【《多跨工字钢组合梁整体桥不同跨数桥梁受力特性对比分析案例》4000字】

多跨工字钢组合梁整体桥不同跨数桥梁受力特性对比分析案例1.1单项荷载作用（1）恒载作用恒载作用下，不同跨径下的单跨、两跨和三跨组合梁整体桥应力对比如图4-4所示。可以看出，钢梁拉应力对称分布，跨径20m时，三者应力最大值分别为112.0MPa、90.2MPa、92.7MPa，跨径30m时，三者应力最大值分别为149.1MPa、122.5MPa、125.3MPa，跨径40m时，三者应力最大值分别为155.4MPa、126.0MPa、128.3MPa，跨径50m时，三者应力最大值分别为159.3MPa、142.4MPa、143.7MPa。因此，从跨径20m变化为50m的角度看，不同跨数的应力增加了42.2%~57.9%，从单跨增加到多跨角度看，不同跨径的应力减小了9.8%~19.5%。桥面板混凝土主要产生对称分布的压应力，跨径20m时，三者应力最大值分别为-4.3MPa、-3.1MPa、-3.2MPa，跨径30m时，三者应力最大值分别为-4.9MPa、-3.9MPa、-3.9MPa，跨径40m时，三者应力最大值分别为-5.5MPa、-4.1MPa、-4.1MPa，跨径50m时，三者应力最大值分别为-5.2MPa、-4.7MPa、-4.8MPa，因此，从跨径20m变化为50m的角度看，不同跨数的应力增加了20.9%~51.6%，从单跨增加到多跨角度看，不同跨径的应力减小了7.7%~27.9%。恒载作用下，组合梁整体桥奇数跨时，应力以中跨跨中为中心对称分布，偶数跨时，应力以中支点为中心对称分布，从单跨变为多跨时，各跨主梁应力均在跨中达到最大值，多跨时，边跨跨中应力大于中跨跨中成为控制截面，三跨桥梁较两跨桥梁，中跨主梁应力明显减小。(a)跨径20m钢梁(b)跨径20m混凝土桥面板(c)跨径30m钢梁(d)跨径30m混凝土桥面板(e)跨径40m钢梁(f)跨径40m混凝土桥面板(g)跨径50m钢梁(h)跨径50m混凝土桥面板图4-4恒载作用下主梁应力对比（2）温度荷载作用分别对比考虑整体升温和梯度升温作用下的受力变化。整体升温作用下，不同跨径下的单跨、两跨和三跨组合梁整体桥应力对比如图4-5所示。可以看出，钢梁产生对称分布的拉应力，跨径20m时，三者应力最大值分别为-18.9MPa、-41.8MPa、-55.8MPa，跨径30m时，三者应力最大值分别为-24.3MPa、-48.8MPa、-66.8MPa，跨径40m时，三者应力最大值分别为-29.4MPa、-56MPa、-73.4MPa，跨径50m时，三者应力最大值分别为-33.3MPa、-60.6MPa、-78.4MPa，因此，从跨径20m变化为50m的角度看，不同跨数的应力增加了40.5%~76.2%，从单跨增加到多跨角度看，不同跨径的应力增加了82.0%~195.2%。桥面板混凝土主要产生对称分布的压应力，跨径20m时，三者应力最大值分别为-0.3MPa、-1.5MPa、-1.4MPa，跨径30m时，三者应力最大值分别为-0.3MPa、-1.5MPa、-1.4MPa，跨径40m时，三者应力最大值分别为-0.4MPa、-2MPa、-1.9MPa，跨径50m时，三者应力最大值分别为-0.5MPa、-2.2MPa、-2.1MPa。因此，从跨径20m变化为50m的角度看，不同跨数的应力增加了46.7%~71.4%，从单跨增加到多跨角度看，不同跨径的应力增加了337.5%~435.7%。整体升温作用下，组合梁整体桥从单跨变为多跨时，单跨应力沿纵桥向相对均匀分布，二跨时边跨应力线性减小，即桥台处最大而在墩梁节点处达到最小值，三跨时边跨应力线性变化，边跨梁端混凝土应力方向发生改变，在墩梁节点处达到最大压应力并在中跨均匀分布。(a)跨径20m钢梁(b)跨径20m混凝土桥面板(c)跨径30m钢梁(d)跨径30m混凝土桥面板(e)跨径40m钢梁(f)跨径40m混凝土桥面板(g)跨径50m钢梁(h)跨径50m混凝土桥面板图4-5整体升温作用下主梁应力对比梯度升温作用下，不同跨径下的单跨、两跨和三跨组合梁整体桥应力对比如图4-6所示。可以看出，钢梁产生对称分布的拉应力，跨径20m时，三者应力最大值分别为6.8MPa、18.9MPa、15.3MPa，跨径30m时，三者应力最大值分别为6.1MPa、18.2MPa、14.8MPa，跨径40m时，三者应力最大值分别为5.0MPa、16.9MPa、13.6MPa，跨径50m时，三者应力最大值分别为4.4MPa、16.1MPa、12.9MPa。因此，从跨径20m变化为50m的角度看，不同跨数的应力减小了14.8%~35.3%，从单跨增加到多跨角度看，不同跨径的应力增加了125.0%~265.9%。桥面板混凝土主要产生对称分布的压应力，跨径20m时，三者应力最大值分别为-4.3MPa、-5.2MPa、-5.2MPa，跨径30m时，三者应力最大值分别为-4.6MPa、-5.2MPa、-5.1MPa，跨径40m时，三者应力最大值分别为-4.8MPa、-5.3MPa、-5.2MPa，跨径50m时，三者应力最大值分别为-5MPa、-5.4MPa、-5.3MPa。因此，从跨径20m变化为50m的角度看，不同跨数的应力增加了3.8%~16.3%，从单跨增加到多跨角度看，不同跨径的应力增加了8.0%~20.9%。梯度升温作用下，组合梁整体桥从单跨变为多跨时，主梁应力显著增加，单跨应力沿纵桥向相对均匀分布，两跨时边跨应力线性变化，在墩梁节点处达到最大值，三跨时边跨应力线性变化，在墩梁节点处达到最大值并在中跨均匀分布。(a)跨径20m钢梁(b)跨径20m混凝土桥面板(c)跨径30m钢梁(d)跨径30m混凝土桥面板(e)跨径40m钢梁(f)跨径40m混凝土桥面板(g)跨径50m钢梁(h)跨径50m混凝土桥面板图4-6温度梯度作用下主梁应力对比

（3）混凝土徐变作用混凝土徐变作用下，不同跨径下的单跨、两跨和三跨组合梁整体桥应力对比如图4-7所示。可以看出，钢梁产生对称分布的拉应力，跨径20m时，三者应力最大值分别为11.8MPa、21.6MPa、19.4MPa，跨径30m时，三者应力最大值分别为11.4MPa、20.1MPa、17.7MPa，跨径40m时，三者应力最大值分别为11MPa、14.7MPa、16.4MPa，跨径50m时，三者应力最大值分别为10.7MPa、13.8MPa、14.4MPa。因此，从跨径20m变化为50m的角度看，不同跨数的应力减小了9.3%~36.1%，从单跨增加到多跨角度看，不同跨径的应力增加了29.0%~83.1%。桥面板混凝土主要产生对称分布的压应力，跨径20m时，三者应力最大值分别为-2.6MPa、-1.9MPa、-2.1MPa，跨径30m时，三者应力最大值分别为-2.2MPa、-2.1MPa、-2.1MPa，跨径40m时，三者应力最大值分别为-1.5MPa、-1.2MPa、-1.2MPa，跨径50m时，三者应力最大值分别为-1.1MPa、-1.1MPa、-1.2MPa。因此，从跨径20m变化为50m的角度看，不同跨数的应力减小了42.1%~57.7%，从单跨增加到多跨角度看，不同跨径的应力减小了173.1%~209.1%。徐变作用下，组合梁整体桥奇数跨时，应力以中跨跨中为中心对称分布，偶数跨时，应力以中支点为中心对称分布，从单跨变为多跨时，各跨钢梁应力均在对称中心达到最大值，桥面板应力在墩梁节点处会发生改变，边跨跨中为控制截面。(a)跨径20m钢梁(b)跨径20m混凝土桥面板(c)跨径30m钢梁(d)跨径30m混凝土桥面板(e)跨径40m钢梁(f)跨径40m混凝土桥面板(g)跨径50m钢梁(h)跨径50m混凝土桥面板图4-7徐变作用下主梁应力对比（4）混凝土收缩作用混凝土收缩作用下，不同跨径下的单跨、两跨和三跨组合梁整体桥应力对比如图4-8所示。可以看出，钢梁产生对称分布的拉应力，跨径20m时，三者应力最大值分别为-28.5MPa、-61.1MPa、-46.3MPa，跨径30m时，三者应力最大值分别为-22.8MPa、-63.4MPa、-55.4MPa，跨径40m时，三者应力最大值分别为-16.9MPa、-57.2MPa、-49.7MPa，跨径50m时，三者应力最大值分别为-13.6MPa、-55.3MPa、-47.2MPa。因此，从跨径20m变化为50m的角度看，不同跨数的应力减小了1.9%~52.3%，从单跨增加到多跨的角度看，不同跨径的应力增加了62.5%~306.6%。桥面板混凝土主要产生对称分布的拉应力，跨径20m时，三者应力最大值分别为2.0MPa、4.0MPa、3.7MPa，跨径30m时，三者应力最大值分别为2.4MPa、5.0MPa、5.3MPa，跨径40m时，三者应力最大值分别为4.0MPa、5.6MPa、5.9MPa，跨径50m时，三者应力最大值分别为4.9MPa、6.1MPa、6.2MPa。因此，从跨径20m变化为50m的角度看，不同跨数的应力增加了52.5%~145.0%，从单跨增加到多跨的角度看，不同跨径的应力增加了24.5%~108.3%。混凝土收缩作用下，组合梁整体桥单跨钢梁应力沿纵桥向相对均匀分布，两跨时边跨应力线性变化，在墩梁节点处达到最大值，三跨时边跨应力线性变化，在墩梁节点处达到最大值并在中跨均匀分布，混凝土应力单跨时在四分之一处达到最大值，跨数增多时应力逐渐增大，在墩梁节点处有小幅度减小。(a)跨径20m钢梁(b)跨径20m混凝土桥面板(c)跨径30m钢梁(d)跨径30m混凝土桥面板(e)跨径40m钢梁(f)跨径40m混凝土桥面板(g)跨径50m钢梁(h)跨径50m混凝土桥面板图4-8收缩作用下主梁应力对比对比不同单项荷载影响发现，对于多跨组合梁整体桥，恒载作用引起的应力占比最大，控制作用最明显，边跨跨中为设计控制截面、桥台和墩梁连接节点处受力复杂，为多跨整体桥设计时的关键截面。整体升温作用对桥台处应力影响较大，混凝土收缩作用对墩梁节点处应力影响较大，多跨整体桥设计需要综合考虑跨中、墩梁节点处和桥台处的受力情况。对于奇数跨的组合梁整体桥，主梁应力为对称分布，受力对称点位于中跨跨中，温度梯度、整体温度变化、收缩等作用下中间跨应力大小分布均匀，边跨应力为线性变化，恒载、徐变等作用下应力曲线变化，在跨中达到最大值。对于偶数跨的组合梁整体桥，主梁应力为对称分布，受力对称点位于中间两跨支点处，温度梯度、整体升降温、收缩作用下应力为线性变化，不具有均匀变化的梁段，恒载、徐变作用下应力曲线变化，在跨中达到最大值。1.2荷载组合作用（1）承载能力极限状态承载能力极限状态组合作用下，不同跨径下的单跨、两跨和三跨组合梁整体桥应力对比如图4-9所示。可以看出，钢梁产生对称分布的拉应力，跨径20m时，三者应力最大值分别为113.8MPa、114.5MPa、126.7MPa；跨径30m时，三者应力最大值分别为150.9MPa、157.7MPa、166.4MPa；跨径40m时，三者应力最大值分别为159.6MPa、166.4MPa、173.7MPa；跨径50m时，三者应力最大值分别为175.1MPa、180.7MPa、191.2MPa。因此，从跨径20m变化为50m的角度看，不同跨数的应力减小了50.1%~53.9%，从单跨增加到多跨的角度看，不同跨径的应力增加了8.6%~11.3%。桥面板混凝土在跨中受压应力，负弯矩区受拉应力。对于负弯矩区最大拉应力，跨径20m时，三者应力最大值分别为5.3MPa、7.7MPa、7.8MPa，跨径30m时，三者应力最大值分别为5.9MPa、8.8MPa、8.8MPa，跨径40m时，三者应力最大值分别为6.5MPa、9.2MPa、9.2MPa，跨径50m时，三者应力最大值分别为7.5MPa、9.5MPa、9.6MPa。因此，从跨径20m变化为50m的角度看，不同跨数的应力增加了23.1%~41.5%，从单跨增加到多跨的角度看，不同跨径的应力增加了28.0%~49.2%。（2）正常使用极限状态汽车荷载作用下，跨径20~50m的整体桥跨中挠度对比列于表4-2中。不同跨径整体桥的最大挠度均满足小于L/500，其中L为桥梁计算跨径，从跨数增加的角度看，从一跨增加到三跨的整体桥的挠度仅有略微减小，从跨径增大的角度看，整体桥跨径由20m增长到50m时，挠度增大8