轻型组合梁桥面板在日照作用下温度梯度效应研究
第32卷第6期2015年6月
公路交通科技
Journal of Highway and Transportation Ｒesearch and Development
Vol.32No.6
Jun．2015
收稿日期：2014－07－28
基金项目：国家自然科学基金项目（51178177，51378194）；交通运输部重大科技专项（2011318494160）作者简介：刘瑜（1989－），女，湖北荆州人，硕士.（974163632@https://www.wendangku.net/doc/0f17512074.html, ）
doi ：10.3969/j.issn.1002－0268.2015.06.009
轻型组合梁桥面板在日照作用下
温度梯度效应研究
刘
瑜，邵旭东
（湖南大学
土木工程学院，湖南
长沙410082）
摘要：通过有限元分析模拟厚度为50mm 的超高性能混凝土层（UHPC ）的轻型组合桥梁结构在日照作用下的温度场，得出轻型组合梁桥面板的温度沿截面竖向呈线性分布。且当UHPC 厚度为50mm 时，不考虑铺装层时温差峰值为7.62?，而考虑铺装层时温差峰值增加到8.55?，这与我国现行桥梁规范的规定不一致，故应在轻型组合梁桥面板的温度梯度分析中计入铺装层的影响。通过对一特大跨径悬索桥的整体计算，其结果表明，由日照温差引起的UHPC 最大拉应力值为2.4MPa ，由汽车活载产生的UHPC 最大拉应力值为5.0MPa ，对比发现轻型组合梁桥面板的温度梯度效应是不可忽略的。
关键词：桥梁工程；轻型组合梁；有限元分析；UHPC 层温度应力；温度梯度
中图分类号：U441+
.5
文献标识码：A 文章编号：1002－0268（2015）06－0054－08
Ｒesearch on Temperature Gradient Effect of Light-weighted Composite
Bridge Deck under Solar Ｒadiation
LIU Yu ，SHAO Xu-dong
（School of Civil Engineering ，Hunan University ，Changsha Hunan 410082）
Abstract ：By simulating the temperature field of light-weighted composite bridge structure with 50mm thick UHPC layer under solar radiation ，it is found that （1）a linear distribution of temperature exists along the section depth of the bridge deck ；（2）when the thickness of UHPC is 50mm ，the temperature difference is 7.62?without considering the deck pavement ，while the temperature difference is greater to 8.55?considering the pavement．This is not in accordance with the stipulation in current Chinese bridge specification ，so the influence of the pavement should be considered in analyzing the temperature gradient of light-weighted composite bridge deck system．The calculation result of a super long-span suspension bridge shows that （1）the maximum UHPC tensile stress caused by sunshine temperature difference is 2.4MPa ；（2）the maximum UHPC tensile stress caused by vehicle live loads is 5.0MPa．The comparison indicates that the temperature gradient effect on light-weighted composite bridges cannot be neglected．
Key words ：bridge engineering ；light-weighted composite beam ；finite element analysis ；temperature stress of UHPC layer ；temperature gradient 0
引言
钢和混凝土的温度线膨胀系数基本上相同，但
是由于钢的导热系数大，传热快，而混凝土的导热系数相对较小，对外界环境温度的变化反应也相对较慢，因此外界温度的变化会造成钢梁与混凝土板
第6期刘瑜，等：轻型组合梁桥面板在日照作用下温度梯度效应研究之间存在温差，从而在钢梁和混凝土板中引起温度应力。而确定其应力值大小必须先得出其合理的温
度梯度模式。根据已有的一些研究，如Zuk ［1］
，
Emanuel ，Hulsey ［2］，Kennedy 和Soliman ［3］等对组合梁桥温度梯度的研究成果可以得出，在组合梁桥上部结构中，混凝土桥面板温度沿其截面高度方向呈梯度分布，而钢梁中温度则为均匀分布。由于先前的温度梯度的研究都是在厚度较大的普通混凝土的基础上开展的，其混凝土铺装层厚度基本上都是200mm 以上，而对于轻型组合梁桥，当采用超高性能混凝土时，混凝土的厚度大大减小，故需要确定其对应的温度梯度模式和正确的温度基数，为轻型组合梁桥的温度应力计算提供依据。1
轻型组合梁桥
轻型组合梁桥的主要结构形式是正交异性钢桥
与薄层超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete ，以下都简称UHPC ）通过抗剪连接件连接
成整体，形成组合结构［4］
。采用超高性能混凝土时，其导热系数比一般普通水泥混凝土的导热系数更低，与沥青铺装层的导热系数的差异较大，因此不管是在UHPC 层，还是在两种面层中必然会出现较为明显的温度梯度。因此在对轻型组合梁桥进行全面的研究中，温度梯度及相应内力和应力计算是必不可少的一个方面。2
热传导分析2.1
太阳辐射计算
导致UHPC 层升温的太阳辐射［5］
是一个非常复图1
鹅公岩大桥截面及温度测试点
Fig.1
Cross-section of Egongyan bridge and temperature measuring points
杂的系统，它与具体时间下的太阳高度角、目标处的海拔高度、当地的纬度、大气质量系数和大气透明度等多种因素有关。归纳起来，目标表面接收到的太阳辐射强度主要来自3个方面：太阳直射、太
阳散射和地面太阳反射辐射。从文献［
6］可以看出，对于桥面板的太阳辐射主要取决于太阳高度角
这一具体因素，一年中太阳辐射的最大值发生在天气晴朗无云的夏季，而一天之中辐射强度的最大值出现在中午12点左右。
2.2混凝土外表面与外界的总热流交换
根据混凝土箱梁外表面的热平衡方程，可以得出由UHPC 层外表面向UHPC 层内的传热量q 0计算表达式如下：
q 0=h a （T z －T 0），
（1）
式中，T 0为混凝土外表面温度（单位：K ）；h a 为表
面总换热系数（单位：W /m 2
·K ）；T z 为空气综合温度，它表达了外界空气温度、太阳辐射、地面反射
辐射和长波辐射、大气长波辐射对UHPC 层外表面的综合热作用，其计算式为：
T z =T a +
q s +q r －q e
h a
，（2）
式中，T a 为空气干球温度（单位：K ）；q s 为太阳总
辐射热量，为太阳直接辐射热量和天空散射辐射热量之和；q r 为地面反射太阳辐射热量；q e 为混凝土外表面与外界的有效辐射热量
大量实践经验表明，结构外界的热环境按第三类边界条件来模拟是最为合适的。在第三类边界条件中，求解域周围流体的温度和求解域边界与周围流体间的表面传热系数在实际工程当中体现为结构边界的综合温度T z 和结构边界与外界的综合换热系数h a 。3
算例验证
根据已有的温度场的分析研究，可以发现在准
确模拟截面边界条件的前提下，采用有限元ANSYS 分析其温度场是可行的。本文以文献［
7］为例，对重庆市鹅公岩大桥桥面铺装层温度进行计算，钢箱梁截面划分网格后的截面模型及具体测点布置如图1所示。其中1号点位于铺装层底部，检测钢板温度；2号点位于钢桥桥面铺装中部4cm 处；3号点位于钢桥桥面铺装上部1cm 处。在进行温度场的计算过
5
5
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卷
图2试验数据和有限元数据
Fig.2Comparison of test data and finite element analysis data
程中，各参数与文献相同，且在文中钢箱梁内部空气几乎不流动，视为优良的隔热层。图2（a）为试验数据曲线，图2（b）为有限元分析计算结果。图2（c）列出了不同位置处点的试验数据与有限元之间的温度曲线图。
从图2（c）中可知，试验数据和有限元分析结果存在偏差，这是因为在温度场分析中，涉及到诸多参数，如综合换热系数的取值及其随时间的变化，大气温度和箱内的理论值与真实值的偏差等，均会整体影响温度场的计算结果，使两者之间存在一定的偏差。具体比较图2（c）中3个对比曲线可得到偏差值均在5?左右。同时对比图2（a）和图2（b）的最大温差可知，在下午13：00时刻计算结果与文献中的试验数据的温差均达到最大值，均在8?左右。故采用ANSYS有限元分析软件分析温度梯度是可行的。
4温度梯度计算
MCCLUＲE［8］等在1984年试验数据的基础上已经证实了混凝土结构纵向和横向的温度变化很小，故桥梁中的三维热流问题可以简化为一维状态的热传递，即沿组合梁桥截面高度的竖向温度变化。选择夏季某一无云微风的晴天的大气环境计算，当UHPC层受到日照作用时，表面温度迅速升高，但由于热量向混凝土内部传递的速度较慢，从而使外表面和内部的温度变化速率存在较大的差异，内部的温度变化明显滞后于外表面处的温度变化，这样就在UHPC层中产生较大的竖向温差。计算主要步骤如下：
4.1定义单元类型和材料属性
本文轻型组合梁地理位置处于北纬20?，东经110?，平均风速为1m/s，大气透明度系数为0.656。我国所处纬度范围内，不同地区的最大辐射一般都出现在夏季，这里取8月18号作为计算日期。在Ansys温度场分析中，单元类型选用plane55单元模拟，混凝土表面总热交换系数h
a
的采用文献［9］取值，有限元分析中材料的一些参数如表1所示。
表1材料物理参数
Tab.1Physical parameters of materials
材料钢材UHPC层铺装层
比热容/［J·（kg·K）－1］52010461168
热传导系数/［（W·m·K）－1］481．951．5
密度/（kg·m－3）785027002400
热吸收率0．90．650．9
热膨胀系数1．2e－51e－51e－5
泊松比0．30．20．2
4.2建立组合截面几何模型和对单元划分
在Ansys有限元分析中，组合截面的尺寸及UHPC层和沥青铺装层温度控制点如图3所示。根据已有的研究可知，沥青混凝土铺装层的厚度对UHPC
65
第6期刘瑜，等：轻型组合梁桥面板在日照作用下温度梯度效应研究层的温度梯度具有一定的折减。然而从热传导参数来看，沥青混凝土铺装层的热吸收能力明显大于UHPC 层。在现有规范的温度梯度模式中，沥青混凝土铺装层的厚度为50mm 和100mm ，然而在UHPC －正交异性组合桥面板温度分布中，铺装层厚度为10 40mm ，小于50mm 。在本文的工程实例中，铺装层厚度取值为20mm ，UHPC 层厚度取值50mm 。计入沥青铺装层时温度梯度控制点从下至上为1 10，不计沥青铺装层时温度梯度控制点从下至上为1 8
。
图3组合截面及轻型组合桥面板部分Fig.3
Composite section and part of light-weighted
composite bridge deck
4.3
确定边界条件
采用ANSYS 有限元分析软件，按照第三类边界
条件的加载模式对其进行了温度时程仿真分析。时程范围为某年8月18号00：00—24：00，UHPC 层厚度为50mm 。由于UHPC 的厚度很薄，当分析桥梁上部结构的竖向最大温差时，可只考虑UHPC 顶板上的太阳热辐射和热对流，及钢箱梁顶板底面的内部热对流。由于缺乏实际的测量数据，其大气温度表达式采用的是1978年Kreith 和Kreider ［10］
提出的正弦函数曲线分布公式，表达式如（3）所示：
T a =12（T max +T min ）+12（T max －T min ）sin （t －9）π12
，
（3）
式中T max ，T min 分别为一天中的最高大气温度和最低大气温度。
在有限元分析中，应该先确定箱梁内的空气温度，具体分析过程中：先不考虑箱梁内的对流换热，将空气层模拟出来，得到钢箱梁顶板底下的空气温度，接着在考虑箱梁内的综合换热系数基础上，将
先前求解出来的箱梁内的温度以边界条件的形式加载上去。其中以无铺装层时的温度为例，其温度分布如图4所示
。
图4
不同时刻温度分布（单位：?）
Fig.4
Temperature distributions at different time （unit ：?）
4.4计算结果分析
按照已有的混凝土温度场理论，通过有限元APDL 编辑的命令流计算所得的边界条件，如太阳辐射强度曲线和UHPC 表面有效辐射强度如图5、图6所示为正弦函数分布。同时计入沥青铺装层和不计
沥青铺装层的各控制点的温度随时间的变化规律如
图7所示，也服从正弦函数分布，这与文献［11］的结论相符
。
图5太阳辐射强度
Fig.5
Solar radiation
intensity
图6
混凝土表面有效辐射
Fig.6
Effective radiation on concrete surface
7
5
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卷
图7无铺装层与有铺装层时控制点的温度时程曲线
Fig．7Temperature time history of control points
with/without pavement
从图7可以看出不考虑铺装层和考虑铺装层时，UHPC层的温差都在正午12：00达到最大值，各控制点的温度在13：00时刻达到最大。分析其原因：沥青铺装层有一定的厚度，对热量的传递有一定的滞后作用，下面层UHPC的导热系数较低，加之50mm的厚度，更加延缓了热量的传递，因此出现了上述现象。一般来说，混凝土桥面板出现最大板厚温差的时刻要早于该板外表面温度峰值时刻。这是由于随着大气温度的增加，钢箱梁的导热快，箱梁内空气温度不断升高，使得竖向温度梯度减小，故在温度最大时刻，温差反而降低。
可分别从图上提取出12：00时刻时的温差值作为最大温度梯度的根据。轻型组合梁截面的各控制点的最大温度和最大温差如图8、图9所示。
从图8、图9可知，当不考虑铺装层的影响时，整个截面的温度分布为二折线形式，UHPC层温度呈线性分布，钢梁内温度几乎为均匀分布，50mm厚度的UHPC层的最大温差为7.62?；当考虑铺装层的影响时，整个截面的温度分布为三折线形式，铺装层和UHPC层各自呈线性分布，钢梁内仍为均匀分布。其中，由于沥青铺装层的热传导系数小于UHPC层，其温差直线斜率较UHPC
层的直线斜率更
图8控制点的最大温度
Fig.8Max temperatures of control
points
图9控制点的最大温差
Fig.9Max temperature differences of control points 大，温度梯度更明显。这与Naruoka等学者［12］对日本大阪简支组合梁桥Shigita桥的温度方面的试验结论也是一致的。且UHPC层的温度和温差分布与无磨耗层时的趋势一致，但是UHPC层的温度值整体高于无铺装层时的温度值。从图9可以看出，不计入20mm的沥青铺装层时，UHPC层的温差最大值为7.62?；计入沥青铺装层时，整个截面的温度梯度为13.69?，其中沥青铺装层的温差最大值为5.16?，UHPC层的温差最大值为8.55?。由此可知，当只关注结构层UHPC的温度时，计入沥青铺装层后，其吸热能力的增大作用大于其厚度对温度的折减作用，故反而增加UHPC的温度值和温差值。
Carl Berwanger和Yaroslav Symko［13］在1974年研究中，采用0.354比例的试验模型，其混凝土桥面板厚59.31mm（2.421in），由测得的试验数据得到稳态热传导下的最大温差值为5?（9.1F）。对比前面有限元瞬态分析的温差来看，瞬态热传导分析所得结果高于稳态热传导下的最大温差，这与热传导理论相一致。这也说明采用有限元分析软件ANSYS分析得到的温度梯度是可行的，得出的温度梯度结果也是可采取的。结合我国《公路桥涵设计通用规
85
第6期刘瑜，等：轻型组合梁桥面板在日照作用下温度梯度效应研究范》［14］
，如图10和表2所示，当UHPC 层厚度为50mm 时，T 1=25?，内插取值可得T 2=15.85?，
温差值为9.15?，较前面有限元计算结果偏保守。综上可得，在混凝土厚度为50mm 时轻型组合梁的温度梯度取计入铺装层时的最大温差8.55?，故在轻型组合梁的设计中，温度梯度荷载如图11所示
。
图10
规范温度梯度（单位：mm ）
Fig.10
Specified temperature gradient （unit ：mm ）
表2
规范温度梯度基数
Tab.2Specified base temperature gradients
铺装类型
T 1/?T 2/?混凝土铺装
256．750mm 沥青混凝土铺装206．7100mm 沥青混凝土铺装
14
5．5
从规范中表格的数据可知，当考虑沥青铺装层厚度时，温度梯度减小，而在前面的有限元分析中，当考虑铺装层时温度梯度是增大的，但两者之间并不矛盾。我们应该注意到规范中铺装层的厚度是50mm ，而轻型组合梁中铺装层厚度只有20mm ，铺装层厚度越大对温度梯度的折减程度越大。
同时沥
图11温度梯度（单位：mm ）
Fig.11
Temperature gradient （unit ：mm ）
青混凝土铺装层的热吸收率大于UHPC 层的吸热率，铺装层的热物理参数能增大温度梯度。故存在一个临界铺装层厚度，使得当铺装层的厚度达到该临界厚度时，由铺装层热物理参数引起的对UHPC 层温度梯度的放大和由厚度引起的对UHPC 层温度梯度
的折减两者完全抵消。根据已有的研究如文献［8］，一般临界铺装层厚度取50mm 。因此在本文中当铺
装层厚度为20mm 时，由铺装层热物理参数引起的对UHPC 层温度梯度的放大程度大于由厚度引起的对UHPC 层温度梯度的折减程度，整体上增大了UHPC 层温度梯度。因此在轻型组合梁温度梯度取值时，对现有取值可适当增加12%左右。5
温度梯度产生的应力算例
本研究对琼州海峡3000m 悬索桥方案进行了系统深入的研究，本文对其中的钢－UHPC 组合桥面方案的温度效应展开了以下研究工作。其中3000m 悬索桥布置如图12所示
。
图12
悬索桥的立面图（单位：m ）
Fig.12
Elevation of suspension bridge （unit ：m ）
其主梁采用轻型组合梁，正交异性板的加劲肋形式为开口的球扁肋。双幅主梁，中间采用钢横梁连接。主梁为双向10车道，汽车荷载采用公路一级，计入1.15倍的冲击系数和1.15倍的汽车偏载系数。二期恒载取值55kN /m 。横断面如图13所示。
采用有限元分析软件进行全桥整体受力分析。其中单元数2469，节点数2196，主缆和吊杆采用
只受拉桁架单元模拟，钢箱梁和UHPC 层都采用梁单元模拟，两者之间通过弹性连接中的刚性连接模拟，UHPC 层和钢梁之间位移完全耦合，变形保持一
致。主塔与主梁相交处采用刚度为2?106
kN /m 的一般弹性连接约束作为横桥向的弹性抗风支座。根据悬索桥的计算理论，首先计算得出初始平衡状态，使整个结构在恒载作用下的线形与目标线形一致，
9
5
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图13
加劲梁横截面（单位：mm ）
Fig.13
Cross-section of stiffening girder （unit ：mm ）
在此基础上进行温度效应和汽车荷载效应计算。其中温度梯度通过有限元分析中梁截面温度来模拟，即在梁单元横截面UHPC 层的顶部和底部施加对应的温度值，对于横截面UHPC 层其他位置处，有限元分析中自动采用线形内插，如此来模拟UHPC 层的温度梯度；对于钢梁部分，采用梁单元温度施加均匀的温度值。本文重点关注UHPC 层在温度荷载和汽车荷载作用下的应力值，如图14所示
。
图14不同工况下UHPC 层应力图（单位：MPa ）Fig.14
Stresses of UHPC layer under different conditions （unit ：MPa ）
从图14上可以发现在温度梯度作用下，全桥范
围内UHPC 层的拉应力变化不大，其平均值约为2.4MPa 。然而在汽车荷载作用下，由于主塔处吊杆间距为边跨和中跨吊杆间距的4倍，从而使主塔处主梁节段上UHPC 层拉应力值很快达到最大值，除了桥塔处，在全桥范围内UHPC 层拉应力值分布也
是比较均匀的，基本在5.0MPa 左右。对于边跨加劲梁端部由于添加的约束跟实际的还是存在差异，由圣维南原理可知，模拟的约束对加劲梁端部附近的梁单元的应力值影响较大，距离端部越远时，影响越小，因此加劲梁的端部及其附近的应力值没有很大的参考价值。
结合上面UHPC 的应力图，可以看到UHPC 层在温度梯度作用下的最大拉应力值达到2.4MPa ，对于普通混凝土而言很可能已经达到甚至超过其抗拉强度设计值。对比两者结果可知，除了在桥塔处主梁节段上温度梯度作用下UHPC 的最大拉应力值与汽车荷载作用下的值相差较大外，在全桥范围内温度效应约占汽车荷载效应的50%。对于考虑了汽车冲击系数和偏载系数的双向10车道的汽车一级荷载
作用而言，温度梯度作用效应达到约其一半的值，这说明温度梯度的效应不可忽视，故有必要研究轻型组合梁在温度梯度下的效应。6
结论
（1）采用ANSYS 有限元分析软件，取夏季某一晴空天气条件，分析24h 内轻型组合桥面体系的温度时程曲线，提取出其最大温差值，得出轻型组合梁UHPC 的竖向温度呈线性分布。将有限元计算的结果与已有的研究比较，可知分析所得的结果是可靠的。进一步将所得的最大温差与我国现行规范对比，规范对轻型组合梁的温度梯度值偏保守。
（2）对比了不考虑沥青混凝土铺装层和考虑沥青混凝土铺装层时UHPC 层的最大温差。计算结果表明，考虑铺装层时的UHPC 温差更大，沥青铺装层增大了UHPC 层的温度梯度值，这与我国现行桥梁规范不一致，因此轻型组合梁桥面板的温度分析中应进入铺装层的影响，对UHPC 层的温度梯度适当增大。
（3）对主跨3000m 的悬索桥进行有限元分析。计算结果表明，几乎在全桥范围内温度梯度作用下
的UHPC 层的拉应力值约占汽车荷载作用下的50%。这个比值表明温度梯度对UHPC 层拉应力影响较大，故对轻型组合梁的温度梯度效应的研究是不可忽略的。
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（上接第38页）
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（8）：8－14．
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钢一混凝土组合梁
钢-混凝土组合梁 钢-混凝土组合梁(以下简称组合梁)是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型梁，通常其肋部采用钢梁，翼板采用混凝土板，两者间用抗剪连接件或开孔钢板连成整体。抗剪连接件是钢梁与混凝土板共同工作的基础，它沿钢梁与混凝土板的交界面设置。两种材料按组合梁的形式结合在一起，可以避免各自的缺点，充分发挥两种材料的优势，形成强度高、刚度大、延性好的结构形式。近几年，钢-混凝土组合梁在我国的应用实践表明，它不仅可以很好地满足结构的功能要求，而且还具有良好的技术经济效益。 钢-混凝土组合梁的特点 钢-混凝土组合梁可以广泛的用于建筑结构和桥梁结构等领域。对比钢梁和钢筋混凝土梁，钢-混凝土组合梁具有以下主要特点： (1)由于混凝土板与钢梁共同工作，可以充分发挥钢材与混凝土材料各自材料特性；另外，钢-混凝土组合梁与钢板梁相比节省钢材约20％-40％，可以降低造价。 (2)增大梁的截面刚度，降低梁的截面高度和建筑高度。 (3)组合梁的混凝土受压翼板增加了梁的侧向刚度，防止了主梁在使用荷载下的扭曲失稳。 (4)降低冲击系数，抗冲击、抗疲劳和抗震性能好。 (5)可以节省施工支模工序和模板，有利于现场施工。 钢-混凝土组合梁发展 钢-混凝土组合梁结构是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构，其与木结构、砌体结构、钢筋混凝土结构和钢结构并列，已经扩展成为第五大结构(组合结构)，它是通过连接件把钢梁和混凝土板连接成整体而共同工作的受弯构件。在荷载作用下，混凝土板受压而钢梁受拉，充分发挥钢材与混凝土的材料特性，实践表明，它兼顾钢结构和混凝土结构的优点，具有显著的技术经济效益和社会效益，将成为结构体系的重要发展方向之一，作为组合结构体系中重要的横向承重构件的钢-混凝土组合梁在建筑及桥梁结构等领域必将具有广阔的应用前景。其发展过程大致经历以下四个阶段： 1、20世纪20年代--30年代。萌芽阶段。 钢一混凝土组合梁的研究始于1922年，MackayMH在加拿大Domion桥梁公司进行了两根外包混凝土钢梁试验，同时英国国家物理实验室也进行了外包混凝土钢梁的试验，随后在30 年代中期出现了钢梁和混凝土翼板之间的多种抗剪连接构造方法，可以看到处于萌芽阶段的研究主要集中于考虑防火需要的外包混凝土钢梁及实用连接件的研究，而未考虑两者的组合工作效应，这一阶段探索性的研究为后续钢-混凝土组合梁的蓬勃发展奠定了一定的基础。 2、20世纪40年代～60年代。发展阶段 这一阶段是组合梁发展的第二阶段，在这一阶段，许多技术先进的国家对组合梁开展了比较深入的试验研究，对组合梁的分析基本上按照弹性理论进行分析，并制定了相关的设计规范和规程，使得组合梁的应用在科学指导下逐渐普及。 3、20世纪60年代～80年代，全面研究，实用阶段 由于钢-混凝土组合梁具有广泛的应用前景，组合梁的研究工作进一步得到深化，在总结以往研究和应用成果的基础上，进一步改进和完善了组合梁的有关设计规范或规程，组合结构的应用和发展逐步成熟，几乎日趋赶上钢结构的发展，并广泛重视，研究工作重点也由简支梁研究转而开始了连续梁的研究，由完全剪力连接转为部分剪力连接；由考虑允许应力设计方法转为考虑极限状态设计方法；由弹性理论分析转为塑性理论分析。
组合梁桥的发展与应用
组合梁桥的发展与应用 钢和混凝土是建造桥梁的主要结构材料,这两种材料在物理和力学性能上具有不同的优势和劣势,如果只采用其中一类材料建造桥梁,其结构性能往往受到材料性能的制约而有所不足。通过某种方式将钢材与混凝土组合在一起共同工作,可以充分发挥不同材料的优势,扬长避短,从而为桥梁工程师提供了更广阔的创作空间。钢-混凝土组合梁桥在很多情况下具有良好的综合技术经济效益和社会效益。例如,组合梁桥相对于混凝土桥上部结构高度较低、自重轻、地震作用小,相应使得结构的延性提高、基础造价降低。同时,组合梁桥便于工厂化生产、现场安装质量高、施工费用低、施工速度快,并可以适用于传统砖石及混凝土结构难以应用的情况。相对于钢桥,钢-混凝土组合桥将钢梁与混凝土桥面板组合后,截面惯性矩和抗弯承载力均显著提高,混凝土桥面板对钢梁稳定性的增强使得钢材强度可以充分发挥。由焊接抗剪栓钉所增加的费用要明显低于减少用钢量所节省的费用,从而可以降低造价。国外的研究表明,对于跨度超过18m的桥梁,组合桥在综合效益上具有一定优势。例如,法国统计指出,当跨径为30m至110m,特别是60m至80m范围内,钢-混凝土组合桥的单位面积造价要低于混凝土桥18%。在这一跨度范围内,法国近年建造的桥梁中有85%都采用了组合技术。目前,欧美等国跨径在15m以下的小跨度桥梁多采用钢筋混凝土梁桥,15m～25m跨径则用预应力混凝土梁桥,25m～60m跨径往往采用钢-混凝土组合梁桥。钢梁和桁架梁则一般用于大跨径桥梁。而在大跨度的斜拉桥中,采用组合桥面也可以获得很高的经济效益。通常情况下,钢梁主要承担斜拉桥的桥面弯矩,混凝土桥面板则主要承担轴向力。 我国桥梁过去多采用钢筋混凝土和预应力混凝土桥以及圬工拱桥等结构形式。随着道路等级的不断提高和建设规模的扩大,桥梁呈现出跨径不断增大、桥型不断丰富、结构不断轻型化的发展趋势,同时对桥梁建设的经济性也越来越重视。在这种背景和需求条件下,这些传统桥梁结构形式在许多情况下已经不能满足设计、建造和使用的要求。近年来,钢%混凝土组合结构桥梁在我国的应我国桥梁过去多采用钢筋混凝土和预应力混凝土桥以及圬工拱桥等结构形式。随着道路等级的不断提高和建设规模的扩大,桥梁呈现出跨径不断增大、桥型不断丰富结构不断轻型化的发展趋势,同时对桥梁建设的经济性也越来越重视。在这种背景和需求条件下,这些传统桥梁结构形式在许多情况下已经不能满足设计、建造和使用的要求。近年来,钢%混凝土组合结构桥梁在我国的应用实践表明,它兼有钢桥和混凝土桥的优点,具有显著的技术经济效益和社会效益,适合我国基本建设的国情,将成为桥梁结构 体系的重要发展方向之一。2组合结构桥梁的研究及应用2.1钢-混凝土组合梁桥的基本理论和设计方法组合梁最初的计算方法是基于弹性理论的换算截面法。这种方法假设钢材与混凝土均为理想弹性体,两者连接可靠,完全共同变形,通过弹性模量比将两种材料换算成一种 材料进行计算。目前,换算截面法仍是对组合桥进行弹性分析和设计的基本方法。考虑到混凝土是一种弹塑性材料,钢材是理想的弹塑性材料,计算构件或结构的极限承载力时,在能够 保证塑性变形充分发展的前提下,有时需要考虑塑性发展带来承载力的提高。1951年美国的N.M.Newmark等人提出了求解组合梁交界面剪力的微分方程解法。这种方法假设材料均为弹性、抗剪连接件的荷载-滑移曲线为线性关系,通过求解微分方程得到组合梁的挠曲线。国内外对钢-混凝土组合梁的研究表明,当连接件的数量达到完全抗剪连接时,连接件数量增加 对组合梁的极限强度几乎没有影响;当连接件的数量少到一定程度后,组合梁的极限强度开始降低,直到最后只有钢梁本身提供的承载力1975年R.P.Johnson 根据前人的研究提出了简化的分析方法,提出部分抗剪连接组合梁的极限抗弯承载力可根据完全抗剪连接和纯钢梁 的极限抗弯承载力按连接件数进行线性插值而确定。 随着有限元理论的发展,有限元法被用于钢- 混凝土组合桥梁的研究。由于两种材料组合所引起的复杂性,有限元分析中重点研究的内容为:采用合理的二维或三维混凝土本构
钢-混组合梁桥的设计优化及应用
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/0f17512074.html, 钢-混组合梁桥的设计优化及应用 作者：周俊书李兵任亚 来源：《中国科技纵横》2020年第06期 摘要：近年来，钢-混凝土组合梁桥因其施工快速及结构性能优越而越来越多地被应用于高速公路的建设中。以某高速公路互通主线的钢-混组合连续梁桥为背景，介绍了该类型梁桥的基本结构形式，阐述了钢-混组合连续梁桥设计过程中优化负弯矩区混凝土桥面板受力采取的措施，为类似桥梁设计优化提供思路。 关键词：钢-混组合梁;连接件;负弯矩区混凝土 中图分类号：U448.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）06-0130-02 1设计背景 随着科学技术的进步，中国桥梁建设工作在近年来迅速发展，预应力混凝土箱梁由于施工工艺成熟，施工质量优异等优点而被广泛应用。然而，随着桥梁对大跨径需求的增加，传统的混凝土箱梁桥由于结构自重大、地震响应大、腹板后期开裂等问题日益突出，已逐渐满足不了大跨径桥梁建设的需求。大跨径桥梁趋于选择自重更轻、跨越能力更大的结构形式。钢-混凝土组合梁桥相较于传统的混凝土箱梁桥具有自重小、结构轻巧美观、施工周期短、不中断下穿公路的通行等优点，而越来越多地被应用于高速公路的建设中。 钢-混凝土组合梁是由混凝土桥面板和钢梁通过剪力连接件组合共同承受荷载的梁。在设计过程中，尽力让混凝土桥面板承受压应力，钢梁承受拉应力，以此充分发挥各自材料特性来使结构的经济效益最大化。然而在钢-混组合连续梁的设计过程中，不可避免墩存在顶负弯矩区域的混凝土桥面板承受拉应力、钢梁承受压应力。此时需要采取措施控制混凝土桥面板开裂和钢梁承压局部失稳的问题。如根据路线设计要求，半径较小的曲線组合梁桥还应考虑弯扭耦合效应[1]。即将通车的杨寨东互通主线桥主跨部分采用36m+60m+42m的组合结构，本文将介绍其设计优化过程中采取的相关措施。 2工程概况 杨寨东互通K0+412.5主线大桥位于武汉城市圈环线高速公路大随至汉十段杨寨东互通内，为跨越麻竹高速而设。桥梁左幅桥宽8.25m，跨径为11×20m+（36+60+42）m+4×20m的连续小箱梁和钢-混凝土组合梁;桥梁右幅桥宽12.75m，跨径为11×20m+（42+60+36） m+4×20m的连续小箱梁和钢-混凝土组合梁。其中跨越麻竹高速主线按照8车道41m路幅预留，且建设期不中断麻竹高速公路的交通通行，受制于上跨麻竹高速主线的净空要求，预应力混凝土箱梁方案不再适用。在钢-混凝土组合梁与钢箱梁的方案选择过程中，钢筋混凝土桥面
梁桥的现状与展望
梁桥的现状与展望 摘要：随着经济社会的迅猛发展，近年来，我国的桥梁工程的建设发展迅速，并取得了很大的突破，尤其是大跨径桥梁、新桥型的应用方面取得了巨大的成就。但是，作为发展历史最为悠久的一种桥型──梁桥出现了很多的问题，阻碍了梁桥的进一步的发展与进步。本文将着重介绍梁桥的现状，包括发展中取得的重大成就及目前存在的一些问题，并进一步对梁桥未来的发展进行展望。 关键词：梁桥；问题；现状；展望 Present situation and Prospect of beam bridge Abstract: with the rapid development of social economy, in recent years, the construction of the development of bridge engineering in our country quickly and achieved great breakthrough, especially the application of long-span bridges, bridge has made great achievements. But as the development history of the oldest bridge, girder bridge appeared a lot of problems, hindering the bridge further development and progress. This paper will focus on the status quo of beam bridge, including the major achievements in the development and some existing problems, and further to the future development of beam bridge. Keywords: girder bridge; problem; status quo; prospect 0 前言 梁桥是以受弯为主的结构，是一种最古老、最简单实用的桥型。在中国古代，由于石材、木材的受力特性和实用长度的限制，桥梁跨径难以突破，因此在数量上难以与拱桥相比。梁桥真正作为一种最普遍、最常用的桥型，是在工业革命的成果传人中国之后，钢材和混凝土材料得以广泛使用。钢梁桥首先出现在铁路桥梁中，以后钢筋混凝土、预应力混凝土成为最常用的建桥材料，特别是预应力混凝土采用无支架的平衡悬臂施工方法，使混凝土梁桥增大了跨径，成为一种最为经济实用的桥型，与拱桥、斜拉桥和悬索桥形成四种最重要的桥型。 预应力混凝土梁桥，以其刚度好，行车平顺，施工工艺成熟，养护简单，造价便宜等一系列优点而倍受工程界欢迎。 目前，我国在建和已建的跨径超过200m的连续刚构桥已达20多座，跨径在100~200m 之间的预应力梁桥已有100多座；世界范围内共有跨径超过240m的特大跨径连续刚构桥共20多座，其中一半以上在中国。大跨径预应力混凝土梁桥在我国交通建设中发挥着非常重要的作用。
4 主梁作用效应计算
4 主梁作用效应计算 先计算永久作用效应，在计算活载作用下的荷载横向分布系数，并求得各主梁控制截面（跨中、四分点、变化点截面和支点截面）的最大可变效应，最后进行作用效应组合。 4.1永久作用效用计算 4.11永久作用集度 （1）预制梁自重（一期恒载） 按跨中截面计，主梁的恒载集度： g(1)=0.7275?25=18.14KN/m 由于变截面的过渡区段折算成的恒载集度： g （2）=0.35?1.3?0.5?0.15?4?25 /28.66=0.2KN/m 由于粱端腹板加宽所增加的重力折算成的恒载集度： g （3）=0.24?2?1?2.39?25/ 28.66=1KN/m 中间横隔梁体积：（0.81?1.44-0.81?0.09?0.5）?0.15=0.17m 3 端部横隔梁体积：（0.69?1.35+0.69?0.5?0.09）?0.15=0.14m 3 边主梁的横隔梁恒载集度：g （4）=（3?0.17+2?0.14）?25/28.66=0.69KN/m 中主梁的横隔梁恒载集度：'g （4）=2?g （4）=1.38KN/m 边主梁的一期恒载集度：g 1=∑=4 1i =18.14+0.2+1+0.69=20.03KN/m 中主梁的一期恒载集度：∑==4 1 ' 1 i g =18.14+0.2+1+1.38=20.72KN/m （2）二期恒载 一侧人行道栏杆1.52KN/m ；一侧人行道3.6KN/m ；桥面铺装层重（图4-1）： 1号梁：874.0254.0)0908 .0084.0(5.0=??+? 2号梁：9345.5252.2)1205 .00908.0(5.0=??+? 3号梁：447.7252.2)1503 .01205.0(5.0=??+? 4号梁：083.9252.2)18.01503.0(5.0=??+?
钢_混凝土组合结构桥梁研究新进展_聂建国
第45卷第6期2012年6月 土木工程学报 CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNAL Vol．45Jun．No．62012 基金项目：国家自然科学基金重点项目（51138007），清华大学自主科 研计划（20101081766） 作者简介：聂建国，博士，教授收稿日期：2010- 12-09钢-混凝土组合结构桥梁研究新进展 聂建国 1 陶慕轩 1 吴丽丽 2 聂鑫 1 李法雄 1 雷飞龙 1 （1．清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室，北京100084； 2．中国矿业大学（北京），北京100083） 摘要：钢-混凝土组合结构桥梁近年来在我国得到了迅速的发展。在传统桥梁结构形式的基础上，发展多种新型组合结构桥梁形式，拓宽组合结构桥梁的应用领域。介绍近年来在钢-混凝土组合结构桥梁方面的最新研究进展，内容包括波形钢腹板组合梁桥、槽型钢-混凝土组合梁桥、钢-混凝土组合刚构桥、双重组合作用连续组合梁桥和大跨斜拉桥组合桥面系。通过对传统结构形式的改进和发展，可充分发挥组合结构桥梁的综合优势，研究结果表明，钢-混凝土组合结构桥梁具有广阔的推广应用前景。 关键词：钢-混凝土组合结构；桥梁；波形钢腹板；槽型组合梁；组合刚构桥；双重组合；组合桥面系中图分类号：U448．38 文献标识码：A 文章编号：1000- 131X （2012）06-0110-13Advances of research on steel-concrete composite bridges Nie Jianguo 1 Tao Muxuan 1 Wu Lili 2 Nie Xin 1 Li Faxiong 1 Lei Feilong 1 （1．Key Laboratory of Civil Engineering Safety and Durability of the Ministry of Education ，Tsinghua University ，Beijing 100084，China ； 2．China University of Mining ＆Technology ，Beijing ，Beijing 100083，China ） Abstract ：Steel-concrete composite bridges have been developed rapidly in recent years in China．Several new types of composite bridges have been developed on the basis of traditional structures to broaden the application area of composite bridges．In this paper ，some recent advances in research of steel-concrete composite bridges are summarized．The main research work involves composite girder bridges with corrugated steel webs ，channel-shaped steel-concrete composite girder bridges ，steel-concrete composite rigid frame bridges ，continuous composite bridges with double composite action and composite deck systems for large-span cable-stayed bridges．Through improvement and development of the traditional structural forms ，the comprehensive advantages of composite bridges can be fully displayed ，which demonstrates a good prospect of application and extension for steel-concrete composite bridges． Keywords ：steel-concrete composite structure ；bridge ；corrugated steel web ；channel-shaped composite girder ；composite rigid frame bridge ；double composite ；composite deck system E-mail ：dmh03@mails．tsinghua．edu．cn 引言 钢-混凝土组合结构桥梁（简称组合桥）是指将钢 梁与混凝土桥面板通过抗剪连接件连接成整体并考 虑共同受力的桥梁结构形式。相对于不按组合结构设计的纯钢桥，组合桥可以有效减小结构高度、提高结构刚度、减小结构在活荷载下的挠度。通过抗剪连接件的连接作用，混凝土桥面板对钢梁受压翼缘起到约束作用，从而增强了钢梁的稳定性，有利于材料强度的充分发挥。截面高度的降低，使结构外形更加纤 巧，改善桥梁的景观效果，有利于增加桥下净空或降 低桥面高程。组合桥相对于混凝土桥， 上部结构高度降低、自重减轻、地震作用减小、结构延性提高、基础造价降低。同时，组合桥便于工厂化生产、现场安装质量高、施工费用低、施工速度快，并可以适用于传统砖石及混凝土结构难以应用的情况 ［1］ 。 组合桥自20世纪50年代之后得到了迅速的发展， 从20 25m 跨径的中小跨径梁桥到跨径近千米的斜拉桥，都有组合结构的应用 ［2］ 。近年来，除常用的 组合板梁桥和组合箱梁桥之外，相继研发了波形钢腹板组合梁桥、组合桁梁桥、组合刚构桥等一系列新的结构形式，拓宽了组合桥的应用领域。而在国内，随着道路等级的不断提高和建设规模的扩大，桥梁呈现出跨径不断增大、桥型不断丰富、结构不断轻型化的发展趋势，同时对桥梁建设的经济性和综合效益也越
钢混组合结构桥梁的发展和应用继续教育自测答案
第1题 组合钢板梁桥最常用的连接件形式为 A.角钢连接件 B.栓钉连接件 C.钢筋连接件 D.槽钢连接件 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第2题 以下哪点不是钢混组合桥梁的优点 A.自重轻 B.施工方便 C.抗震性能好 D.整体性能好 答案:D 您的答案：D 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第3题 当钢混组合桥梁受环境限制需采用顶推方法施工时，其梁高最经济形式为 A.等高梁 B.抛物线变高梁 C.直线变高梁 D.圆曲线变高梁 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第4题 当桥梁平面曲线半径较小、抗扭刚度要求较高时，钢混组合桥梁宜采用截面形式为 A.钢板I字钢梁
B.开口槽形钢梁 C.闭口钢箱梁 D.钢桁梁 答案:C 您的答案：C 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第5题 波形钢腹板组合梁桥中腹板常用型号有哪几种 A.800型 B.1000型 C.1200型 D.1600型 E.2000型 答案:B,C,D 您的答案：B,C,D 题目分数：10 此题得分：10.0 批注： 第6题 钢混组合桥梁常见结构体系主要有哪几种 A.简支梁 B.连续梁 C.连续刚构 D.斜拉桥 E.悬索桥 答案:A,B,C 您的答案：A,B,C 题目分数：10 此题得分：10.0 批注： 第7题 钢混凝土组合桥梁有哪些优点 A.材料利用充分 B.承载力高、刚度大 C.抗震性能好 D.构件截面尺寸小
E.施工速度快 答案:A,B,C,D,E 您的答案：A,B,C,D,E 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第8题 钢混组合桥梁断面形式主要有哪几种 A.I形 B.Ⅱ形 C.Π形 D.箱形 E.三角形 答案:A,B,C,D,E 您的答案：A,B,C,D,E 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第9题 钢混组合桥梁中钢梁形式主要有哪几种 A.钢板梁 B.钢箱梁 C.开口箱梁 D.钢桁梁 E.钢管梁 答案:A,B,C,D 您的答案：A,B,C,D 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第10题 钢混组合桥梁抗剪连接件主要形式有 A.钢筋连接件 B.开孔钢板连接件 C.栓钉连接件 D.角钢连接件 E.槽钢连接件 答案:A,B,C,D,E
jx贝雷片 钢木组合梁法施工连续刚构箱梁桥0 段托架工法_secret
贝雷片+钢木组合梁法 施工连续刚构箱梁桥0#段托架工法 一、前言 连续刚构箱梁桥0#段由于其梁段高度最高、一次性砼浇注方量最大，而且由下构施工转为上构施工，需将施工作业面积扩展数倍，施工难度极大。托架作为承受全部荷载的工作平台，必须保证足够的强度和刚度。 我公司在总结和吸收各种施工方法的基础上，采用贝雷片+钢木组合梁法施工0#段托架。该方法利用制式器材贝雷片和工字钢组合成承重平台，并通过预埋件锚固在墩身上；底板模板则通过加强弦杆+方木组合结构以伸臂梁的型式支承在工字钢上；梁段标高通过楔块调整。每个0#段只需一次性投入预埋件，其它构件均可重复使用。 该技术应用于京福高速公路福建段层溪Ⅲ号特大桥施工中，取得了良好的经济效益；施工技术的先进性受到业主和社会各界的广泛好评，我们将该技术进行总结整理，形成本工法。 本工法叙述时以层溪Ⅲ号特大桥0#段托架为例。 二、工法特点 1、采用贝雷片代替传统三角形型钢或万能杆件桁架，一方面充分利用了高强材料，保证了工程质量；另一方面，降低了施工难度。工字钢则以伸臂梁的形式承受翼缘板相对较小荷载的同时，部分抵消了主跨内的正弯矩。 2、通过预埋构件安装贝雷片，取消了支架，解决了高墩和水上作业的施工难题。 3、肋木以伸臂梁的型式代替传统简支梁承受上部荷载，减小了跨径，降低了主跨正弯距，从而降低了材料性能要求。并通过模板、钢材和方木三种材料的有效组合，充分发挥了材料的各自性能。 三、适用范围 适用于铁路、公路悬臂浇筑梁桥的0#段和现浇段施工，尤其在高墩、水上作业或地势陡峭、地基软弱等情况下，具有广泛的适用性。 四、施工工艺 (一)工艺原理 根据荷载最大工程部位的受力分析，布置悬臂梁的间距和伸臂梁的跨径，在此基础上合
既有钢-混组合梁桥常见病害分析及其加固策略.
既有钢一混组合梁桥常见病害分析及其加固策略 159 既有钢一混组合梁桥常见病害分析及其加固策略 黄侨1,2荣学亮2陆军3 (1.东南大学桥梁与隧道工程研究所南京210096; 2.哈尔滨工业大学桥梁工程研究所哈尔滨 150090; 3.苏州天狮建设监理有限公司苏州 215011 摘要:钢一混组合粱桥以其施工速度快,建筑高度小,抗震性能好等优点,在我国公路和城市桥梁建设中得到了广泛的应用。但是由于交通量和重型车辆的不断增加,空气、水汽、工业烟尘以及其他化学和污染物的环境作用,缺乏定期的养护维修等原因,既有钢一混组合梁桥在运营若干年后,出现了不同程度的病害问题。为保证该类桥梁的安全运营,延长其使用寿命,必须对该类型桥梁进行维修、加固。本文通过调研国内外既有钢一混组合梁桥的运营状况,总结、归纳了该类桥梁出现的几种常见病害, 并在病害成因分析的基础上,研究了该类桥梁的加固方法。并对几种不同的加固方式进行了对比分析,研究了各种加固方法的适用性。对症下药,几种加固方法相结合,变被动加固为主动加固的加固设计理念贯彻于本文的加固方法中。 关键词:钢一混组合梁桥病害加固方法体外预应力 1引言 钢一混组合梁桥是一种在公路尤其城市桥梁工程中应用较多的结构形式之一。该结构形式最早出现于 19世纪末20世纪初,经过几代工程师们近百年深入、细致、全面地研究和应用。自20世纪70年代开始快速发展。以法国为例,据该国1990~t993年建设的桥梁上部结构的统计分析,工字钢梁与混凝土桥梁构成的公路组合梁在跨长30--dlOm范围内最有竞争力,在60~80m跨长则有明显优势。组合粱的占有率达85%。在我国公路和城市桥梁中,组合梁的应用也取得了举世公认的进步,1993建成的上海杨浦大桥(跨径为 602m,2001建成的福建青州闽江大桥(跨径为
连续梁桥、连续刚构指导书
预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥 毕业设计指导书 康锐 预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥是应用广泛的公路和铁路桥梁形式，已经发展形成了相对成熟的设计施工技术方法，作为毕业设计的选择桥型，具有代表性。 一、设计题目 1、毕业设计的目的 经过毕业设计，使同学们了解预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥设计的基本过程，掌握预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥设计的基本要素，包括桥型的选择，桥跨尺寸的比选，主要结构尺寸的选择，结构受力计算分析，施工方法选择等。 通过毕业设计，同学们应对预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥设计有较全面的了解，能独立进行同类桥梁的计算分析，对预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥施工方法有一定的了解。 2、桥型的选择 预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥属于梁式桥类型。其基本承重结构为预应力混凝土主梁和墩柱。顾名思义，连续梁和连续刚构桥桥跨结构主梁采用多跨连续体系，有三个或者三个以上支点；在结构自重与外荷载作用下，主梁承受着交变的正负弯矩作用；连续梁在连续的中间支点处设置大吨位竖向支座，因此连续梁的最大跨度受中间支点竖向支座吨位的限制；连续刚构桥采用主梁与中间支墩完全的结构性连接而实现墩梁直接固结传力，无中间支点竖向支座构造，但同时主梁与中间桥墩在支点处的变形必须协调一致，因此连续刚构桥要求中间桥墩的结构刚度能适应主梁变形，中间桥墩具有较大的高度，同时采用具有相对较低的抗弯刚度的所谓柔性墩结构体系，如双薄壁墩结构。根据其一般的内力分配规律，为达到结构尺度分布协调、受力合理，并具有良好经济性的目的，中大跨度连续梁和连续刚构桥采用变截面的主梁结构，以期在结构刚度和内力分配上协调
钢混凝土组合梁桥施工关键技术
钢混凝土组合梁桥施工关键技术 为推进钢结构桥梁建设，交通运输部发布了《关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见》（交公路发〔2016〕115号），决定推进钢箱梁、钢桁梁、钢混组合梁等公路钢结构桥梁建设，提升公路桥梁品质，发挥钢结构桥梁性能优势，助推公路建设转型升级。 标签：钢混凝土组合梁桥；钢结构制作；钢梁拼装；翼缘板湿接缝；桥面板施工；支座安装 Abstract：In order to promote the construction of steel structure bridges，the Mi nistry of Transport issued the “Guiding Opinions on the Construction of Steel Bridges for the Promotion of Highway Structures” （No.115，2016），deciding to promote the construction of steel bridges with steel box girder，steel truss beam，steel-concrete composite beam and other highway steel-structure bridges，such as steel box girder，steel truss beam，steel-concrete composite beam，etc，to improve the quality of highway bridges，give play to the performance of steel bridges，and promote the transformation and upgrading of highway construction. Keywords：steel-concrete composite beam bridge；steel structure fabrication；steel beam assembly；flange plate wet joint；bridge deck slab construction；support installation 钢混组合梁结构发挥了混凝土材料的抗压性能和钢材的抗拉性能，回避了钢桥面铺装的疲劳问题，在中等跨径桥梁中优势明显。 对中小跨径桥梁，混凝土结构建造成本相对较低，但随着桥梁跨径的增大，钢结构桥梁的成本优势开始显现。从全寿命周期看，钢结构桥梁的成本优势更为突出。钢结构具有自重轻、材质均匀、质量稳定、耐久性强、易于工厂化制造、装配化施工、便于回收利用等。 根据钢结构桥梁的结构优点和成本优点，尤其适用在跨径多、跨径大、受力条件复杂、高地震烈度区桥梁中。对比混凝土结构桥梁，钢结构桥梁的优势。选择钢结构和混凝土结构组合桥梁，能够很好的发挥两种结构的结构优势，达到降低工程全寿命周期成本，提高工程品质的目的。 1 某市高速公路工程钢混组合梁桥施工概況 该桥采用钢混组合梁，跨越长度40米、宽度33米。钢梁断面为工字结构，单品梁高1820mm，顶板宽度为500mm，底板宽度为750mm。腹板横向设置加劲肋，加劲肋高度为1650mm。主桥为六榀钢混梁结构，钢混梁最大吊装重量（含预制桥面板）194.1T。
钢混组合结构桥梁的发展和应用继续教育自测答案
钢混组合结构桥梁的发展和应用继续教育自测答案
第1题 组合钢板梁桥最常用的连接件形式为 A.角钢连接件 B.栓钉连接件 C.钢筋连接件 D.槽钢连接件 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第2题 以下哪点不是钢混组合桥梁的优点 A.自重轻 B.施工方便 C.抗震性能好 D.整体性能好 答案:D 您的答案：D 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第3题 当钢混组合桥梁受环境限制需采用顶推方法施工时，其梁高最经济形式为 A.等高梁 B.抛物线变高梁 C.直线变高梁 D.圆曲线变高梁 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第4题 当桥梁平面曲线半径较小、抗扭刚度要求较高时，钢混组合桥梁宜采用截面形式为 A.钢板I字钢梁
B.开口槽形钢梁 C.闭口钢箱梁 D.钢桁梁 答案:C 您的答案：C 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第5题 波形钢腹板组合梁桥中腹板常用型号有哪几种 A.800型 B.1000型 C.1200型 D.1600型 E.2000型 答案:B,C,D 您的答案：B,C,D 题目分数：10 此题得分：10.0 批注： 第6题 钢混组合桥梁常见结构体系主要有哪几种 A.简支梁 B.连续梁 C.连续刚构 D.斜拉桥 E.悬索桥 答案:A,B,C 您的答案：A,B,C 题目分数：10 此题得分：10.0 批注： 第7题 钢混凝土组合桥梁有哪些优点 A.材料利用充分 B.承载力高、刚度大 C.抗震性能好 D.构件截面尺寸小
E.施工速度快 答案:A,B,C,D,E 您的答案：A,B,C,D,E 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第8题 钢混组合桥梁断面形式主要有哪几种 A.I形 B.Ⅱ形 C.Π形 D.箱形 E.三角形 答案:A,B,C,D,E 您的答案：A,B,C,D,E 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第9题 钢混组合桥梁中钢梁形式主要有哪几种 A.钢板梁 B.钢箱梁 C.开口箱梁 D.钢桁梁 E.钢管梁 答案:A,B,C,D 您的答案：A,B,C,D 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第10题 钢混组合桥梁抗剪连接件主要形式有 A.钢筋连接件 B.开孔钢板连接件 C.栓钉连接件 D.角钢连接件 E.槽钢连接件 答案:A,B,C,D,E
大跨径刚构一连续组合梁桥【结构设计】与探讨方案
大跨径刚构一连续组合梁桥结构设计与 探讨(1) 本文介绍了布跨138＋240＋240＋240＋138＝996m的刚构一连续组合梁桥的结构设计情况,并以之为例探讨了该类型桥在结构方案比选、设支座主缴的结构型式、支座力的平衡措施、计算模式以及一些其他方面的问题。 关键词：大跨径刚构一连续组合梁结构设计探讨 一、前言 在大跨径桥型方案比选中，连续梁桥型仍具有很强的竞争力。连续梁桥型在结构体系上通常可分为连续梁桥、连续刚构桥和刚构一连续组合梁桥。后者是前两者的结合，通常是在一联连续梁的中部一孔或数孔采用墩梁固结的刚构，边部数孔解除墩梁团结代之以设置支座的连续结构。在结构上又可分为在主跨跨中设铰、其余各跨梁连续和全联不设铰的组合梁桥两种形式，通常称后者为刚构一连续组合梁。在我国已建成的该桥型的比较典型的例子有东明黄河大侨，跨径比之更大的该类型桥现已初见尝试。 二、刚构一连续组合梁桥的结构受力特点及应用 1结构特征及受力特点 在连续梁桥中，将墩身与主梁团结而成为连续刚构桥。由于墩身与主梁形成刚架承受上部结构的荷载，一方面主梁受力合理，另一方面墩身在结构上充分发挥了潜能，因此该桥型在我国得到迅速的应用和发展[2]。具有一个主孔的单孔跨径已达 270m，具有多个主孔的单孔跨径也达250m，最大联长达1060m。随着新材料的开发和应用、设计和施工技术的进步，具有一个主孔的单孔跨径有望突破300m的潜力。而对于多跨一联的连续刚构是不是也能在联长上有更大的发展呢？众所周知，墩身内力与其顺桥向抗推刚度和距主梁顺桥向水平位移变形零点的距离密切相关。抗推刚度小的薄壁式墩身能有效地降低其内力，但随着联长的加大，墩身距主梁顺桥向水平位移变形零点的距离亦将加大，在温度、混凝土收缩徐变等荷载的作用了，墩顶与主梁一道产生很大的顺桥向水平和转角位移，墩身剪力和弯矩将迅速增大，同时产生不可忽视的附加弯矩，致使刚构方案无法成立。在结构上将墩身与主梁的团结约束予以解除而代之以顺桥向水平和转角位移自由的支座，这样就变成刚构一连续组合梁的结构形式。于是边主墩墩身强度问题得以解决，且在一定条件下联长可相对延长。可见，刚构一连续组合梁是连续梁和连续刚构的组合，它兼顾了两者的优点而扬弃各自的缺点，在结构受力、使用功能和适应环境等方面均具有一定的优越性。
钢混组合桥梁的发展与应用 继续教育
试题 第1题 组合钢板梁桥最常用的连接件形式为 A.角钢连接件 B.栓钉连接件 C.钢筋连接件 D.槽钢连接件 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第2题 以下哪点不是钢混组合桥梁的优点 A.自重轻 B.施工方便 C.抗震性能好 D.整体性能好 答案:D 您的答案：D 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第3题 当钢混组合桥梁受环境限制需采用顶推方法施工时，其梁高最经济形式为 A.等高梁 B.抛物线变高梁 C.直线变高梁 D.圆曲线变高梁 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0
批注： 第4题 当桥梁平面曲线半径较小、抗扭刚度要求较高时，钢混组合桥梁宜采用截面形式为 A.钢板I字钢梁 B.开口槽形钢梁 C.闭口钢箱梁 D.钢桁梁 答案:C 您的答案：C 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第5题 波形钢腹板组合梁桥中腹板常用型号有哪几种 A.800型 B.1000型 C.1200型 D.1600型 E.2000型 答案:B,C,D 您的答案：B,C,D 题目分数：10 此题得分：10.0 批注： 第6题 钢混组合桥梁常见结构体系主要有哪几种 A.简支梁 B.连续梁 C.连续刚构 D.斜拉桥 E.悬索桥 答案:A,B,C 您的答案：A,B,C 题目分数：10 此题得分：10.0 批注： 第7题
钢混凝土组合桥梁有哪些优点 A.材料利用充分 B.承载力高、刚度大 C.抗震性能好 D.构件截面尺寸小 E.施工速度快 答案:A,B,C,D,E 您的答案：A,B,C,D,E 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第8题 钢混组合桥梁断面形式主要有哪几种 A.I形 B.Ⅱ形 C.Π形 D.箱形 E.三角形 答案:A,B,C,D,E 您的答案：A,B,C,D,E 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第9题 钢混组合桥梁中钢梁形式主要有哪几种 A.钢板梁 B.钢箱梁 C.开口箱梁 D.钢桁梁 E.钢管梁 答案:A,B,C,D 您的答案：A,B,C,D 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第10题 钢混组合桥梁抗剪连接件主要形式有A.钢筋连接件
主梁的作用效应计算
3主梁的作用效应计算 根据上述梁跨结构纵、横截面的布置，可分别求得各主梁控制截面（一般取跨中截面、L/4截面和支点截面）的永久作用效应，并通过可变作用下的梁桥荷载横向分布系数和纵向内力影响线，求得可变荷载的作用效应，最后再进行主梁作用效应组合。 3.1 永久作用效应计算 3.1.1 永久作用集度 1、预制梁自重 （1）跨中截面段主梁的自重（六分点截面至跨中截面，长13m）G＝0.8990×26×13＝303.86（KN） )1( （2）马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重（长5m） G≈(1.6155+0.899) ×5×26/2=117.60(KN) )2( （3）支点段梁的自重（1.98m） G＝1.6155×26×1.98＝83.17（KN） )3( （4）中主梁的横隔梁 中横隔梁体积： 0.17×（2.1×0.85-0.5×0.7×0.15-0.5×0.2×0.19）＝0.2913（3 m）端横隔梁体积： 0.25×（2.3×0.66-0.5×0.51×0.1093）＝0.3656（3 m） 故半跨内横梁重力为： G＝（2.5×0.2913+1×0.3656）×26=28.44(KN) )4( （5）预制梁永久作用集度 g＝（303.86+163.44+83.17+28.44）/19.98＝28.97（KN/m） 1 2、二期永久作用 （1）中主梁现浇部分横隔梁： 一片中横隔梁体积（现浇）
m） 0.17×0.30×2.1=0.1071（3 一片端横隔梁体积（现浇） 0.25×0.30×2.3=0.1071（3 m） 故： G=（5×0.1071+2×0.1725）×26/39.96=0.57（KN/m） )5( （2）铺装 12cm混凝土铺装 0.12×13×25=39.00（KN/m） 6cm沥青铺装 0.06×13×21=16.38（KN/m） 若将桥面铺装均摊给4片（中主梁）+2片（边主梁） G=（39+16.38）/6=9.23（KN/m） )6( （3）栏杆 一侧防撞栏： （0.94×0.5-0.5×(0.555+0.735) ×0.18-0.5×0.05×0.555）×26=5.19KN/m 若将两侧防撞栏均摊给6片梁 G=5.91×2/6=1.97(KN/m) )7( （4）中主梁二期永久作用集度 g=0.57+9.23+1.97=12.77（KN/m） 2 3.1.2 永久作用效应 如图3—1所示，设x为计算截面离左支座的距离，并令α=X/L 主梁弯矩和剪力的计算公式： M=0.5×α(1-α)2L g （3—1）α Q=0.5×（1-2×α）Lg （3—2）α 永久作用计算表（表3—1） 表3—1 主梁永久作用效应
钢混凝土组合梁2015
钢-混凝土组合梁 2015 钢-混凝土组合梁(以下简称组合梁)是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型梁，通常其肋部采用钢梁，翼板采用混凝土板，两者间用抗剪连接件或开孔钢板连成整体。抗剪连接件是钢梁与混凝土板共同工作的基础，它沿钢梁与混凝土板的交界面设置。两种材料按组合梁的形式结合在一起，可以避免各自的缺点，充分发挥两种材料的优势，形成强度高、刚度大、延性好的结构形式。近几年，钢-混凝土组合梁在我国的应用实践表明，它不仅可以很好地满足结构的功能要求，而且还具有良好的技术经济效益。 钢-混凝土组合梁的特点 钢-混凝土组合梁可以广泛的用于建筑结构和桥梁结构等领域。对比钢梁和钢筋混凝土梁，钢-混凝土组合梁具有以下主要特点： (1)由于混凝土板与钢梁共同工作，可以充分发挥钢材与混凝土材料各自材料特性；另外，钢-混凝土组合梁与钢板梁相比节省钢材约20％-40％，可以降低造价。 (2)增大梁的截面刚度，降低梁的截面高度和建筑高度。 (3)组合梁的混凝土受压翼板增加了梁的侧向刚度，防止了主梁在使用荷载下的扭曲失稳。 (4)降低冲击系数，抗冲击、抗疲劳和抗震性能好。 (5)可以节省施工支模工序和模板，有利于现场施工。 钢-混凝土组合梁发展 钢-混凝土组合梁结构是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构，其与木结构、砌体结构、钢筋混凝土结构和钢结构并列，已经扩展成为第五大结构(组合结构)，它是通过连接件把钢梁和混凝土板连接成整体而共同工作的受弯构件。在荷载作用下，混凝土板受压而钢梁受拉，充分发挥钢材与混凝土的材料特性，实践表明，它兼顾钢结构和混凝土结构的优点，具有显著的技术经济效益和社会效益，将成为结构体系的重要发展方向之一，作为组合结构体系中重要的横向承重构件的钢-混凝土组合梁在建筑及桥梁结构等领域必将具有广阔的应用前景。其发展过程大致经历以下四个阶段： 1、20世纪20年代--30年代。萌芽阶段。 钢一混凝土组合梁的研究始于1922年，MackayMH在加拿大Domion桥梁公司进行了两根外包混凝土钢梁试验，同时英国国家物理实验室也进行了外包混凝土钢梁的试验，随后在30年代中期出现了钢梁和混凝土翼板之间的多种抗剪连接构造方法，可以看到处于萌芽阶段的研究主要集中于考虑防火需要的外包混凝土钢梁及实用连接件的研究，而未考虑两者的组合工作效应，这一阶段探索性的研究为后续钢-混凝土组合梁的蓬勃发展奠定了一定的基础。 2、20世纪40年代～60年代。发展阶段 这一阶段是组合梁发展的第二阶段，在这一阶段，许多技术先进的国家对组合梁开展了比较深入的试验研究，对组合梁的分析基本上按照弹性理论进行分析，并制定了相关的设计规范和规程，使得组合梁的应用在科学指导下逐渐普及。 3、20世纪60年代～80年代，全面研究，实用阶段 由于钢-混凝土组合梁具有广泛的应用前景，组合梁的研究工作进一步得到深化，在总结以往研究和应用成果的基础上，进一步改进和完善了组合梁的有关设计规范或规程，组合结构的应用和发展逐步成熟，几乎日趋赶上钢结构的发展，并广泛重视，研究工作重点也由