鋼橋 課件 第6章 組合梁橋

《鋼橋》——組合梁橋2023/6/11組合梁橋概況2023/6/12《鋼橋》第6章

組合梁橋Contents.本章內容提綱組合梁橋基本構造組合梁橋彈性分析法組合梁橋概況2023/6/13《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋概況6.1鋼管混凝土鋼骨混凝土……型鋼混凝土 鋼—砼組合梁2023/6/14《鋼橋》第6章

組合梁橋導言：什么是組合梁？基本定義：是組合結構的一種類型，指采用剪力連接件將鋼梁與混凝土板組合成一個整體截面并共同承擔外荷載的復合結構目的：將抗拉性能強的鋼材布置在拉伸區(qū)，將抗壓性能強的混凝土布置在壓縮區(qū)，實現優(yōu)勢互補，極大限度地追求高性能和經濟性組合結構組合梁橋概況6.1導言：組合梁橋與混合梁橋區(qū)別？組合梁的特征：用剪力件將砼板與鋼梁連接成整體共同受力的結構（截面有兩種材料）混合梁的特征：用砼梁與鋼梁通過接頭連接成整體共同受力的結構（截面只有一種材料）鋼梁砼梁砼梁鋼梁混凝土板剪力件2023/6/15《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋概況6.1②3A墩B墩C墩D墩E墩F墩G墩H墩

90m 組合梁橋典型結構形式上海長江大橋引橋：鋼與混凝土組合連續(xù)箱梁橋,

兩聯(lián)全長1400m700m

85m

5×105m 主梁支點斷面圖（單位cm）主梁跨中斷面圖（單位cm）雙結合2023/6/16《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋概況6.1組合梁橋典型結構形式上海長江大橋引橋主梁施工：單片主梁最大重量約2300t，采用整孔箱梁吊裝方案2023/6/17《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋概況6.1組合梁橋典型結構形式德國Nantenbach鐵路橋：83.2m+208.0m+83.2m，3跨連續(xù)組合桁架梁橋負彎矩區(qū)未設置預應力鋼筋橋墩附近兩個下弦桿間澆混凝土上下弦桿形成雙重組合2023/6/18《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋概況6.1組合梁橋典型結構形式法國Arbois橋：29.85m+40.4m+29.85m，3跨連續(xù)組合桁架橋鋼桁架腹桿+上下混凝土翼緣板橫截面的構造2023/6/19《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋概況6.14m預制節(jié)段梁，懸臂施工2023/6/110《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋典型結構形式法國Boulonnais橋：44.5m+3*77m+93.5m+5*110m+93.5m+3*77m+44.5m,15跨連續(xù)鋼管桁架腹桿的構造組合梁橋概況6.1組合梁橋典型結構形式杭州九堡大橋(主航道橋)：組合梁-鋼拱組合體系，3x210m2023/6/111《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋概況6.1組合梁橋典型結構形式橫浜綠IC橋：32.3m＋4×40.0m＋42.0m＋40.1m，7跨連續(xù)組合剛構橋2023/6/112《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋概況6.1組合梁橋典型結構形式阿古耶橋：36m＋36m＋36m，3跨連續(xù)組合剛構橋2023/6/113《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋概況6.1組合梁橋典型結構形式東海大橋：主跨420m箱形組合梁斜拉橋東海大橋主通航孔斜拉橋2%2%2023/6/114《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋概況6.1組合梁橋典型結構形式臺州市椒江二橋：70m+140m+480m+140m+70m連續(xù)漂浮雙索面結合梁斜拉橋2023/6/115《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋概況6.1半封閉鋼箱組合梁2023/6/116《鋼橋》第6章

組合梁橋6.1.1組合梁橋典型結構形式臺州市椒江二橋：70m+140m+480m+140m+70m連續(xù)漂浮雙索面結合梁斜拉橋預制橋面板組合梁橋概況6.16.1.1組合梁橋典型結構形式鄄城黃河特大橋：70m＋11×120m＋70m波形鋼腹板預應力砼連續(xù)組合箱梁實現了主梁的輕型化2023/6/117《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋概況6.1組合梁橋分類按照截面形式分類組合鋼板梁橋組合箱梁橋，鋼主梁可采用半封閉和封閉鋼箱梁組合桁架橋：上承式橋、桁腹式橋、下承式橋波形鋼腹板組合梁橋按照連接件剛度分類剛性組合(型鋼連接件)梁和柔性組合(鋼筋連接件、栓釘)梁根據架設與施工方法不同活載組合梁(不設支架或臨時墩)與恒載組合梁(設支架或臨時墩)根據支承形式不同簡支梁與連續(xù)梁2023/6/118《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋概況6.16.1.3組合梁橋工作原理混凝土板對鋼梁而言是一種外荷載2023/6/119《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋概況6.16.1.4組合梁橋基本特點15m以下的小跨度橋梁多采用鋼筋混凝土梁橋15~25m跨徑則用預應力混凝土梁橋25~60m跨徑往往采用鋼-混凝土組合梁橋。更大跨徑橋梁：鋼箱梁和鋼桁梁大跨度斜拉橋主梁也可采用組合梁，鋼梁主要承擔斜拉橋的橋面彎矩，混凝土橋面板則主要承擔軸向壓力。同等跨度下，組合梁相比鋼梁可以提高鋼材利用率，相比混凝土梁能有效降低自重，節(jié)省基礎造價與施工周期2023/6/120《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋基本構造2023/6/121《鋼橋》第6章

組合梁橋6.2組合梁橋基本構造型鋼連接件6.2.1剪力連接件構造功能：防止混凝土板相對于鋼梁的相對滑移和掀起鋼筋連接件2023/6/122《鋼橋》第6章

組合梁橋6.2組合梁橋基本構造6.2.1剪力連接件構造圓柱頭焊釘開孔鋼板2023/6/123《鋼橋》第6章

組合梁橋6.2組合梁橋基本構造6.2.1剪力連接件構造T形開孔鋼板2023/6/124《鋼橋》第6章

組合梁橋6.2組合梁橋基本構造6.2.1剪力連接件構造根據抗剪連接仵在荷載作用下變形能力的大小，抗剪連接件可以分為剛性連接件和柔性連接件兩類剛性與柔性連接件抗剪性能2023/6/125《鋼橋》第6章

組合梁橋6.22023/6/126《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋基本構造剪力連接件構造剛性連接件——容易在受壓側混凝土內引起較高的應力集中，在焊接質量有保障的條件下，破壞時表現為混凝土被壓碎或發(fā)生剪切破壞，往往導致脆性破壞。柔性連接件——雖然剛度較小，在剪力作用下會發(fā)生變形，但承載力不會降低。為什么呢?6.2組合梁橋基本構造混凝土橋面板構造現澆混凝土橋面板整體性好，容易滿足各種橋面的截面要求模板工程量和現場濕作業(yè)量大，施工速度慢混凝土后期收縮受到鋼梁約束，引起拉應力2023/6/127《鋼橋》第6章

組合梁橋預制混凝土橋面板6.2組合梁橋基本構造降低混凝土收縮徐變引起的附加應力減小現場的濕作業(yè)量，減少臨時支撐，施工速度快接縫是預制橋面板受力的薄弱環(huán)節(jié)2023/6/128《鋼橋》第6章

組合梁橋組合橋面板6.2組合梁橋基本構造提高了橋面板抗彎能力，減小了混凝土板厚度提高了橋面剛度，增強了底鋼板疲勞性能底鋼板兼作混凝土澆筑底模板，減少了模板的安裝和拆除工作，縮短了工期2023/6/129《鋼橋》第6章

組合梁橋6.2組合梁橋基本構造6.2.3組合連續(xù)梁負彎矩區(qū)負彎矩區(qū)橋面板受拉，導致橋面開裂，影響結構耐久性，降低組合截面軸向和抗彎剛度對策：1、設置足夠普通鋼筋，限制混凝土裂縫寬度2、施加預應力，降低拉應力水平3、運用合理的施工方法，控制成橋后混凝土橋面板的拉應力調整混凝土澆筑次序預加荷載法支座強迫位移法4、部分組合梁2023/6/130《鋼橋》第6章

組合梁橋調整混凝土澆筑次序6.2組合梁橋基本構造2023/6/131《鋼橋》第6章

組合梁橋6.2組合梁橋基本構造預加荷載法1、鋼梁施工完后，首先在正彎矩區(qū)段澆注混凝土和施加一定的臨時荷載，使得支點附近鋼梁負彎矩區(qū)段產生足夠的預應力2、然后在預應力狀態(tài)下澆注負彎矩區(qū)段混凝土，混凝土達到設計強度后，撤去臨時荷載。當卸去臨時荷載后，支點附近產生反向的正彎矩，混凝土板產生一定的壓應力2023/6/132《鋼橋》第6章

組合梁橋6.2組合梁橋基本構造支座強迫位移法1、在鋼梁架設后將中間支點抬高2、澆注橋面板混凝土，待其硬化后，將中間支點下降，這樣便產生了預應力。2023/6/133《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋彈性分析法2023/6/134《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋彈性分析法6.36.3.1組合梁橋分析方法受力三階段:

彈性階段(整體工作良好,撓度隨荷載線性增長)彈塑性階段(混凝土翼板開裂,鋼梁應變迅速增長)塑性階段(撓度出現大幅增長,荷載-撓度曲線呈水平)彈性計算假定:1、鋼梁下翼緣達到屈服前,

截面應變分布基本符合平截面2、組合梁內力分析采用線彈性分析方法(中支點受拉區(qū)混凝土怎么辦？)核心內容是截面應力計算2023/6/135《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋彈性分析法6.3確定截面-考慮組合梁混凝土翼板剪力滯效應的有效寬度分析各跨跨中和中間支座處的混凝土翼緣板有效寬度0effef

,ib

b

b6ef

,iib

Lei

b組合梁橋邊支座處的混凝土翼板有效寬度beff

b0

ibef

,ie,iiiLb

0.55

0.025

1.02023/6/136《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋彈性分析法6.3補充說明預應力組合梁在計算預加力引起的混凝土應力時，預加力作為軸向力產生的應力可按實際翼板全寬計算；由預加力偏心引起的彎矩產生的應力可按翼板有效寬度計算。對超靜定結構進行整體分析時，組合梁的翼板有效寬度可取實際寬度。2023/6/137《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋彈性分析法6.36.3.2組合梁橋截面幾何特性計算思路：線彈性組合梁應力按材料力學公式計算。材料力學適用于單質連續(xù)彈性體，故將鋼和混凝土兩種材料換算成同一材料的截面，即換算截面法bebeq--設:--混凝土單元的截面面積為Ac彈性模量為Ec應力為σc時應變?yōu)棣與換算原則:

合力不變及應變相同Ac

c

As

s2023/6/138《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋彈性分析法6.3由應變協(xié)同條件得

c

sEc

Es

c

s0scnE

s

Ec

scn0

Es/EAc

c

As

s0csnAA

的鋼截面來代替混凝土單元面積

Ac

，可用面積為Ac

/

n0能確定換算鋼截面尺寸嗎?2023/6/139《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋彈性分析法6.3換算只是便于計算,不得改變截面整體剛度思路:

換算時不改變混凝土翼板厚度，而通過改變翼板的寬度來實現，假定be為原截面混凝土板的有效寬度，beq為混凝土板換算后的寬度，兩者轉換關系如下:0eqbn

be

s

是假想的鋼截面應力.

對混凝土翼板而言，其真實應力應為同一點假想鋼截面應力的1/

n0，即

c

s

/

n02023/6/140《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋彈性分析法6.30nAc0A

As0 0c sAcan Aa a a

總面積A0

As＋換算截面形心位置換算截面慣性矩02023/6/141《鋼橋》第6章

組合梁橋000ss scs0 s cs0 s ca2nnnI

IIcAa2

Ac

IIcA

a

a

IAa

a組合梁橋彈性分析法6.3susudsI

MIy

fslsldsI

MIy

f

0Vd

Vu

fvd

Awd2023/6/142《鋼橋》第6章

組合梁橋

2

3

2

1.1

f鋼梁下翼緣正應力：6.3.3組合梁施工階段內力分析根據不同的施工方法，分階段驗算。設臨時支撐：可不檢算鋼梁應力，荷載完全由支撐傳到基礎不設臨時支撐：砼板與鋼梁未形成組合結構，荷載包括安裝階段的鋼梁自重和無支架施工的混凝土重量等鋼梁上翼緣正應力： 抗剪承載力驗算：彎剪共同作用承載力驗算：組合梁橋彈性分析法6.3不設臨時支撐：組合梁承受二期恒載(橋面鋪裝、欄桿重力)和活載作用。設臨時支撐：組合梁還承受一期恒載(一次落架的混凝土和鋼梁自重)軸力作用時：彎矩作用時：0 0n AN0c

混凝土板應力鋼梁應力s

N0

sy0sI0A0

M

混凝土板應力鋼梁應力My0cn0

I0

c

鋼混界面水平剪力T

QSc

Q AcacI0 n0

I02023/6/143《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋彈性分析法6.36.3.3組合梁徐變內力分析基本定義：在一定的溫度、濕度下，混凝土在固定荷載持續(xù)作用下的應變隨時間而逐漸增加，變形隨時間而增加的性質稱為混凝土徐變。徐變應變：徐變產生的塑性應變稱為徐變應變，通常用徐變系數φ(t,

τ)來描述。時刻τ開始作用于混凝土的單向不變應力至時刻t所產生的徐變應變可以表示為ccE

(

)

(t,

)

(t,

)

e

(t,

)

Ec為混凝土彈性模量；εe為混凝土彈性應變φ(t,

τ)隨t的增加而增加，隨τ的增加而減??；2023/6/144《鋼橋》第6章

組合梁橋

φ

(∞,

τ)為最終徐變系數，或簡稱為徐變系數φ

，一般情況下，φ

在1～4之間組合梁橋彈性分析法6.3組合梁徐變的影響采用折減的混凝土有效彈性模量Ecφ近似計算Ec

Ec(1

(t,

))

為根據荷載類型確定的徐變因子，永久作用取1.1，收縮作用取0.55與混凝土徐變變形對應的混凝土板形心荷載L2023/6/145《鋼橋》第6章

組合梁橋Lc c c ec c0L0

c

c

P

E

dA

A

E

A

E

E

1

1

Ac假定混凝土板與鋼梁無連接組合梁橋彈性分析法6.3PL0在組合梁截面產生的內力L0Lc c0AcM

L0

acL

PL0

P

E

dA

E

1

c

2023/6/146《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋彈性分析法6.3susu

s0

Lslsls0

L0

LIAI

PL

0

ML

0

y

a

A

0

L

PL0ML

0

y

a

鋼梁應力

L0

L0

ccc

00

LManAI

1

P

1

0

L

混凝土應力混凝土徐變產生的混凝土與鋼梁的應力總應力=無連接時應力+考慮組合效應后截面應力應力以拉為正，壓為負c

n

E

(1

)n0長期彈性模量比Es2023/6/147《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋彈性分析法6.36.3.4組合梁溫度內力分析成因分析：組合梁在溫度變化時，由于混凝土和鋼的導熱率不同，二者之間有溫度變化的滯后現象。因溫度變化引起的脹縮變形受到另一種材料的約束，在梁截面上產生自平衡的溫度應力。計算假定(JTG

D64-2015)：1、鋼梁與混凝土橋面板的計算溫差一般采用±15℃；2、混凝土的溫度線脹系數αT=1.0×10-5,

鋼的溫度線脹系數αe=1.2×10-52023/6/148《鋼橋》第6章

組合梁橋