+44.5m,15跨连续钢管桁架腹杆的构造组合梁桥概况6.1组合梁桥典型结构形式杭州九堡大桥(主航道桥)：组合梁-钢拱组合体系，3x210m2023/6/111《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥概况6.1组合梁桥典型结构形式横浜绿IC桥：32.3m＋4×40.0m＋42.0m＋40.1m，7跨连续组合刚构桥2023/6/112《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥概况6.1组合梁桥典型结构形式阿古耶桥：36m＋36m＋36m，3跨连续组合刚构桥2023/6/113《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥概况6.1组合梁桥典型结构形式东海大桥：主跨420m箱形组合梁斜拉桥东海大桥主通航孔斜拉桥2%2%2023/6/114《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥概况6.1组合梁桥典型结构形式台州市椒江二桥：70m+140m+480m+140m+70m连续漂浮双索面结合梁斜拉桥2023/6/115《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥概况6.1半封闭钢箱组合梁2023/6/116《钢桥》第6章

组合梁桥6.1.1组合梁桥典型结构形式台州市椒江二桥：70m+140m+480m+140m+70m连续漂浮双索面结合梁斜拉桥预制桥面板组合梁桥概况6.16.1.1组合梁桥典型结构形式鄄城黄河特大桥：70m＋11×120m＋70m波形钢腹板预应力砼连续组合箱梁实现了主梁的轻型化2023/6/117《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥概况6.1组合梁桥分类按照截面形式分类组合钢板梁桥组合箱梁桥，钢主梁可采用半封闭和封闭钢箱梁组合桁架桥：上承式桥、桁腹式桥、下承式桥波形钢腹板组合梁桥按照连接件刚度分类刚性组合(型钢连接件)梁和柔性组合(钢筋连接件、栓钉)梁根据架设与施工方法不同活载组合梁(不设支架或临时墩)与恒载组合梁(设支架或临时墩)根据支承形式不同简支梁与连续梁2023/6/118《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥概况6.16.1.3组合梁桥工作原理混凝土板对钢梁而言是一种外荷载2023/6/119《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥概况6.16.1.4组合梁桥基本特点15m以下的小跨度桥梁多采用钢筋混凝土梁桥15~25m跨径则用预应力混凝土梁桥25~60m跨径往往采用钢-混凝土组合梁桥。更大跨径桥梁：钢箱梁和钢桁梁大跨度斜拉桥主梁也可采用组合梁，钢梁主要承担斜拉桥的桥面弯矩，混凝土桥面板则主要承担轴向压力。同等跨度下，组合梁相比钢梁可以提高钢材利用率，相比混凝土梁能有效降低自重，节省基础造价与施工周期2023/6/120《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥基本构造2023/6/121《钢桥》第6章

组合梁桥6.2组合梁桥基本构造型钢连接件6.2.1剪力连接件构造功能：防止混凝土板相对于钢梁的相对滑移和掀起钢筋连接件2023/6/122《钢桥》第6章

组合梁桥6.2组合梁桥基本构造6.2.1剪力连接件构造圆柱头焊钉开孔钢板2023/6/123《钢桥》第6章

组合梁桥6.2组合梁桥基本构造6.2.1剪力连接件构造T形开孔钢板2023/6/124《钢桥》第6章

组合梁桥6.2组合梁桥基本构造6.2.1剪力连接件构造根据抗剪连接仵在荷载作用下变形能力的大小，抗剪连接件可以分为刚性连接件和柔性连接件两类刚性与柔性连接件抗剪性能2023/6/125《钢桥》第6章

组合梁桥6.22023/6/126《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥基本构造剪力连接件构造刚性连接件——容易在受压侧混凝土内引起较高的应力集中，在焊接质量有保障的条件下，破坏时表现为混凝土被压碎或发生剪切破坏，往往导致脆性破坏。柔性连接件——虽然刚度较小，在剪力作用下会发生变形，但承载力不会降低。为什么呢?6.2组合梁桥基本构造混凝土桥面板构造现浇混凝土桥面板整体性好，容易满足各种桥面的截面要求模板工程量和现场湿作业量大，施工速度慢混凝土后期收缩受到钢梁约束，引起拉应力2023/6/127《钢桥》第6章

组合梁桥预制混凝土桥面板6.2组合梁桥基本构造降低混凝土收缩徐变引起的附加应力减小现场的湿作业量，减少临时支撑，施工速度快接缝是预制桥面板受力的薄弱环节2023/6/128《钢桥》第6章

组合梁桥组合桥面板6.2组合梁桥基本构造提高了桥面板抗弯能力，减小了混凝土板厚度提高了桥面刚度，增强了底钢板疲劳性能底钢板兼作混凝土浇筑底模板，减少了模板的安装和拆除工作，缩短了工期2023/6/129《钢桥》第6章

组合梁桥6.2组合梁桥基本构造6.2.3组合连续梁负弯矩区负弯矩区桥面板受拉，导致桥面开裂，影响结构耐久性，降低组合截面轴向和抗弯刚度对策：1、设置足够普通钢筋，限制混凝土裂缝宽度2、施加预应力，降低拉应力水平3、运用合理的施工方法，控制成桥后混凝土桥面板的拉应力调整混凝土浇筑次序预加荷载法支座强迫位移法4、部分组合梁2023/6/130《钢桥》第6章

组合梁桥调整混凝土浇筑次序6.2组合梁桥基本构造2023/6/131《钢桥》第6章

组合梁桥6.2组合梁桥基本构造预加荷载法1、钢梁施工完后，首先在正弯矩区段浇注混凝土和施加一定的临时荷载，使得支点附近钢梁负弯矩区段产生足够的预应力2、然后在预应力状态下浇注负弯矩区段混凝土，混凝土达到设计强度后，撤去临时荷载。当卸去临时荷载后，支点附近产生反向的正弯矩，混凝土板产生一定的压应力2023/6/132《钢桥》第6章

组合梁桥6.2组合梁桥基本构造支座强迫位移法1、在钢梁架设后将中间支点抬高2、浇注桥面板混凝土，待其硬化后，将中间支点下降，这样便产生了预应力。2023/6/133《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥弹性分析法2023/6/134《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥弹性分析法6.36.3.1组合梁桥分析方法受力三阶段:

弹性阶段(整体工作良好,挠度随荷载线性增长)弹塑性阶段(混凝土翼板开裂,钢梁应变迅速增长)塑性阶段(挠度出现大幅增长,荷载-挠度曲线呈水平)弹性计算假定:1、钢梁下翼缘达到屈服前,

截面应变分布基本符合平截面2、组合梁内力分析采用线弹性分析方法(中支点受拉区混凝土怎么办？)核心内容是截面应力计算2023/6/135《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥弹性分析法6.3确定截面-考虑组合梁混凝土翼板剪力滞效应的有效宽度分析各跨跨中和中间支座处的混凝土翼缘板有效宽度0effef

,ib

b

b6ef

,iib

Lei

b组合梁桥边支座处的混凝土翼板有效宽度beff

b0

ibef

,ie,iiiLb

0.55

0.025

1.02023/6/136《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥弹性分析法6.3补充说明预应力组合梁在计算预加力引起的混凝土应力时，预加力作为轴向力产生的应力可按实际翼板全宽计算；由预加力偏心引起的弯矩产生的应力可按翼板有效宽度计算。对超静定结构进行整体分析时，组合梁的翼板有效宽度可取实际宽度。2023/6/137《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥弹性分析法6.36.3.2组合梁桥截面几何特性计算思路：线弹性组合梁应力按材料力学公式计算。材料力学适用于单质连续弹性体，故将钢和混凝土两种材料换算成同一材料的截面，即换算截面法bebeq--设:--混凝土单元的截面面积为Ac弹性模量为Ec应力为σc时应变为εc换算原则:

合力不变及应变相同Ac

c

As

s2023/6/138《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥弹性分析法6.3由应变协同条件得

c

sEc

Es

c

s0scnE

s

Ec

scn0

Es/EAc

c

As

s0csnAA

的钢截面来代替混凝土单元面积

Ac

，可用面积为Ac

/

n0能确定换算钢截面尺寸吗?2023/6/139《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥弹性分析法6.3换算只是便于计算,不得改变截面整体刚度思路:

换算时不改变混凝土翼板厚度，而通过改变翼板的宽度来实现，假定be为原截面混凝土板的有效宽度，beq为混凝土板换算后的宽度，两者转换关系如下:0eqbn

be

s

是假想的钢截面应力.

对混凝土翼板而言，其真实应力应为同一点假想钢截面应力的1/

n0，即

c

s

/

n02023/6/140《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥弹性分析法6.30nAc0A

As0 0c sAcan Aa a a

总面积A0

As＋换算截面形心位置换算截面惯性矩02023/6/141《钢桥》第6章

组合梁桥000ss scs0 s cs0 s ca2nnnI

IIcAa2

Ac

IIcA

a

a

IAa

a组合梁桥弹性分析法6.3susudsI

MIy

fslsldsI

MIy

f

0Vd

Vu

fvd

Awd2023/6/142《钢桥》第6章

组合梁桥

2

3

2

1.1

f钢梁下翼缘正应力：6.3.3组合梁施工阶段内力分析根据不同的施工方法，分阶段验算。设临时支撑：可不检算钢梁应力，荷载完全由支撑传到基础不设临时支撑：砼板与钢梁未形成组合结构，荷载包括安装阶段的钢梁自重和无支架施工的混凝土重量等钢梁上翼缘正应力： 抗剪承载力验算：弯剪共同作用承载力验算：组合梁桥弹性分析法6.3不设临时支撑：组合梁承受二期恒载(桥面铺装、栏杆重力)和活载作用。设临时支撑：组合梁还承受一期恒载(一次落架的混凝土和钢梁自重)轴力作用时：弯矩作用时：0 0n AN0c

混凝土板应力钢梁应力s

N0

sy0sI0A0

M

混凝土板应力钢梁应力My0cn0

I0

c

钢混界面水平剪力T

QSc

Q AcacI0 n0

I02023/6/143《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥弹性分析法6.36.3.3组合梁徐变内力分析基本定义：在一定的温度、湿度下，混凝土在固定荷载持续作用下的应变随时间而逐渐增加，变形随时间而增加的性质称为混凝土徐变。徐变应变：徐变产生的塑性应变称为徐变应变，通常用徐变系数φ(t,

τ)来描述。时刻τ开始作用于混凝土的单向不变应力至时刻t所产生的徐变应变可以表示为ccE

(

)

(t,

)

(t,

)

e

(t,

)

Ec为混凝土弹性模量；εe为混凝土弹性应变φ(t,

τ)随t的增加而增加，随τ的增加而减小；2023/6/144《钢桥》第6章

组合梁桥

φ

(∞,

τ)为最终徐变系数，或简称为徐变系数φ

，一般情况下，φ

在1～4之间组合梁桥弹性分析法6.3组合梁徐变的影响采用折减的混凝土有效弹性模量Ecφ近似计算Ec

Ec(1

(t,

))

为根据荷载类型确定的徐变因子，永久作用取1.1，收缩作用取0.55与混凝土徐变变形对应的混凝土板形心荷载L2023/6/145《钢桥》第6章

组合梁桥Lc c c ec c0L0

c

c

P

E

dA

A

E

A

E

E

1

1

Ac假定混凝土板与钢梁无连接组合梁桥弹性分析法6.3PL0在组合梁截面产生的内力L0Lc c0AcM

L0

acL

PL0

P

E

dA

E

1

c

2023/6/146《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥弹性分析法6.3susu

s0

Lslsls0

L0

LIAI

PL

0

ML

0

y

a

A

0

L

PL0ML

0

y

a

钢梁应力

L0

L0

ccc

00

LManAI

1

P

1

0

L

混凝土应力混凝土徐变产生的混凝土与钢梁的应力总应力=无连接时应力+考虑组合效应后截面应力应力以拉为正，压为负c

n

E

(1

)n0长期弹性模量比Es2023/6/147《钢桥》第6章

组合梁桥组合梁桥弹性分析法6.36.3.4组合梁温度内力分析成因分析：组合梁在温度变化时，由于混凝土和钢的导热率不同，二者之间有温度变化的滞后现象。因温度变化引起的胀缩变形受到另一种材料的约束，在梁截面上产生自平衡的温度应力。计算假定(JTG

D64-2015)：1、钢梁与混凝土桥面板的计算温差一般采用±15℃；2、混凝土的温度线胀系数αT=1.0×10-5,

钢的温度线胀系数αe=1.2×10-52023/6/148《钢桥》第6章

组合梁桥