混合梁斜拉桥主梁钢混结合段设计_百度文库

1、混合梁斜拉桥的中跨大部或全部采用钢主梁,两侧部分或全部采用预应力混凝土梁。这种斜拉桥和单一的混凝土梁或钢梁斜拉桥相比有其自身的优点。首先,在主梁受力和变形方面,由于边跨主梁的刚度和重量较大,从而减小了主跨的内力和变形,并可以减少甚至避免边跨端支点出现负反力;其次,在造价方面,由于减少了全桥钢梁长度,从而节约了费用。混合梁斜拉桥跨径大于400m 时,尤其是在600m 以上时,具有经济性。对于大跨径斜拉桥,尤其是在边跨有条件设辅助墩的桥位,应优先考虑混合梁斜拉桥1。这种桥型特别适合于边跨与主跨比值较小的情况,可较好地解决主跨与边跨间比例不协调的矛盾。国内外大跨径混合梁斜拉桥应用较多,如德国Kurt

2、-Schoemacher 桥,日本生口桥、多多罗桥,法国诺曼底桥,我国武汉白沙洲大桥、汕头礐石大桥、香港昂船洲大桥等都采用了混合式斜拉桥2。1结合段位置确定由于预应力混凝土梁与钢梁结合部位两侧采用不同材料,主梁刚度和强度在此处产生突变,因而容易产生应力集中。因此,结合位置的合理设置,应能较流畅地承受并传递各种作用产生的内力及变形,同时接头位置应具有良好的抗疲劳性和耐久性,且外形上也要求钢梁和混凝土梁过渡一致。预应力混凝土梁与钢梁的连接位置宜选择在弯矩和剪力均较小的区域,并尽量远离斜拉索锚固区域,一般设在桥塔附近,可以在边跨侧,也可以在主跨侧。一般结合桥梁实际情况,主要考虑受力合理、施工简便和造

3、价经济等3方面。从受力上考虑,主塔中心处的主梁,由于风荷载产生的横向弯矩和活载产生的纵向弯矩均较大,因而连接部位宜选择在距主塔中心有一定距离,但偏离距离不宜过大,否则会致使施工困难。从施工上考虑,以预应力混凝土主梁伸入主跨内2040m 为宜,这样,这一段梁仍可沿用边跨的施工架设方法。从经济上考虑,由于混凝土主梁伸入主跨,相应的钢梁长度减小,故有利于降低造价。国内外典型结合梁斜拉桥中,在中跨内分界的有:日本生口桥,主跨490基金项目:江苏自然科学基金资助项目(BK2009723收稿日期:2009-12-29作者简介:王治均(1976-,男,安徽省定远县人,硕士,讲师.混合梁斜拉桥主梁钢混结合段设

4、计王治均1,李三珍2(1.江苏科技大学土木工程与建筑学院,江苏镇江212003;2.上海林同淡李国豪土建工程咨询有限公司,上海200092摘要:结合段设计是混合梁斜拉桥设计中的关键技术之一。简要介绍混合梁斜拉桥的优点,详细阐述混凝土梁与钢梁结合位置的确定原则与方法,节点构造设计原则与方法,并通过工程实例来讨论结合段设计方法。关键词:斜拉桥;混合梁;结合段;设计方法文章编号:1009-6477(201004-0046-03中图分类号:U448.27文献标识码:ADesign of Concrete and Steel Composition Section inGirder of Hybrid

5、Beam Cable-stayed BridgeWANG Zhijun 1,LI Sanzhen 2Abstract:Design of composition section is one of the key techniques in design of hybrid beam ca-ble-stayed bridge.This paper briefly introduces advantages of hybrid beam cable-stayed bridge,elaborates the principles and methods for the determination

6、of combining position between concrete beam and steel beam,design principles and methods for node construction,and discusses design methods for composition section via practical projects.m ,钢混结合面从索塔支承中心到主跨方向2.65m ;法国诺曼底桥,主跨856m ,边跨混凝土箱梁每侧伸入主跨116m ;我国香港汲水门桥,主跨430m ,边跨双层式混凝土梁每侧伸入主跨21.5m 。在边跨内分界的有:瑞典Tj

7、orn 桥,双塔主跨386m ,钢箱梁每侧伸入边跨10m ;我国广东汕头宕石桥,双塔主跨518m ,分离式钢箱梁,两侧伸入边跨达100m 。2结合段节点构造形式混合梁中钢梁与混凝土梁常用连接方式有如下4种:部分连接钢板承压式(图1(a ,如德国Kurt-Schumacher 桥;填充混凝土前承压板式(图1(b ,如德国Dusseldorf-Flehe 桥;填充混凝土后承压板式(图1(c ,如日本生口桥、瑞典Tjorn 桥,我国大多数斜拉桥;填充混凝土前后承压板式(图1(d 3-4。混合梁中钢梁与混凝土梁的连接原则:结构的合理性(全面接合部分接合、力学的合理性(刚性突变刚性渐变、应力的传递性(集

8、中应力分散应力、钢箱的制作性(厚承压板填充混凝土5。设计时,结合段构造应考虑下列因素并采取相应措施:由于主塔附近的主梁承受很大的轴力,为避免连接部位断面重心突变而引起附加弯矩,要求设计连接部位的钢梁重心和混凝土主梁重心尽量吻合,并要求相对应的腹板和翼缘的重心尽量重合,以防止钢梁腹板和翼缘产生局部弯曲和失稳;为保证钢梁和混凝土梁的可靠连接,并有效、平顺地传递强大的轴力,在与混凝土梁重叠部分的钢梁上应焊上抗剪焊钉或抗剪器;由于风荷载产生的横向弯矩和活载产生的纵向弯矩在连接部位还会产生相当大的拉应力,而这些拉应力又不可能完全由拉索的水平分力来抵消,因此还必须对连接部分施加一定的纵向预应力来提供补偿6

9、。连接部位的传力途径是:首先将钢梁中的应力通过其补强部分加以分散(一般采用变高的肋板过渡,然后将这些力通过钢格室后面板、抗剪连接件及钢板与混凝土之间粘接力等的作用传递到填充混凝土中,最后再传递到预应力混凝土主梁中。3工程实例某城市桥梁主桥为主跨200m 的单塔单跨单索面斜拉桥,索塔为宝石形,采用预应力钢筋混凝图1结合段构造形式(a 部分连接钢板承压式(b 填充混凝土前承压板式(c 填充混凝土后承压板式(d 填充混凝土前后承压板式图2主桥总体布置单位:mm(a 钢梁截面(b 预应力混凝土梁截面单位:mm图3主梁截面形式2010年第4期王治均,等:混合梁斜拉桥主梁钢混结合段设计47土结构。从承台顶

10、起算,塔高110m ,塔向边跨倾斜12°。塔身为箱形截面,纵桥向为变宽。主梁为三角钢箱梁结构,桥中线处高度为2.5m 。轴为大桥锚跨,跨径组合为40m +30m +30m +30m +30m 的预应力混凝土连续梁桥,为预应力混凝土三角箱梁结构,桥中线处高度为2.532m 。主桥总体布置见图2,箱梁截面见图3。结合受力、施工及造价方面,本桥钢混结合面设置在索塔支承中心到主跨方向10.5m 处,靠近主跨一侧,此处弯矩和剪力均较小。结合段采用前后承压板连接方式,长度为3m 。钢混结合部构造见图4。与混凝土连接的钢梁,其上、下翼缘板和腹板均伸入一定长度至混凝土梁中。将混凝土连续梁10根121

11、5.2mm 预应力钢束延伸至混凝土结合段锚固,以保证结合部的整体性。伸入混凝土梁的钢梁构件和承压板上布置了大量长200mm 25mm 剪力钉。钢梁与混凝土结合部位有较大的轴向力,构造中设计了预应力筋、上下翼缘剪力钉以及钢板与混凝土摩擦力和粘结力来传递,并留有充分的安全储备。对于结合部而言,虽然其承受的剪力并不大,但在设计中仍考虑了伸入混凝土横梁的内、外侧腹板上的剪力钉和端承压板上的剪力钉,此外还有钢板与混凝土间的摩阻力和粘结力也可发挥作用,故结构有足够的安全性保障。4结语钢梁与混凝土梁的结合段是结构特性和材料特性突变处,容易形成结构的弱点,必须设计科学、合理的连接方式来处理。结合段刚度的匹配至

12、关重要,应在结合段的钢截面与混凝土截面处渐变刚度。结合段的结合形式、长度、钢梁截面尺寸、混凝土截面尺寸、混凝土填充量等都会影响其刚度7。对于多跨斜拉桥,应研究合理的主跨与边跨比例关系,选择合理的混凝土梁与钢梁的连接位置,并进行边跨受力分析,以最大限度地发挥混凝土的作用,使之既能满足受力要求,又能达到经济、合理、便于施工的目的8。参考文献1刘士林,梁智涛,侯金龙.斜拉桥M .北京:人民交通出版社,2002.2严国敏.现代斜拉桥M.成都:西南交通大学出版社,1996.3高荣雄.混合梁斜桥施工控制技术研究D.武汉:武汉理工大学,2005.4刘玉擎.混合梁接合部设计技术的发展J.世界桥梁,2005(4:9-12.