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(nèi)容提綱組合梁橋基本構(gòu)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?qū)а裕菏裁词墙M合梁？基本定義：是組合結(jié)構(gòu)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(gè)整體截面并共同承擔(dān)外荷載的復(fù)合結(jié)構(gòu)目的：將抗拉性能強(qiáng)的鋼材布置在拉伸區(qū)，將抗壓性能強(qiáng)的混凝土布置在壓縮區(qū)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，極大限度地追求高性能和經(jīng)濟(jì)性組合結(jié)構(gòu)組合梁橋概況6.1導(dǎo)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(jié)構(gòu)（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(jié)構(gòu)（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(jié)構(gòu)形式上海長(zhǎng)江大橋引橋：鋼與混凝土組合連續(xù)箱梁橋,

兩聯(lián)全長(zhǎng)1400m700m

85m

5×105m 主梁支點(diǎn)斷面圖（單位cm）主梁跨中斷面圖（單位cm）雙結(jié)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(jié)構(gòu)形式上海長(zhǎng)江大橋引橋主梁施工：?jiǎn)纹髁鹤畲笾亓考s2300t，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(jié)構(gòu)形式德國(guó)Nantenbach鐵路橋：83.2m+208.0m+83.2m，3跨連續(xù)組合桁架梁橋負(fù)彎矩區(qū)未設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋橋墩附近兩個(gè)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(jié)構(gòu)形式法國(guó)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(gòu)造2023/6/19《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋概況6.14m預(yù)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(jié)構(gòu)形式法國(guó)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(gòu)造組合梁橋概況6.1組合梁橋典型結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)形式阿古耶橋：36m＋36m＋36m，3跨連續(xù)組合剛構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式臺(tái)州市椒江二橋：70m+140m+480m+140m+70m連續(xù)漂浮雙索面結(jié)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(jié)構(gòu)形式臺(tái)州市椒江二橋：70m+140m+480m+140m+70m連續(xù)漂浮雙索面結(jié)合梁斜拉橋預(yù)制橋面板組合梁橋概況6.16.1.1組合梁橋典型結(jié)構(gòu)形式鄄城黃河特大橋：70m＋11×120m＋70m波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)組合箱梁實(shí)現(xiàn)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(jù)架設(shè)與施工方法不同活載組合梁(不設(shè)支架或臨時(shí)墩)與恒載組合梁(設(shè)支架或臨時(shí)墩)根據(jù)支承形式不同簡(jiǎn)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(duì)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(diǎn)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(yù)應(yīng)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(dān)斜拉橋的橋面彎矩，混凝土橋面板則主要承擔(dān)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(chǔ)造價(jià)與施工周期2023/6/120《鋼橋》第6章

組合梁橋組合梁橋基本構(gòu)造2023/6/121《鋼橋》第6章

組合梁橋6.2組合梁橋基本構(gòu)造型鋼連接件6.2.1剪力連接件構(gòu)造功能：防止混凝土板相對(duì)于鋼梁的相對(duì)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(gòu)造6.2.1剪力連接件構(gòu)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(gòu)造6.2.1剪力連接件構(gòu)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(gòu)造6.2.1剪力連接件構(gòu)造根據(jù)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(gòu)造剪力連接件構(gòu)造剛性連接件——容易在受壓側(cè)混凝土內(nèi)引起較高的應(yīng)力集中，在焊接質(zhì)量有保障的條件下，破壞時(shí)表現(xiàn)為混凝土被壓碎或發(fā)生剪切破壞，往往導(dǎo)致脆性破壞。柔性連接件——雖然剛度較小，在剪力作用下會(huì)發(fā)生變形，但承載力不會(huì)降低。為什么呢?6.2組合梁橋基本構(gòu)造混凝土橋面板構(gòu)造現(xiàn)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(xiàn)場(chǎng)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(yīng)力2023/6/127《鋼橋》第6章

組合梁橋預(yù)制混凝土橋面板6.2組合梁橋基本構(gòu)造降低混凝土收縮徐變引起的附加應(yīng)力減小現(xiàn)場(chǎng)的濕作業(yè)量，減少臨時(shí)支撐，施工速度快接縫是預(yù)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(gòu)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(qiáng)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(gòu)造6.2.3組合連續(xù)梁負(fù)彎矩區(qū)負(fù)彎矩區(qū)橋面板受拉，導(dǎo)致橋面開裂，影響結(jié)構(gòu)耐久性，降低組合截面軸向和抗彎剛度對(duì)策：1、設(shè)置足夠普通鋼筋，限制混凝土裂縫寬度2、施加預(yù)應(yīng)力，降低拉應(yīng)力水平3、運(yùn)用合理的施工方法，控制成橋后混凝土橋面板的拉應(yīng)力調(diào)整混凝土澆筑次序預(yù)加荷載法支座強(qiáng)迫位移法4、部分組合梁2023/6/130《鋼橋》第6章

組合梁橋調(diào)整混凝土澆筑次序6.2組合梁橋基本構(gòu)造2023/6/131《鋼橋》第6章

組合梁橋6.2組合梁橋基本構(gòu)造預(yù)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(shí)荷載，使得支點(diǎn)附近鋼梁負(fù)彎矩區(qū)段產(chǎn)生足夠的預(yù)應(yīng)力2、然后在預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下澆注負(fù)彎矩區(qū)段混凝土，混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，撤去臨時(shí)荷載。當(dāng)卸去臨時(shí)荷載后，支點(diǎn)附近產(chǎn)生反向的正彎矩，混凝土板產(chǎn)生一定的壓應(yīng)力2023/6/132《鋼橋》第6章

組合梁橋6.2組合梁橋基本構(gòu)造支座強(qiáng)迫位移法1、在鋼梁架設(shè)后將中間支點(diǎn)抬高2、澆注橋面板混凝土，待其硬化后，將中間支點(diǎn)下降，這樣便產(chǎn)生了預(yù)應(yīng)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(zhǎng))彈塑性階段(混凝土翼板開裂,鋼梁應(yīng)變迅速增長(zhǎng))塑性階段(撓度出現(xiàn)大幅增長(zhǎng),荷載-撓度曲線呈水平)彈性計(jì)算假定:1、鋼梁下翼緣達(dá)到屈服前,

截面應(yīng)變分布基本符合平截面2、組合梁內(nèi)力分析采用線彈性分析方法(中支點(diǎn)受拉區(qū)混凝土怎么辦？)核心內(nèi)容是截面應(yīng)力計(jì)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(yīng)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(bǔ)充說(shuō)明預(yù)應(yīng)力組合梁在計(jì)算預(yù)加力引起的混凝土應(yīng)力時(shí)，預(yù)加力作為軸向力產(chǎn)生的應(yīng)力可按實(shí)際翼板全寬計(jì)算；由預(yù)加力偏心引起的彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力可按翼板有效寬度計(jì)算。對(duì)超靜定結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析時(shí)，組合梁的翼板有效寬度可取實(shí)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(jì)算思路：線彈性組合梁應(yīng)力按材料力學(xué)公式計(jì)算。材料力學(xué)適用于單質(zhì)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(shè):--混凝土單元的截面面積為Ac彈性模量為Ec應(yīng)力為σc時(shí)應(yīng)變?yōu)棣與換算原則:

合力不變及應(yīng)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(yīng)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(lái)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(jì)算,不得改變截面整體剛度思路:

換算時(shí)不改變混凝土翼板厚度，而通過改變翼板的寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)，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(zhuǎn)換關(guān)系如下:0eqbn

be

s

是假想的鋼截面應(yīng)力.

對(duì)混凝土翼板而言，其真實(shí)應(yīng)力應(yīng)為同一點(diǎn)假想鋼截面應(yīng)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(yīng)力：6.3.3組合梁施工階段內(nèi)力分析根據(jù)不同的施工方法，分階段驗(yàn)算。設(shè)臨時(shí)支撐：可不檢算鋼梁應(yīng)力，荷載完全由支撐傳到基礎(chǔ)不設(shè)臨時(shí)支撐：砼板與鋼梁未形成組合結(jié)構(gòu)，荷載包括安裝階段的鋼梁自重和無(wú)支架施工的混凝土重量等鋼梁上翼緣正應(yīng)力： 抗剪承載力驗(yàn)算：彎剪共同作用承載力驗(yàn)算：組合梁橋彈性分析法6.3不設(shè)臨時(shí)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(shè)臨時(shí)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(shí)：彎矩作用時(shí)：0 0n AN0c

混凝土板應(yīng)力鋼梁應(yīng)力s

N0

sy0sI0A0

M

混凝土板應(yīng)力鋼梁應(yīng)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(nèi)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(yīng)變隨時(shí)間而逐漸增加，變形隨時(shí)間而增加的性質(zhì)稱為混凝土徐變。徐變應(yīng)變：徐變產(chǎn)生的塑性應(yīng)變稱為徐變應(yīng)變，通常用徐變系數(shù)φ(t,

τ)來(lái)描述。時(shí)刻τ開始作用于混凝土的單向不變應(yīng)力至?xí)r刻t所產(chǎn)生的徐變應(yīng)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(yīng)變?chǔ)?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(shù)，或簡(jiǎn)稱為徐變系數(shù)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(jì)算Ec

Ec(1

(t,

))

為根據(jù)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(duì)應(yīng)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(wú)連接組合梁橋彈性分析法6.3PL0在組合梁截面產(chǎn)生的內(nèi)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(yīng)力

L0

L0

ccc

00

LManAI

1

P

1

0

L

混凝土應(yīng)力混凝土徐變產(chǎn)生的混凝土與鋼梁的應(yīng)力總應(yīng)力=無(wú)連接時(shí)應(yīng)力+考慮組合效應(yīng)后截面應(yīng)力應(yīng)力以拉為正，壓為負(fù)c

n

E

(1

)n0長(zhǎng)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(nèi)力分析成因分析：組合梁在溫度變化時(shí)，由于混凝土和鋼的導(dǎo)熱率不同，二者之間有溫度變化的滯后現(xiàn)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(chǎn)生自平衡的溫度應(yīng)力。計(jì)算假定(JTG

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

鋼的溫度線脹系數(shù)αe=1.2×10-52023/6/148《鋼橋》第6章

組合梁橋