规范解读PPT钢桥、组合梁桥钢混组合梁

公路钢混组合桥梁设计与施工规范核心算法研讨,技术中心桥梁部：朱锋二零一八年一月,目录,1,2,3,应力计算一般公式,应力叠加,徐变、温度,组合梁应力计算方法,施工阶段对结构内力及应力的影响,组合梁独有的应力叠加过程,虚拟荷载法计算温度及徐变效应,组合截面温度梯度计算方法,组合梁,截面应力,根据这样的实验结果，可以假设，变形前原为平面的梁的截面变形后仍保持为平面，且仍垂直于变形后的梁轴线，这就是弯曲变形的平面假定。,平面假定,=+,=,=+=,=E=,正应力计算公式推导,M=,=E=,I=2,=2,1=,=,曲率、抗弯刚度M-phi曲线,正应力计算公式推导,=,非组合截面正应力计算方法,组合截面正应力计算：钢-混凝土组合结构桥梁4.7节例题（P108）,=/,0=c+,=cc+0,0=c+c(+)()2,=0,=0,I：各部分相对自身中性轴的惯距y：中和轴距梁底距离,组合截面换算截面特性计算,=0,=0,=0,=0,架设钢箱,浇筑混凝土,桥面板形成,铺装等二期,=0,=0,3在进行组合梁整体分析时，可采用调整钢材与混凝土弹性模量比的方法考虑混凝土徐变的影响，按式（7.1.3）计算。超静定中混凝土收缩徐变所引起的效用，宜采用有限元方法计算。,=01+,0(7.1.3)0=/c,:长期弹性模量比,0:短期弹性模量比,:根据作用（或荷载）类型确定的徐变因子，永久作用1.1，混凝土收缩作用0.55，由强迫变形引起的作用取1.5,B.0.1基于有效弹性模量的虚拟荷载法可用于计算混凝土徐变、收缩、等引起的截面应力增量。B.0.2虚拟荷载法可按下列步骤计算：1假设钢梁与混凝土之间无连接，混凝土桥面板在温度、收缩等作用下产生自由变形。2.根据桥面板的应变及有效弹性模量求解虚拟荷载P0；将该虚拟荷载P0反向施加于混凝土桥面板形心上，使混凝土桥面恢复变形c。3.恢复钢梁与混凝土桥面板之间的连接，释放P0，求解截面应力。4.以上3个步骤应力叠加。,0=E(,),0=E(,),0=E(c),0=E(c),c=100+0000,=00+000,0=00,=01+(,0),引起徐变的荷载温度梯度与整体升温,虚拟荷载法是一种简单方便的简化计算方法有限元分析可以直接采用积分法Civil程序分析方法无需进行弹性模量折减,0=E(,),0=E(,),0=E(c),0=E(c),c=100+0000,=00+000,0=00,=(),=0+y,温度与应变关系：,平截面假定中应变计算方法：,到底结构的应变是多大？,温度自应力:由于纵向纤维之间的约束产生的应变及应力：,=E=(0+),=(0+),温度自应力:由于纵向纤维之间的约束产生的应变及应力：,=E=(0+),=(0+),至此：温度自应力的计算转变为计算满足平截面假设后的两个重要参数：梁底的纵向应变0。截面挠曲变形后的曲率。,由于在单元梁段上无外荷载作用，因此自应力在截面上是自平衡状态应力，可利用截面应力总和为零和对截面重心力矩为零建立平衡方程。,I=(),0=(),A=,解前述两方程(M=0N=0)可以得到计算自应力最核心的两个参数0，据此可计算任意位置（y）的最终温度梯度自应力值。,被积函数及积分上下限的确定方法：,=()dy,=E=（0+）,T(y),钢混组合截面温度梯度的计算方法：,显然钢混组合截面温度梯度计算与普通截面方法一致，仅需分段考虑即可。,双单元注意事项：足够密的弹性连接（二期恒载下与联合截面应力相近）存在轴力时应力取单元ij端平均值（查看单元中心的应力也可以）刚性连接均匀布置,双单元与施工阶段联合截面：施工阶段联合截面严格满足平截面假定，双单元在节点位置近似模拟两者静力结果几乎一致，但收缩徐变结果会有差异，联合截面更趋于理论解双单元的计算精读受到单元间的刚性连接的数量和分布情况的影响,分析本身不需要组合材料，但CDN验算需要设置组合材料将混凝土的自重设为0,分析本身不需要组合材料，但CDN验算需要设置组合材料将混凝土的自重设为0,Type1与Type2的差异：6种截面都支持变截面。,钢束对结构效应的影响旧版程序如何处理,CivilDesigner,跨度,钢混组合梁规范功能-Civil程序模型注意事项,有效宽度,D62-201X总校稿,条文说明国内外众多试验表明，在剪力连接件集中剪力作用下，组合梁混凝土板可能发生纵向开裂现象，组合梁纵向抗剪能力与混凝土板尺寸及板内横向钢筋的配筋率等因素密切相关。沿着一个既定的平面抗剪称为界面抗剪，组合梁的混凝土板（承托、翼板）在纵向水平剪力作用时属于界面抗剪。,6.2.1桥面板一般可不设置承托。当主梁间距较大时，桥面板可根据实际需要设置承托。承托的外形尺寸及构造（图6.2.1）应符合下列规定：1当承托高度在80mm以上时，应在承托底侧布置横向加强钢筋。横向加强钢筋的构造要求同本规范第6.2.2条关于下层横向钢筋的要求。2承托边至连接件外侧的距离不得小于40mm，承托外形轮廓应在由最外侧连接件根部起的45o角线的界限以外。,6.2.2对于未设承托的桥面板，下层横向钢筋距钢梁上翼缘不应大于50mm，剪力连接件抗掀起端底面高出下层横向钢筋的距离heo不得小于30mm，下层横向钢筋间距不应大于4heo且不应大于300mm。,6.2.3组合梁桥面板的配筋应满足下列要求：1单位长度桥面板内横向钢筋总面积应满足下式要求：,e,Ae：单位长度内垂直于主梁方向上钢筋面积（mm2/mm）：0.8N/mm2bf：纵向抗剪界面在垂直于主梁方向上的长度，按图6.3.1所示的a-a、b-b、c-c及d-d连线在剪力连接件以外的最短长度取值(mm)；fsd：普通钢筋强度没计值(MPa),Ae：单位长度内垂直于主梁方向上钢筋面积（mm2/mm）,7.2强度计算7.2.1抗弯计算应符合下列规定：1计算组合梁抗弯承载力时，应考虑施工方法及顺序的影响，并应对施工过程进行抗弯验算，施工阶段作用组合效应应符合现行公路桥涵设计通用规范(JTGD60)的规定。3计算组合梁抗弯承载力时应考虑混凝土板剪力滞效应的影响。4计算组合梁负弯矩区抗弯承载力时，如考虑混凝土开裂的影响，应不计负弯矩医混凝土的抗拉贡献，但应计人混凝土板翼缘有效宽度内纵向钢筋的作用。,7.2强度计算2组合梁截面抗弯承载力应采用线弹性方法进行计算，以截面上任意一点达到材料强度设计值作为抗弯承载力的标志，并应符合下列规定：,=,0,i表示不同的应力计算阶段；其中，i=I表示未形成组合梁截面（钢梁）的应力计算阶段；i=表示形成组合梁截面之后的应力计算阶段；Md,i对应不同应力计算阶段，作用于钢梁或组合梁截面的弯矩设计值(Nmm)；Weff,i对应不同应力计算阶段，钢梁或组合梁截面的抗弯模量；,验算位置：混凝土：c1-c4（4）钢箱：S1-S4(4),验算需考虑因素：有效截面应力叠加应力折算,短暂状态应力计算需要考虑因素：应力计算需要考虑叠加需要分别验算钢梁及混凝土桥面板需要考虑混凝土板开裂情况需要考虑各阶段有效截面（剪力滞、居稳）,各阶段有效截面取值：,当施工阶段为叠合前时，计算b及t。当t0、b0时，采用“上部局稳剪力滞、下部剪力滞”有效截面特性值。当t0、b0时，采用“上部剪力滞、下部局稳剪力滞”有效截面特性值。其余情况，采用毛截面特性值。当施工阶段为叠合后时，计算b。b=（3+4）/2；（3、4直接获取civil中对应施工阶段总应力值）当b0时，采用“上部剪力滞、下部剪力滞”有效截面。当b0时，采用“上部剪力滞、下部局稳剪力滞”有效截面。,混凝土桥面板开裂与否：,面板计算类型为“预应力-B类”时，需要考虑开裂截面，根据计算位置，判断是否落在中支座两侧0.15L（截面可设置此数值）范围内。（L为梁的跨径，从跨度信息中获取），0.15L（截面可设置此数值）范围内时，获取叠合后开裂截面特性值，其他位置，获取叠合后未开裂截面特性值。,钢筋混凝土及全预应力或A类如何处理？,设计应力的取值方法：,桥面板形成张拉钢束施工阶段，应力点2计算：b=(3+4)/2=(-27.178+-27.314)/2=-27.246MPab0，采用“上部剪力滞，下部局稳剪力滞”有效截面。收缩一次应力：1=0.000 x1.128+0.000 x1.230=0.000MPa收缩二次应力：2=-2.367x1.128+0.573x1.230=-1.965MPa徐变一次应力：3=0.000 x1.128+0.000 x1.230=0.000MPa徐变二次应力：4=-2.869x1.128+1.456x1.230=-1.445MPa钢束一次应力：,5=(-16.996-0.000)x1.027+0.000=-17.457MPa钢束二次应力：6=(21.238-0.000)x1.027+0.000=21.813MPa恒荷载应力：7=(-2.999-3.002)x1.027+4.503=4.506MPa施工荷载应力：8=(0.000-0.000)x1.027+0.000=0.000MPamax=0.000+-1.965+0.000+-1.445+-17.457+21.813+4.506+0.000=5.452MPa0max=1.100 x5.452=5.998MPaf=260.000MPa，故结果为OK,荷载组合中各工况应力计算方法：温度作用、收缩、徐变（从civil中获取以下公式中各部分应力，然后根据有效截面特性值折减计算）：混凝土桥面板：钢梁：,荷载组合中各工况应力计算方法：其他工况：（从civil中获取各工况应力，然后根据有效截面特性值折减计算）混凝土桥面板及钢梁：总应力值计算：,荷载组合中各工况应力有效截面特性值判断：同短暂状况，只是施工阶段变为荷载组合下的应力进行判断。叠合后应力计算公式：与短暂状况，只是工况变为荷载组合中的工况分别计算。,7.2.2组合梁的竖向抗剪承载力应按下列原则计算：1组合梁竖向抗剪验算应按下式计算：式中：Vvd组合梁的竖向剪力设计值（N）；Vvu组合梁的竖向抗剪承载力（N）；Aw钢梁腹板的截面面积（mm2）；fvd钢梁腹板的抗剪强度设计值（MPa）。,全截面抗剪但与混凝土没关系,2组合梁承受弯矩和剪力共同作用时，应考虑两者耦合的影响，腹板最大折算应力应按下式验算：、钢梁腹板同一点上同时产生的正应力、剪应力（MPa）；fd钢材抗拉强度设计值（MPa）；,应力点位置：S5-S10,各工况应力计算方法：计算i：先按照“5.持久状况抗弯验算”中应力折减计算方法计算S1、S2、S3、S4点的应力m及n。然后需要用S1、S2、S3、S4点的应力，根据距离质心的距离插值计算腹板位置S5、S6、S7、S8、S9、S10的应力m及n。计算总计总应力值计算：,各工况应力计算方法：计算：I字钢梁及槽型钢梁开口截面：箱型钢梁闭口截面：计算正应力和剪应力共同作用比值f：,并发内力,计算需要考虑因素：应力计算需要考虑叠加需要分别验算钢梁及混凝土桥面板需要考虑混凝土板开裂情况需要考虑各阶段有效截面（剪力滞、居稳）,只要算应力就要考虑这些复杂情况，不能直接取前处理折算前结果,计算需要考虑因素：应力计算需要考虑叠加需要分别验算钢梁及混凝土桥面板需要考虑混凝土板开裂情况需要考虑各阶段有效截面（剪力滞、居稳）,只要算应力就要考虑这些复杂情况，不能直接取前处理折算前结果,6.3.1进行组合梁承托及混凝土板纵向抗剪验算时，应分别验算图6.3.1所示的纵向抗剪截面a-a、b-b、c-c及d-d。,6.3.2作用（或荷载）引起的单位长度内纵向抗剪界面上的纵向剪力应符合下列规定：,6.3.2作用（或荷载）引起的单位长度内纵向抗剪界面上的纵向剪力应符合下列规定:1单位长度上b-b、c-c及d-d纵向抗剪界面（图6.3.1）的纵向剪力Vld应按下式计算：2单位长度上a-a纵向抗剪界面（图6.3.1）的纵向剪力Vld应按下式计算：,V1作用（或荷载）引起的单位长度内钢和混凝土结合面上的纵向剪力，按本规范7.2.3条的规定计算；be1、be2桥面板左右两侧在a-a界面以外的混凝土板有效宽度，如图6.3.1所示；beff混凝土板有效宽度。,6.3.3组合梁承托及混凝土板应按下式进行纵向抗剪验算:V1d作用（或荷载）引起的单位长度内纵向抗剪界面上的纵向剪力；V1Rd单位长度内混凝土板纵向抗剪承载力，按本规范第6.3.4条规定计算确定。,6.3.4单位长度内混凝土板纵向抗剪承载力应按下式计算：,fbd作混凝土轴心抗拉强度设计值（MPa）；fcd作混凝土轴心抗压强度设计值（MPa）；Ae单位长度内垂直于主梁方向上的钢筋截面积，按表6.3.4取值。,Ae：单位长度内垂直于主梁方向上钢筋面积（mm2/mm）,Ae：单位长度内垂直于主梁方向上钢筋面积（mm2/mm）,7.3.1组合梁的稳定计算应符合下列规定：1施工期间组合梁应具有足够的侧向刚度和侧向约束（支撑），以保证钢梁不发生整体失稳。组合梁桥由多根钢梁构成时，支承处应设置横向联结系，并要求具有足够的刚度，其他位置宜根据实际需要布置横向联结系。钢梁稳定性验算应符合现行公路钢结构桥梁设计规范的有关规定。2混凝土板与钢梁有效连接成整体后，组合梁正弯矩区段可不进行整体稳定性验算。,7.