钢混组合结构在中小跨桥梁中的应用

钢混组合结构在中小跨径桥梁中的应用【安徽.合肥

2017.03】汇报提纲412组合结构梁桥国内外发展概况案例分享3组合结构梁桥浅析52组合结构梁桥概述1、组合梁桥国内外发展概况1.1组合结构桥梁的特点组合结构桥梁将抗拉性能强的钢材、抗压性能强的混凝土分别合理地用在构件的受拉区及受压区，极大限度地追求高性能和经济性；由于钢、混凝土两种材料的合理组合，组合结构桥梁的力学性能和经济性均好过钢结构桥梁或者混凝土桥梁。组合结构桥梁的另一突出优点是便于施工，这是桥梁建设的关键之一。1.2组合结构桥梁在国外的发展二十世纪30年代是欧美各国桥梁技术和设计理论的一个重要发展时期。其中焊接技术的发明为组合结构的发展创造了更为有利的条件，即在钢筋混凝土板与钢梁之间的连接可以采用焊接代替最初的铆接方式。二十世纪60年代是欧美各国和日本桥梁建设的黄金时期，组合结构以其整体受力的经济性，发挥两种材料各自优势的合理性以及便于施工的突出优点而得到广泛应用，建造了大量的各种形式的组合结构桥梁。1、组合梁桥国内外发展概况1.2组合结构桥梁在国外的发展组合结构桥梁的概念由来已久，最早可以追溯到1900年。现代的组合结构桥梁和当时相比，已经发生了巨大的变化，大大简化了结构形式，外形简洁美观。1、组合梁桥国内外发展概况1.2组合结构桥梁在国外的发展

用混凝土作桥面板与钢梁结合的组合结构桥梁，早在1935－1936年出现在瑞典的道路桥梁中。

1、组合梁桥国内外发展概况1.2组合结构桥梁在国外的发展欧美及日本等国自1950年前后开展组合梁研究，并陆续制定设计指南或规范，到1970年代，这些国家又投入大量资金，进行基础理论研究和试验，制定了新的组合结构规范。目前国外几个主要规范都包含组合结构设计部分。EUROCODE

欧洲BS5400

英国DIN

德国AASHTO

美国道路示方书

日本1、组合梁桥国内外发展概况1.2组合结构桥梁在国外的发展在深入研究的基础上，基础理论得到长足发展，建立了一些新的设计方法，结合工程实践开发了新的施工方法等。特别是二十世纪80年代以来，组合结构桥梁在西方发达国家获得了高度发展。国际桥梁及结构工程协会（IABSE）以及欧美等国家的学术组织，多次召开国际学术会议，对组合结构桥梁在基础理论研究、设计与施工等多方面的经验与发展进行交流与研讨，进一步促进了组合结构的发展。

1、组合梁桥国内外发展概况1.2组合结构桥梁在国外的发展在欧美日各国的桥梁建设中，组合结构桥梁占有重要地位，这些国家取得了世人瞩目的成就。以法国的桥梁市场为例，组合结构桥梁最有竞争力的跨径范围甚至可达30～110m，在40～100m的跨径范围的公路桥中，85%是组合结构桥梁，近年的TGV高速铁路线中组合结构桥梁占到45%。英国大多数20～160m及以上跨径的公路桥，组合结构桥梁竞争力很强，德国及美国的组合结构桥梁应用更广。总之，组合结构桥梁由于其整体受力的经济性、发挥钢与混凝土两种材料各自优势的合理性、以及便于施工的突出优点，在欧美、日本等国的桥梁建设中占有重要地位，德国、美国的应用范围更加广泛，取得了世人瞩目的成就。

1、组合梁桥国内外发展概况1.3组合结构桥梁在国内的发展在国内，三十多年来，一方面，在寻求跨度突破的巨大技术需求推动下，大跨度桥梁得以快速发展并屡创世纪记录；另一方面，在大量中小跨度桥梁中，混凝土及预应力混凝土的桥梁占据绝对数量优势。总之，在我国，组合结构桥梁的技术水平落后于国际先进水平。

而形成我国组合结构桥梁的研究与实践都与其国际发展水平有明显差距的主要原因是：简单的认为，因钢结构或组合结构的养护费用高而组合结构桥梁造价就高；简单的认为，钢材较贵，同时我国劳动力较低。其实，深入研究表明：同等的设计理论、方法以及当前国内施工水平，在40～100m甚至更大的跨度范围内，组合结构完全可以在造价上与预应力混凝土竞争。

1、组合梁桥国内外发展概况1.3组合结构桥梁在在国内的发展1、组合梁桥国内外外发展概况1.3组合结构桥梁在在国内的发展2016年7月13日交通部115号文件《交通运输部关于于推进公路钢结结构桥梁建设的的指导意见》明确指出：加强方案比选，，鼓励选用钢结结构及组合结构构桥梁中等跨径桥梁推推荐选用标准化化程度高、桥面面耐久性好的钢钢混组合结构推进钢结构桥梁梁工业化、标准准化、智能化建建造交通运输部将支支持或组织有能能力的单位编制制钢结构及组合合结构桥梁设计计通用图1、组合梁桥国内外外发展概况汇报提纲412组合梁桥国内外外发展概况案例分享3组合结构梁桥浅浅析52组合结构梁桥概述2.1组合钢板梁桥早期的组合钢板梁桥：在并排钢板梁之间间设置许多横梁梁、水平及竖向向横撑，在腹板板上焊接许多横横向加劲肋，纵纵梁间距也很小小。导致构件数量多多，焊接量大，，成本高，维护护困难，疲劳破破坏也成为突出出问题。经过大量探索、、研究和实验二十世纪80年代以来：取消了纵向加劲劲肋；垂直加劲肋大多多为T形并直接与翼缘缘焊接在一起，，增厚腹板可增大垂垂直加劲肋的间间距；框架式联结系取取代了从前的K形联结系，大大大减少了构件，，简化了连接。2、组合梁桥结构概概述2.1组合钢板梁桥以法国为例，近些些年建造的公路路组合结构桥梁梁有90%都是组合钢板梁梁桥，这些桥梁梁以双主梁或少少主梁为主，桥桥面板一般设计计为横向承重或或纵向承重，对对应主梁间的横横梁分成大横梁梁与小横梁。在20～150m跨度范围内有很很强的竞争力。。图中所示为法国1990年建成的Hopital桥，采用小横梁梁结构体系。Hopital桥（法国，4跨连续，最大跨跨64米）2、组合梁桥结构概概述2.2组合钢箱梁桥组合钢箱梁因抗扭能能力强、整体性性好、适合曲线线线路以及更能能适应大跨与特特殊要求等特点点，也获得了较较大的发展，在在世界各地的应应用也非常普遍遍，尤其在曲线线桥和大跨度连连续梁桥上，与与组合钢板梁相相比，更为常见见。千岁高架引桥（（日本，1998年完成）2、组合梁桥结构概概述2.2组合钢箱梁桥组合箱梁桥的截面形形式也有诸多发展由早期闭口钢箱截截面，发展完善善了开口槽形钢钢箱截面形式。单箱单室截面适应应桥面宽度可达达约20m，并成为常用形式。开发了桥面板由钢结结构加劲的大悬悬臂截面形式，，适应桥面宽度可达约约30m，成为近年来的的发展趋势。为了方便运输安装，，开发了窄幅钢钢箱截面形式。。2、组合梁桥结构概概述2.3组合钢桁梁桥组合钢桁梁桥是是由钢桁架梁和和混凝土桥面板板组合而成，以以其更能适应大跨跨与重载的特点点获得发展与竞竞争力。在德国国的铁路桥中，有较多的组组合钢桁梁桥，，如：主跨208m的Nantenbach双线铁路桥，三跨连续梁中间支支点的钢桁架下下弦设有混凝土土板相结合共同同受力。德国的Korntal-Munchingen桥德国的Nantenbach桥2、组合梁桥结构概概述2.4钢桁腹杆组合梁梁桥钢桁腹杆组合梁桥是由钢桁架腹杆和和混凝土顶底板板组合而成。混凝土箱梁的腹腹板用钢制的桁桁架式腹杆代替替，大大减轻了了桥梁自重荷载载。法国Boulonnais桥2、组合梁桥结构概概述2.5波折腹板组合箱箱梁桥波折腹板组合箱梁桥桥与钢桁腹杆组组合梁桥都是用用钢结构取代混混凝土箱梁的腹腹板，从而达到到改善力学性能能与减轻上部结结构自重的目的的。这种桥在减减少施工量、缩缩短工期、降低低成本以及提高高效益等方面具具有很大的优势势。混凝土顶板体内索波折腹板体外索混凝土底板横隔板体内索腹板2、组合梁桥结构概概述2.5波折腹板组合箱箱梁桥法国Maupre桥日本本谷川桥2、组合梁桥结构构概述2.6组合结构桥梁梁的多样化组合结构桥梁涵盖的范范围很广，除除了梁式桥还还被用于斜拉拉桥、拱桥、、悬索桥这些些桥型中。2、组合梁桥结构构概述2.7结构形式大部分采用工厂焊接制造，一些小跨径桥梁可可采用型钢制制作；沿桥纵向翼缘板板通常为等宽宽，翼缘板厚厚度以及腹板板高度和厚度度是变化的，，连接件通常常使用焊钉，，设置在钢梁梁上翼缘顶面面，这些焊钉钉用于限制桥桥面板相对于于钢梁的的滑滑移和拔起，，确保了组合合结构的受力力行为。2、组合梁桥结构构概述2.8主要设计参数数（双主梁））梁高：钢梁梁高与跨跨度之比（高高跨比）通常常在1/24-1/28的范围。跨度度大于50m时，接近于1/28；跨度小于50m时，高跨比随随跨度减小而而增加，在跨度30m左右时高跨比比接近1/24；对于超过两跨的变变断面梁，高高跨比跨中约约为1/36、中间支点处处约为1/24；上述高跨比适适合于桥宽在在12m左右的桥梁，，当桥面宽度度增加时梁高应该适当增加加，反之梁高高可以适当减减小。非支撑横梁结结构尺寸参数数支撑横梁结构构尺寸参数钢板梁腹板中心间间距：两片钢板梁腹腹板的中心距距约为桥面宽宽度的0.55；对于大横梁双主梁梁桥，当为无无悬臂支撑横横肋时，可以以按照混凝土桥面板悬臂长度度2m左右进行钢梁梁间距设置。。桥面板厚度：大横梁双主梁梁桥：一般取取24cm~26cm。小横梁双主梁梁桥：桥面板板厚度通常是是变化的，与与桥面宽度LT、钢板梁腹板间距L有关，可采用用如下公式估估算：支点0.13+（LT-L）/26、跨中0.13+L/50。2、组合梁桥结构构概述2.9组合钢箱梁桥桥由混凝土桥面面板和槽形截截面钢主梁组组成，桥面板板和钢梁上翼翼缘与双主梁梁组合钢板梁梁桥基本相似似，底板通常常布置有加劲劲肋。为了混混凝土桥面板板的施工和检检测，梁高要要求不能少于于1.5米。当全桥幅幅面宽度不超超过6米并且底板宽宽度不超过4.5米时，可以完完全采用工厂厂预制。2、组合梁桥结构构概述2.9单箱槽形截面面横向构件：横横向钢框架、、横隔板横向钢框架与与顶板、腹板板和底板焊接接在一起以减减少箱梁的横横向变形布置置间距在4-6米之间,横隔板布置在在桥梁支座处处，承担多种种荷载，包括括扭矩，支座座反力等等。。2、组合梁桥结构构概述单箱闭口截面相对于槽型钢梁其其钢箱的上缘缘是封闭的，，相应的在上上翼缘设有横横向加劲肋并并与腹板、底底板加劲肋以以及箱内加劲劲撑共同构成成横隔系，该该横隔系沿桥桥梁纵向以一一定间距布置置。由于顶板的存存在，减少了了临时支撑的的需要，所以以这种结构形式可以在弯曲桥梁、施工过过程将承受很很大扭距等情情况下采用。然而这种截截面形式并不不常见。2、组合梁桥结构构概述2.9带挑臂的大横梁构构造体系（横横梁直接支撑撑桥面板）因建造难度相相对较大，这这种构造体体系通常用于于：桥面板宽宽度大于13/14米跨径长度大大于90米横梁应该尽尽可能等间距距布置，间距距长度接近于于4米。带挑臂的大横横梁构造体系系（双向横坡坡）2、组合梁桥结构构概述不带挑臂的大横梁构构造体系（横横梁直接支撑撑桥面板）一些钢箱梁利利用横隔板的的上部来替代代横梁起到直直接支撑桥面面板的作用，，横隔板间距距通常为4米，与此同时时，桥面板的的厚度也可以以大大减少。。横梁应该尽可可能等间距布布置，间距长长度接近于4米。不带挑臂的大大横梁构造体体系（单向横横坡）2、组合梁桥结构构概述2.9钢梁外加撑（（横梁直接支支撑桥面板））这种大悬臂截面形形式的中心钢钢梁上部腹板板之间的间距距通常为桥面面总宽的三分分之一左右，，钢梁底板宽宽度通常小于于桥面总宽的的三分之一，，外侧带斜撑撑的横向受力力系统类似桁桁架的受力体体系。这种大大悬臂整幅截截面形式，其其少腹板中心心钢箱结构显显著提高了钢钢材的利用效效率，因可以以减少次要杆杆件而使结构构更加合理；；横隔系由匹匹配设置的腹腹板与底板加加劲肋、上翼翼缘横系杆以以及箱内外斜斜撑构成，特特别在预制桥桥面板安装阶阶段，横隔系系的受力呈现现以轴向拉压压为主的桁架架行为，体现现了受力的高高效性。因此此具有很好的的经济性，即即使对于桥面面宽度小于20m和大于30m的桥梁都有应应用。2、组合梁桥结构构概述2.9钢梁外加撑（（横梁直接支支撑桥面板））德国的WildeGera桥，桥面宽度度27m，钢箱底板仅仅7.6m，箱内外的斜斜杆以及与桥桥面板结合的的受拉构件共共同组成了跨跨径6m的横向框架结结构承担整个个截面的荷载。WildeGera桥，德国2、组合梁桥结构构概述2.9窄幅箱梁截面面窄幅箱梁这种结构构形式专门针针对小跨度桥桥梁开发，特特别是城市高高架桥梁，窄窄幅箱梁便于于运输安装，，并可以为随随后的桥面板板现浇施工提提供支撑平台台。虽然称为为箱梁，但由由于箱体宽度度太小，单片片梁难以满足足运营期间结结构抗扭需要要，这一结构构特点决定了了窄幅箱梁常常以两片梁的的形式出现。。和钢板梁相相比，窄幅箱箱梁自身具有有一定的抗扭扭刚度和侧向向抗弯刚度，，具有更好的的侧向稳定性性能，这样可可以在两片梁梁之间不设或或少设横梁连连接，并容易易满足安装阶阶段的横向受受力与稳定需需要。和钢箱箱梁相比，窄窄幅箱梁的构构造简单，钢钢梁制造安装装及桥面板施施工方便。因因此，这种结结构形式不仅仅结构简洁而而且还具有较较好的经济性性。2、组合梁桥结构构概述2.9主要设计参数数大横梁结构尺尺寸参数（左左侧带挑臂））2、组合梁桥结构构概述2.9主要设计参数数腹板中心间距L=0.5-0.55LT腹板高度H=1/30-1/40最大跨径长度腹板倾斜角度0-50%横梁高度HP=1/11L(HPmini约为300mm）腹板厚度ea=16-35mm（取决于截面，宽度和跨径）底板厚度etf=25-80mm（取决于截面，宽度和跨径）桥面板厚度小横梁结构：腹板处厚度：0.13+（LT-L)/26桥面板中心厚度：0.12+L/50大横梁结构：24-26cm桥面板配筋率简单钢框架：250kg/m3钢框架+大横梁/横隔板：275kg/m32、组合梁桥结构构概述2.10纵向布置跨径布置组合结构梁式桥的跨径径布置弹性很很大，组合箱箱梁也不例外外，根据既有有的工程实例例，组合箱梁梁桥的这一比比值分布在0.5~1.0的较大范围，，但常用范围围在0.6~0.8之间。组合箱梁的钢梁内内部沿桥梁纵纵向以一定间间距设置有横横隔系，横隔隔系的间距全全桥都应尽可可能相等，跨跨度布置时应应该尽可能保保持跨度与横横隔系的倍数数关系。特别别是具有横向向加劲肋和加加劲撑的大悬悬臂横截面组组合箱梁桥，，跨度保持与与横隔系的倍倍数关系，对对于桥梁的美美学效果尤为为重要。梁高大部分组合钢钢箱梁桥采用用等高的截面面形式，这会会大大减少施施工和箱梁拼拼接难度，尤尤其体现在吊吊装拼接的过过程中。2、组合梁桥结构构概述2.11结构细节翼缘：根据应应力变化，翼翼缘厚度沿长长度方向变化化，宽度保持持为常数，为为方便桥面板板施工，上翼翼缘朝内变厚厚，下图中下下翼缘变厚向向内，主要考考虑顶推施工工，国内大部部分采用吊装装施工，则其其厚度可朝下下，以减少腹腹板切割。桥梁在直线上上，翼缘为直直线布置；桥桥梁在曲线上上，翼缘为曲曲线布置。2、组合梁桥结构构概述2.11结构细节变厚次数：翼缘厚度变化化在0.5~-0.33范围内，仿制制过大的厚度度变化从而引引起较大应力力集中，以造造成对结构的的耐久性不利利，变化次数数不宜过多，，过多从而造造成较多的焊焊缝，连接的的成本需要和和节省的材料料进行对比。。2、组合梁桥结构构概述2.11结构细节横梁：标准横梁的的高度一般为为40cm~70cm，间距一般不不超过8m,其具体高度根根据横梁间距距，依靠计算算确定,可采用型材如如工字或H型钢。中支点横梁：支点横梁尺尺寸较大，一一般为焊接结结构，高度为为600~1600mm,横梁分为支撑撑横梁或非支支撑横梁两种种端支点横梁：端支点横梁梁尺寸与中横横梁相同，采采用支撑横梁梁体系，可以以提高伸缩缝缝处桥面板刚刚度2、组合梁桥结构构概述2.11结构细节横梁布置形式式：对于斜交角角度小于20°（25°)情况下可采用用斜交方式布布置，大于20°的中间横梁正正交布置，支支点截面斜交交布置，斜交交使得横梁的的长度变大，，连接较为复复杂，同时在在受力过程中中横梁两端主主梁变形不同同，横梁承受受较大荷载。。2、组合梁桥结构构概述2.11结构细节横梁与主梁连连接：采用T型加劲板使得得主梁与横梁梁连接，T型加劲的上部部与上翼缘连连接，抵抗弯弯曲应力，在在下部翼缘不能与主主梁下翼缘焊焊接并渐变缩缩窄以减少疲疲劳风险，为了解决横横梁与T加劲连接误差差，同时传递递翼缘应力采采用加劲方式式。2、组合梁桥结构构概述2.11结构细节顶升加劲及伸伸缩缝处理：采用顶升主主梁或顶升横横梁，伸缩缝缝处采用局部部加厚或支撑撑横梁方式解解决。2、组合梁桥结构构概述汇报提纲412组合梁桥国内内外发展概况况案例分享3组合结构梁桥浅析52组合结构梁桥桥概述3、组合结构梁梁桥浅析3.1设计方法85规范：1、容许应力法法15规范：2、极限状态法法3.1设计方法容许应力法(ASD)荷载及抗力系系数法（LRFD）荷载系数法(LFD)考虑延性、冗冗余性及重要要性系数美国规范有比比较详细规定定，BS5400没有考虑冗余余性能，对其其他两项均为为13、组合结构梁梁桥浅析3.1极限状态LRFD规定四种极限限状态1、强度极限状态：局部构构件及整体具有强度及稳定性能。2、使用极限状状态：对不总总是能完全由由强度或统计计理论订出限限值提供一定定以经验为依依据的规定，，如应力、变变形、裂缝控控制。3、疲劳断裂极极限状态：对对产生预期的的应力作用次次数的单量设设计货车引起起的应力范围围。4、极端事件极极限状态：事事件重现期超超过桥梁设计计寿命重现期期事件3、组合结构梁梁桥浅析3.1极限状态LRFD规定五种极限限状态1、强度极限状状态1：无风情况下下车辆正常使使用桥梁时的的基本荷载组组合。2、强度极限状态2：由业主规定定的特殊设计计车辆和（或或）评价特许许车辆，在无无风时使用桥桥梁荷载组合合。3、强度极限状状态3：风速超过55mph的桥之荷载组组合4、强度极限状状态4：恒载与活载载力效应之比比值很大的荷荷载组合，主主要由施工阶阶段控制。5、强度极限状状态5：在风速55mph下正常车辆使使用桥梁荷载载组合。3、组合结构梁梁桥浅析3.2极端状态LRFD规定两种极端端状态3、组合结构梁梁桥浅析3.3正常使用极限限状态LRFD规定4种使用极限状状态使用极限状态态1：涉及在55mph风速下，所有有荷载均在正正常数值，桥桥梁正常运营营使用荷载组组合。主要控控制：埋置的的金属结构，，钢筋混凝土土结构裂缝宽宽度，混凝土土阶段梁受拉拉的横向分析析、滑移稳定定性。使用极限状态2：控制钢结构屈服服及由车辆活载引引起有滑动危险的的连接部的滑动荷荷载组合。使用极限状态3：控制裂缝的预应应力混凝土上部结结构中拉力和分段段混凝土梁腹板的的主拉力的纵向分分析荷载组合使用极限状态4：只控制预应力混混凝土结构中的拉拉应力荷载组合，，目的在于控制裂裂缝。3、组合结构梁桥浅浅析3.4疲劳状态LRFD规定2种疲劳荷载疲劳1：涉及荷载引起无无限疲劳寿命的疲疲劳和断裂荷载组组合。疲劳2：涉及荷载引起有有限疲劳寿命的疲疲劳和断裂的荷载载组合。3、组合结构梁桥浅浅析3.5极限状态BS5400规定两种极限状态态1、强度极限状态：（1）结构视为刚体，，结构的一部分或或全部（在力的作作用下）失去平衡衡。（2）疲劳引起的损伤伤而发展破坏。（3）根据桥梁破坏行行为的现有知识所所确定的弹性后和和屈曲后的状态，，多指截面破坏，，而非整个结构损损毁。2、正常使用极限状状态：（1）预期会丧失功能能或引发公众担心心状况，须采取补补救措施的状态（2）人行桥的振动极极限3、组合结构梁桥浅浅析3.6荷载组合BS5400规定五种荷载组合合，三种主要组合合，两种次要组合合1、荷载组合1：永久荷载+主要活载2、荷载组合2：永久荷载+主要活载+风荷载+临时架设荷载。3、荷载组合3：永久荷载+主要活载+温度荷载+临时架设荷载。4、荷载组合4：永久荷载+主要活载+附加活载5、荷载组合5：永久荷载+支座摩阻荷载其中荷载组合4中的附加活载分开开考虑，无需组合合，每种附加活载载只应与其有关而而合适的主要活载载。3、组合结构梁桥浅浅析3.7极限状态EN1990规定两种极限状态态1、强度极限状态：（1）结构整体或局部部构件视为刚体，，失去平衡。（2）结构整体或局部部构件因较大变形形而形成机构、断断裂，失去稳定状状态，包含地基及及基础。（3）由疲劳及其他的的时变荷载引发的的破坏。2、正常使用极限状状态：（1）结构或构件在正正常使用下的功能能（2）人的舒适性能（3）结构正常使用下下的外观：主要指指变形和裂缝，而而非美学。主要从变形对结构构外观、人的舒适适性、结构功能；；振动对人的舒适适性、对结构功能能有效性；损坏结结构外观，耐久性性、功能。3、组合结构梁桥浅浅析3.8荷载组合EN1990承载能力极限组合合下荷载系数组合合（式1）（式2）（式3）上述组合指为整体体稳定性、结构或或构件承载能力及及地基极限抗力验验算，不包含疲劳劳抗力，应注意对对于线性计算常用用单向荷载效应组组合，对于非线性性需针对不同工况况所有荷载一次加加载，分别计算。。3、组合结构梁桥浅浅析3.9荷载组合EN1990承载能力极限组合合下荷载系数组合合（式4）（式5）上述组合指为偶然然状况承载能力组组合。3、组合结构梁桥浅浅析3.10荷载组合系数EN1990承载能力极限组合合下荷载系数组合合,从右侧两表中可以以看出，对于1类、2类截面在承载能力力计算中可忽略温温度、收缩徐变及及沉降影响，由于于1类及2类截面具有较强变变形能力，通过变变形释放上述作用用效应。3、组合结构梁桥浅浅析3.11荷载组合系数特征值组合钢结构、组合结构构钢筋，暴露环境境为XS、XF、XD混凝土应力，开裂裂区域钢筋间距腹板呼吸，变形、、桥梁振动混凝土应力限值，，及非预应力裂缝缝宽度频遇值组合准永久值组合3、组合结构梁桥浅浅析3.12新老规范材料抗力力系数对比新规范中材料的分项项系数未包含结构构重要性系数及设设计年限荷载调整整系数，在重要性性系数为“1”的情况下，新旧旧规范荷载作用及及结构抗力基本相当。材料形式85规范15规范型式

普通钢材1.251.35

1.21.41.25

钢丝、钢绞线

2.51.21.41.85骑跨式钢丝、钢绞线

21.21.41.48销结式钢丝绳

2.951.21.42.18骑跨式钢丝绳

2.21.21.41.63销结式3、组合结构梁桥浅浅析3.13材料普通钢材：强度指标：弹性性模量E，比例极限fp,屈服强度fy,抗拉强度fu。低碳钢标准件拉拉伸曲线（））标准拉伸试件钢材屈强比3、组合结构梁桥桥浅析3.13材料我国建筑钢结构构规范(抗震要求）：fu/fy>1.2(地震设防烈度<8度）EURPCODE:我国建筑钢结构构规范(抗震要求）：fu/fy>1.2(地震设防烈度<8度）fu/fy>1.2(地震设防烈度≥8度）δ>20。3、组合结构梁桥桥浅析3.13材料《低合金高强度结结构钢（GB/T1591-2008)3、组合结构梁桥桥浅析3.14结构计算平面杆系模型空间杆系模型板壳+实体模型线性非线性弹性弹塑性/塑性3、组合结构梁桥桥浅析3.14结构模型原则1、模型应反应结结构对外界作用用、荷载相应，，主要验证变形形、强度、整体体及局部稳定等等。2、模型应包含尽尽可能多的结构构元件如主梁、、横梁、加劲板板、钢砼连接件件，支座等，尽尽可能反应其偏偏心连接。3、模型应包括施施工过程及施工工方法，考虑结结构永久元件、、临时的累加效效应。4、模型应能反应应结构的动力分分析，能反应最最重要的振动模模态。5、模型的结果应应能方便的应用用于规范验证。。3、组合结构梁桥桥浅析3.14双主梁模型第一步：根据影影响线计算横向向分布系数（忽忽略扭转刚度，，架设桥面板无无限刚度）第二步：根据第第一系数，考虑虑有效宽度，进进行单梁整体分分析。优点：能方便的的应用有限元软软件考虑建造方方式及建造方式式进行分析，能能方面考虑温度度，收缩徐变等等因素影响，结结果能方面结合合规范条款，验验证ULS，ＳＬＳ．疲劳劳，剪力键连接接等。缺点：这种模型型不能包含横梁梁、横向支撑，，不能考虑侧向向稳定等。3、组合结构梁桥桥浅析3.14多主梁模型同双主梁模型相相同，采用偏心心压力法或考虑虑扭转的偏心压压力法确定横向向分布系数。假设：１、主梁梁没有抗扭刚度度或桥面板采用用铰接。２、主梁长度相相同，其刚度可可有横截面刚度ＥＩ代表。右侧公式不适用用于曲线桥或斜斜桥，因为主梁梁长度不同，主主梁刚度不能由由主梁抗弯刚度度ＥＩ单独代表表。3、组合结构梁桥桥浅析3.14箱梁同双主梁模型相相同，采用偏心心压力法或考虑虑扭转的偏心压压力法确定横向向分布系数。3、组合结构梁桥桥浅析下翼缘带侧向支支撑双主梁为增加钢板梁抗抗扭刚度，可在在下部翼缘增加加侧向支撑，形形成箱形结构，，侧向支撑可根根据剪切变形相相等，以虚功原原理等效成薄钢钢板，不过钢板板只能计算抗剪剪，不计算抗弯弯，可通过将材材料E=0，只计入G计算。3、组合结构梁桥桥浅析梁格模型纵向主梁包含混混凝土有效宽度度桥面板部分，，内部横梁也包包含混凝土部分分，混凝土宽度度为横梁间距，桥面的间距b为可取为轴距（（1.4m)，整个桥面板面面内弯矩IZ均分到A梁与D梁，支撑部位采采用桁架代替横横隔板。3、组合结构梁桥桥浅析3.14梁格模型连续梁负弯矩区区应考虑开裂刚刚度及混凝土应应力刚化效应，，在开裂区域只只考虑钢梁+钢筋截面如果主梁负弯矩矩应力过大，可可采用钢混组合合横梁，有较大大扭转刚度，对对纵向弯矩起到到调幅作用。对变高度截面，，应有足够密度度，以适应偏心心变化。3、组合结构梁桥桥浅析3.14梁格模型对于负弯矩区混混凝土开裂区域域分析方法一：先用未未开裂的截面进进行计算，荷载载组合为ＳＬＳＳ验算荷载（考考虑施工顺序）），混凝土边缘缘应力大于２倍倍名义应力，则则判断开裂，然然后循环直至收收敛。第一步第二步第三步3、组合结构梁桥桥浅析3.14梁格模型考虑２倍混凝土土名义拉应力主主要因为：１、应力刚化效效应提高了抗拉拉抗力，尤其在在裂缝初始阶段段２、混凝土的实实际抗拉强度比比名义抗拉强度度更高。３、在计算时候候采用短期截面面特征，其计算算值往往是最大大包络。第一步第二步第三步3、组合结构梁桥桥浅析3.14梁格模型方法二：这是一种无需迭代代方法，考虑开开裂区域为跨径径的０.１５倍，条件：：短跨／长跨＞＞０.６第一步第二步第三步3、组合结构梁桥桥浅析3.14梁格模型方法三：不考虑虑开裂模型，但但需要在方法二二的基础上考虑虑弯矩重分布，，支点处弯矩需需要减少１０％％，对于每种荷荷载，重分布后后荷载与内力弯弯矩应保持平衡衡。第一步第二步第三步3、组合结构梁桥桥浅析3.14梁格模型弯桥：弯曲因为剪切中中心与截面质量量形心不重合，，造成弯矩与扭扭矩耦合作用，，与直桥比，弯弯桥主梁承受更更大弯矩，在模模型中，桥面板板有直线和曲线线两种，但大多多数程序只支撑撑直线，这就需需要较大的密度度，也可采用３３维网格和板桥桥＋实体有限元元模拟。3、组合结构梁桥桥浅析3.14梁格模型单箱单室箱梁：：单箱单室截面可可考虑有效宽度度，分成两个截截面，其内部支支撑采用横撑连连接，而不是通通过桥面板。在主梁中间设置置一根虚拟梁，，其代表了整个个箱子的抗扭刚刚度及主梁面内内抗弯刚度及横横向剪切刚度。。通过横向分析得得到竖向荷载施施加到主梁上。。主梁反应竖向弯弯矩及剪切，虚虚拟梁反应轴力力及扭矩。3、组合结构梁桥桥浅析3.14梁格模型单箱单室箱梁：：横向连接的刚度度对于传递扭转转至关重要，针针对于不同的隔隔板形式采用不不同的等效截面面。对于箱梁，，翘曲效应往往往可以忽略，主主要考虑自由扭扭转，这种分析析方法适用于斜斜桥、曲线桥，，对于多个小箱箱，外梁之间采采用混凝土板横横向连接。但对对于施工阶段开开口Ｕ形槽箱需需要考虑面外变变形及翘曲影响响。3、组合结构梁桥桥浅析3.14三维梁格模型采用三维梁格单单元可考虑钢混混组合结构不同同构件偏心以产产生附加力及力力的单元内部分分布。能考虑中性轴横横向变化可以考虑扭转及及翘曲效应桥面板可呈现双双向能考虑钢主梁在在建造过程中屈屈曲能考虑横隔板，，侧向支撑，疲疲劳等各个方面面混凝土桥面板采采用梁单元与翼翼缘板梁单元偏偏置刚接，节点点间距应能满足足全部抗剪要求求，桥面板梁与与翼缘梁共同变变形。3、组合结构梁桥桥浅析3.14三维梁格模型桥面板传递荷载载具有双向性，，且因为弯矩，，扭矩耦合，板板不向梁单元那那样剪力为弯矩矩的变化率，双双向扭矩的变化化也会带来剪力力变化混凝土板的行为为和泊松比有较较大关系，在开开裂区其泊松比比为０3、组合结构梁桥桥浅析三维梁格模型板可采用纵横梁梁网格模拟，网网格间距不大于于２.５ｈｃ，其变形形与真实变形基基本重合。边梁梁位于０.３ｈｃ处，其为为板边剪力流合合力位置，其相相应的Ｉｔ应采采用ｂ－０.３ｈｃ抗扭刚度度。3、组合结构梁桥桥浅析3.14三维梁格模型三维网格模型可可考虑所有组合合梁部件，如横横梁、支座、缺缺陷、预拱度、、变截面梁截面面，平面模型难难以模拟和输出出的如变截面梁梁的拱形效应均均可反应。开裂区混凝土纵纵向可考虑开裂裂，横向按照未未开裂考虑对于边护栏或护护栏底座，可作作为混凝土边梁梁一起考虑，尤尤其是其在进行行荷载横向分配配过程中。3、组合结构梁桥桥浅析3.14板壳＋实体模型型为了相近的考虑虑车轮集中荷载载，有效宽度分分布等内容，同同时可精确验证证其他模型，采采用板壳实体模模型，桥面板采采用板或体单元元，上翼缘采用用梁单元，桁架架隔板采用桁架架单元或梁单元元（解除端部弯弯矩）加劲肋采采用梁单元，实实体隔板采用壳壳单元，内部加加劲板采用梁单单元。3、组合结构梁桥桥浅析3.14板壳＋实体模型型3、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定右图表示纵向单元的的横截面，宽度度为单位宽1.0，厚度为t。由于截面收到到弯曲等作用产产生了正应力（垂直与纸面）,其数值在厚度方方向上是线性变变化的。截取截截面顶面薄层，，则薄层收到均均匀的压应力σσz,纵向应变为；无侧限条件下下横桥向变形为为，实际板在工作作过程中横向应应变收到约束其横桥向荷载为为，横桥向荷载反反过来约束纵桥桥向变形，大小小为，综合上述因素素，纵桥向应变变为，可用等效应变变等换，这种弹性性模量等换对于于每层的纵向纤纤维均适用。与与杆件的弹性抗抗弯刚度类似，单位宽板板单元的弹性抗抗弯刚度为。根据杆件临界荷载，两侧边无约束束板元的临界荷荷载，其相应的3、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定对于长细比较大大的杆件、高厚厚比较大板件，，容易在结构达达到屈服强度前前屈服，其承载载力可用稳定系系数ψ与屈服强度联系系3、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定3、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定3、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定0.6σ0.286σ3、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定3、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定方法一：以屈曲曲为承载能力的的极限状态，并并通过对板件的的宽厚比限制，，使之结构在整整体失效前屈曲曲方法二：允许板板件在构件整体体失效前屈曲，，并利用屈曲后后的强度，构件件的承载能力由由局部屈曲后的的有效截面确定定3、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定3、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定（压压应力）3.15钢结构稳定（剪剪应力）3、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定（一一个边缘受压））上述均需考虑翼翼缘对腹板的弹弹性嵌固系数。。3.15钢结构稳定弯曲正应力，剪剪应力单向均布应力，，剪应力3、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定-无量纲长细比单轴对称的工字字钢截面梁，受受弯时中和轴不不在腹板的中央央，通常设计受受压翼缘大于受受拉翼缘，腹板板边缘的拉应力力大于压应力，，则计算屈曲系系数大于23.9，实际计算中可可保留k=23.9,腹板的高度h0=2hc。3、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定理想板，无缺陷陷，无残余应力力，不存在弹塑塑性过渡区，弹弹塑性分界点为为=1考虑实际缺陷，，未达达到1.0之前，临界应力力开始下降，故故取=0.85，整体稳定计算算，稳定系数大大于0.6做非弹性修正，3、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定-无量纲长细比钢材的剪切比例例极限为0.8fyv,塑性和弹性界限限分别为0.8与1.2，引入板的几何何缺陷为0.9，调调整为1.23、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定-无量纲长细比残余应力对横向向影响不如纵向向大，关于塑性性范围内界限缺缺少参考，为了了避免过渡段影影响过大，取0.93、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定-加劲肋刚度残余应力对横向向影响不如纵向向大，关于塑性性范围内界限缺缺少参考，为了了避免过渡段影影响过大，取0.9单侧布置，外深深宽度比上式大大20%中部加劲肋（横横向）水平加劲肋3、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定-加劲肋刚度残余应力对横向向影响不如纵向向大，关于塑性性范围内界限缺缺少参考，为了了避免过渡段影影响过大，取0.93、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定-加劲肋刚度单侧布置，外宽宽度比上式大20%3、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定对于横向加劲板板不是刚性的情情况详见规范的的条款计算。3、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定忽略受拉去加劲劲板。3、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定无纵向加劲肋：：3、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定无纵向加劲肋（（板形屈曲）：：3、组合结构梁桥桥浅析3.15钢结构稳定无纵向加劲肋（（柱形屈曲）：：a/b<1的无加劲板，会会发生柱形屈曲曲，对于带有加加劲板的板件在在a/b>1的情况下也会发发生柱状屈曲。。3、组合合结构构梁桥桥浅析析3.15钢结构构稳定定有纵向向加劲劲肋（（柱形形屈曲曲）：：a/b<1的无加加劲板板，会会发生生柱形形屈曲曲，对对于带带有加加劲板板的板板件在在a/b>1的情况况下也也会发发生柱柱状屈屈曲。。3、组合合结构构梁桥桥浅析析钢结构构稳定定真实的的屈曲曲系数数介于于柱屈屈曲系系数与与板屈屈曲系系数的的之间间，其其可表表达为为折减减系数数为3、组合合结构构梁桥桥浅析析3.15钢结构构稳定定结构有有效截截面考考虑整整体屈屈曲及及局部部屈曲曲影响响，我我国钢钢结构构规范范中有有效截截面宽宽度从从公式式上看看，仅仅考虑虑整体体屈服服系数数，此此处也也需要要请教教规范范编写写专家家考虑虑。3、组合合结构构梁桥桥浅析析3.15钢结构构稳定定缩减应应力法法：在欧洲洲规范范编写写过程程中，，德国国把该该种方方法建建议写写到规规范当当中，，因为为其应应用方方便，，有效效的和和有限限元结结合起起来，，且无无需向向有效效截面面折减减需要要迭代代。有效截截面折折减可可考虑虑腹板板应力力向翼翼缘分分布，，但缩缩减应应力法法则不不然，，故前前者更更为经经济，，但计计算繁繁琐。。3、组合合结构构梁桥桥浅析析3.16钢结构构疲劳劳3、组合合结构构梁桥桥浅析析3.16钢结构构疲劳劳3、组合合结构构梁桥桥浅析析3.16钢结构构疲劳劳3、组合合结构构梁桥桥浅析析3.17混凝土土裂缝缝计算算3、组合合结构构梁桥桥浅析析汇报提提纲412组合梁梁桥国国内外外发展展概况况案例分分享3组合结结构梁梁桥浅浅析52组合结结构梁梁桥概概述4.135m钢板组组合梁梁桥跨标准跨跨径35m，边中中跨比比1.0。型式主梁：：梁宽16.75m，双主主梁组合梁梁，等等高。。横梁：：跨内中横横梁为为小横梁梁；支点中横梁梁为加加强小横梁梁；支点端横梁梁为大大横梁梁。桥面板板：横向支支撑板，双向向预应应力结构。。一联（（m）35353535354、案例例分享享全宽预预制节节段拼拼装桥桥面板板组合合钢板板梁4.135m钢板组组合梁梁高度：1700mm。间距：：8.95m。翼缘宽宽度：下翼缘缘960mm。上翼翼缘800mm。翼缘厚厚度：：下翼缘缘28~48mm。上翼缘缘20~28mm随断面面位置变变化，变厚采用外外对齐方方式。下翼缘存存在强强度和和稳定定问题题，上上翼缘缘仅存存在强强度问题。。腹板厚厚度：：16~28mm。随断面位位置变变化，变厚采用外外对齐方方式。。腹板存在强强度和和稳定定问题。。跨中中支点点端支点点4、案例例分享享桥跨标距(m)5.253.53.53.53.53.53.53.55.255.253.53.53.53.53.53.53.55.25对称上翼缘厚(mm)202820282820腹板厚(mm)20282820162028下翼缘厚(mm)284436484836283644梁段长度(m)8.7514710.5710.5710.5梁段编号AEBDBCBD1全宽预预制节节段拼拼装桥桥面板板组合合钢板板梁4.135m钢板组组合梁梁主梁变变厚：：以3.5m为模数数进行行变厚厚与梁梁段长度度设置置。变变厚兼兼顾梁梁段连连接焊焊缝。。梁段连连接焊缝平平齐设设置。。板厚区区间设置由由后续续计算算确定。。35m边跨35m中跨主梁主主要参参数表表4、案例例分享享4.135m钢板组组合梁梁高度：：400mm，用于于跨内内中横横梁。800mm，用于于支点中中横梁梁。间距：：7m，等间间距布布置。翼缘宽度：：300mm，用于跨跨内中中横梁。。700mm，用于于支点中中横梁。。翼缘厚厚度：：20mm。腹板厚厚度：16mm。T形连接接加劲：：腹板16mm。端板板16mm。填板20mm。顶升加加劲：：16mm。T形连接接加劲劲顶升加加劲4、案例例分享享4.135m钢板组组合梁梁板、梁连连接：设于主梁梁上翼翼缘的的连接接件使使用圆圆柱头头焊钉钉。焊钉为为22mm直径圆圆柱，，上部部为25mm直径，，10mm高钉头头，高高度200mm，横向向布置4排。设于桥面面板底连接接槽侧侧面的的连接接件使使用U形剪力力筋。。钢筋筋直径径12mm，纵向向布置置间距距15cm。桥面板板为全全宽预制，，拼装装，设设纵向向预应应力。。连接接采用用“槽式滞滞后连连接”方式式，以以提高高预应应力效效率和和连接接作业业效率率。连接槽槽4、案例例分享享济南至至祁门门高速速公路路淮南南至合合肥段段工程程（1）联合合截面面法利用MIDASCIVIL软件采采用联联合截截面法法建立立单梁模模型，划分分纵向向节段段长1m左右；；4.135m钢板组合梁梁MIDASCIVIL三种建模方方法单梁模型橫橫断面图单梁有限元元模型4、案例分享享单梁模型（3）桁架模型型法（混凝凝土桥面板板采用板单单元法建模模）钢板梁采用用桁架单元元模拟，如如上，混凝凝土桥面板板采用板单单元模拟。。（2）桁架模型型法（混凝凝土桥面板板采用梁格格法建模））钢梁有限元元模型全桥有限元元模型4、案例分享享3/上跨天桥结构设计计分别计算三三个模型中中二期施工工阶段混凝凝土和钢板板梁应力如如下：部件板单元桁架模型梁格法桁架模型单梁模型跨中最小墩顶最大跨中最小墩顶最大跨中最小墩顶最大桥面板纵向应力（Mpa）顶面-1.11.6-0.71.2-0.50.9底面-0.8-0.5-0.30.4-0.20.6钢梁纵向应力（Mpa）上缘-129.6118.5-132.5122.1-135.3123.6下缘95.3-102.796.9-106.498.8-107.24.135m钢板组合梁梁单梁模型钢梁内内力图桁架模型钢