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1、,11 钢-混凝土组合梁,吴 冲 同济大学桥梁工程系 ,公路钢结构桥梁设计规范,1 前言,钢梁截面,组合截面,组合结构桥梁主要构件 钢结构 砼桥面板 剪力连接件,同济大学 吴冲 Tongji University, Wu Chong,2,7.1 一般规定,钢梁截面形式 工形 跨径40m,11.1 一般规定,钢梁截面形式 开口箱梁(槽形梁),11.1 一般规定,钢梁截面形式 钢箱梁,同济大学 吴冲 Tongji University, Wu Chong,5,11.1 一般规定,混凝土桥面板施工 钢桥临时支撑 无支撑：仅承担二期恒载与活载 有支撑：共同承担恒载与活载 施工顺序 先正弯矩区后负弯矩区
2、 施工方法 现浇 施工方便 收缩徐变较大 预制安装+湿接缝 预制板与钢梁有间隙 收缩徐变较小,现浇混凝土桥面板,11.1 一般规定,现浇混凝土桥面板,7,预制安装：上海长江大桥:105m组合梁,钢梁制作 浇筑砼桥面板,11.1 一般规定,同济大学 吴冲 Tongji University, Wu Chong,8,浙江省台州市椒江二桥,半封闭钢箱组合梁桥梁顶板宽39.6m（含风嘴42.5m），处高度3.5m（不含铺装）。腹板横向间距为8.46m和15.0m，横隔板纵向间距4.5m 桥面板标准厚度260mm，上翼缘设140mm砼承托；在边跨78m范围的桥面板加厚到400mm（无承托） 用钢量：14
3、533t（410kg/m2）,同济大学 吴冲 Tongji University, Wu Chong,9,浙江省台州市椒江二桥,浙江台州椒江二桥,同济大学 吴冲 Tongji University, Wu Chong,10,浙江省台州市椒江二桥,浙江台州椒江二桥,同济大学 吴冲 Tongji University, Wu Chong,11,11.1 一般规定,连接件的形式（1）,钢筋连接件,型钢连接件,同济大学 吴冲 Tongji University, Wu Chong,12,11.1 一般规定,连接件的形式（2）,圆柱头焊钉连接件,开孔钢板连接件,11.1 一般规定,11.1.2考虑混凝土
4、板剪力滞影响的混凝土板翼缘有效宽度可按附录F计算。 F.0.1组合梁各跨跨中及中间支座处的混凝土板有效宽度 按下式计算，且不应大于混凝土板实际宽度：F.0.2简支梁支点和连续梁边支点处的混凝土板有效宽度 按下式计算F.0.3混凝土板有效宽度 沿梁长的分布可假设为如图F.0.1b)所示的形式。,连续组合梁等效跨径,混凝土板有效宽度沿梁长分布,组合梁截面尺寸,11.1 一般规定,11.1.2考虑混凝土板剪力滞影响的混凝土板翼缘有效宽度可按附录F计算。 F.0.4预应力组合梁在计算预加力引起的混凝土应力时 预加力作为轴向力产生的应力可按实际混凝土板全宽计算 由预加力偏心引起的弯矩产生的应力可按混凝土
5、板有效宽度计算。 F.0.5对超静定结构进行整体分析时，组合梁混凝土板有效宽度可取实际宽度。 F.0.6混凝土板承受斜拉索、预应力束或剪力件等集中力作用时，可认为集中力从锚固点开始向两侧按扩散角233在混凝土板中传递。,同济大学 吴冲 Tongji University, Wu Chong,15,11.1.3 温度梯度和混凝土徐变收缩等引起的截面应力增量计算,基于有效弹性模量的虚拟荷载法求解思路 假定钢梁与混凝土之间无连接，混凝土桥面板在温度、收缩等作用下产生自由形变c 根据混凝土桥面板的应变及有效弹性模量求解虚拟荷载 P0 ； 将该虚拟荷载P0反向施加于混凝土桥面板形心上，使混凝土桥面恢复形
6、变c 恢复钢梁与混凝土板之间的连接，释放P0 ，求解截面应力 将以上3 个步骤的应力进行叠加,(a) 组合截面,(b) 自由状态,(c) 结合状态,(d) 应变分布,同济大学 吴冲 Tongji University, Wu Chong,16,11.1.3温度梯度和混凝土徐变收缩等引起的截面应力增量计算,组合截面各位置处的应力增量可按下式计算 混凝土桥面板钢梁截面P0 ：虚拟荷载，通过混凝土的在作用（或荷载）效应下的应变求解； M0 ：虚拟荷载由于偏心产生的弯矩； A0L ：换算截面面积； I0L ：换算截面惯性矩； yc0L ：混凝土桥面板所求应力点至换算截面中和轴的距离； ys0L ：钢梁
7、所求应力点至换算截面中和轴的距离。,同济大学 吴冲 Tongji University, Wu Chong,17,11.1.3混凝土徐变收缩和温差,混凝土的徐变,计算中，混凝土的徐变通常采用徐变系数(t, )来描述。在时刻开始作用于混凝土的单向不变应力至时刻t所产生的徐变应变可以表示为,式中，Ec为混凝土弹性模量；ee为混凝土弹性应变，,。,式中：Ec为混凝土弹性模量；e为混凝土弹性应变,(t, )是时间的函数，随时间t的增加单调增加，随加载时刻t的增加单调减小； (, )为t时的最终徐变系数，或简称为徐变系数 ，一般情况下，t=的徐变系数在14之间,11.1.3 温度梯度和混凝土徐变收缩等引
8、起的截面应力增量计算,虚拟荷载的确定： 徐变引起的简支梁永久作用截面应力增量钢材与混凝土的有效弹性模量比nL长期荷载作用下钢与混凝土的有效弹性模量比；n0短期荷载作用下钢与混凝土的弹性模量比n0=Es/Ec ； f(t,t0)加载龄期为 ，计算龄期为 时的混凝土徐变系数，根据现行公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62的相关规定取值；yL根据荷载类型确定的徐变因子，永久作用取1.1, 由强迫变形引起的预应力作用取1.5。 超静定结构中混凝土收缩徐变引起的效应宜采用有限元方法计算。,同济大学 吴冲 Tongji University, Wu Chong,19,11.1.3温度梯度和
9、混凝土徐变收缩等引起的截面应力增量计算,虚拟荷载的确定： 混凝土收缩产生的效应应按现行公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62的相关规定计算 砼收缩引起的截面应力增量钢材与混凝土的有效弹性模量比yL 混凝土收缩作用取0.55,同济大学 吴冲 Tongji University, Wu Chong,20,11.1.3温度梯度和混凝土徐变收缩等引起的截面应力增量计算,虚拟荷载的确定 温度作用引起的截面应力增量 温度荷载作用下有效弹性模量：nL=n0 整体升降温度矩形温度梯度梯形温度梯度（参照公路桥涵设计通用规范JTG D60的相关规定）,11.2 承载能力极限状态计算,11.2.1
10、抗弯计算应符合以下规定： 1计算组合梁抗弯承载力时，应考虑施工方法及顺序的影响，并应对施工过程进行抗弯验算，施工阶段作用组合应符合现行公路桥涵设计通用规范JTG D60的规定。 施工方法的影响 钢梁受力：按钢梁截面计算 砼未达到强度或砼板与钢梁组合之前的荷载和作用由钢梁承担，如： 安装阶段的钢梁自重； 无支架施工的混凝土重量等； 组合梁受力：按组合梁换算截面计算 砼达到强度或砼板与钢梁组合之后的荷载和作用由组合梁承担，如： 有支架施工，而且砼达到强度之后一次落架的混凝土重量等； 桥面铺装、栏杆等重力 活载 温度、砼收缩徐变、支座沉降等,同济大学 吴冲 Tongji University, Wu
11、 Chong,22,11.2 承载能力极限状态计算,11.2.1 抗弯计算应符合以下规定： 2组合梁抗弯承载力应采用线弹性方法计算i 表示不同的应力计算阶段。其中，i=I 表示未形成组合梁截面（钢梁）的应力计算阶段；i= II表示形成组合梁截面之后的应力计算阶段。Md,i对应不同应力计算阶段，作用于钢梁或组合梁截面的弯矩设计值Weff,i对应不同应力计算阶段，钢梁或组合梁截面的抗弯模量（mm3）fd 钢筋、钢梁或混凝土的强度设计值（MPa）,(11.2.1-1),基本假定 加劲肋宽厚比满足3类截面 有效截面按4 类截面计算 假定应力应变成正比，（应力沿高度线形变化） 不考虑剪力连接件滑移的影响
12、,同济大学 吴冲 Tongji University, Wu Chong,23,11.2 承载能力极限状态计算,3 组合梁抗弯承载力的计算应考虑剪力滞效应的影响。 4 计算组合梁负弯矩区抗弯承载力时，如考虑混凝土开裂的影响，应不计负弯矩区混凝土的抗拉贡献，但应计入混凝土板翼缘有效宽度内纵向钢筋的作用 应力计算 正弯矩：换算截面法 负弯矩：不考虑砼，考虑有效宽度内的钢筋 承载能力极限状态应力验算（边缘屈服） 混凝土构件正截面的最大压应力scfcd； 钢结构应力ssfsd， 钢筋应力scsfcsd,同济大学 吴冲 Tongji University, Wu Chong,24,截面应力计算：换算截面
13、法 钢弹性模量Es和混凝土弹性模量Ec之比n0： 换算截面的几何特性： 换算截面面积： 混凝土板和钢梁形心的距离； 换算截面换算惯性矩,11.2 承载能力极限状态计算,同济大学 吴冲 Tongji University, Wu Chong,25,截面应力计算：换算截面法 弯矩M作用或将作用在梁上的弯矩M分解为混凝土板和钢梁承担的弯矩Mc和Ms；以及力偶Na：,11.2 承载能力极限状态计算,同济大学 吴冲 Tongji University, Wu Chong,26,11.2 承载能力极限状态计算,截面应力计算：换算截面法 轴力N0作用,11.2 承载能力极限状态计算,11.2.2 抗剪计算应
14、符合以下规定： 1 组合梁截面的剪力应全部由钢梁腹板承担，不考虑混凝土板的抗剪作用。 2 组合梁截面抗剪验算应符合以下规定：Vd组合梁截面的剪力设计值（N）；Vu组合梁截面的抗剪承载力（N）；fvd钢材的抗剪强度设计值（MPa）； Aw 钢梁腹板的截面面积（mm2）。 3 组合梁承受弯矩和剪力共同作用时，应考虑两者耦合的影响，按本规范其他章节的相关规定进行验算。11.2.3组合梁的混凝土板应进行纵向抗剪验算。11.2.4组合梁中的钢梁及连接件应进行疲劳验算。11.2.5组合梁应进行整体稳定性验算。,(11.2.2-1),同济大学 吴冲 Tongji University, Wu Chong,2
15、8,9. 桥面板纵向抗剪计算,防止混凝土桥面板在连接件的纵向劈裂作用下发生破坏 抗力：可利用混凝土的抗剪能力和钢筋的抗剪能力，同时对混凝土的最小截面进行限制 效应：应考虑形成组合作用以后，各种可能在钢梁与混凝土桥面板之间产生纵向剪力的情况，包括短期和长期效应。 应分别验算图所示的纵向受剪界面a-a、b-b、c-c及d-d纵向抗剪承载力 At：混凝土板顶部附近单位长度内钢筋面积的总和（mm2）； Ab： 混凝土板底部单位长度内钢筋面积的总和（mm2）； Abh： 承托底部单位长度内钢筋面积的总和（mm2）,11.3 正常使用极限状态计算,11.3.1 组合梁应满足本规范4.2节规定的变形限值要求
16、。 11.3.2组合梁的变形计算应符合以下规定： 1 当计算组合梁正常使用极限状态下的挠度时 简支组合梁截面刚度采用考虑滑移效应的折减刚度当连续组合梁考虑混凝土开裂影响时 中支座两侧 范围以外区段组合梁截面刚度采用考虑滑移效应的折减刚度 中支座两侧 范围以内区段组合梁截面刚度采用开裂截面刚度。,11.3 正常使用极限状态计算,11.3.2组合梁的变形计算应符合以下规定： 2 组合梁考虑滑移效应的折减刚度B应按下式计算：,(11.3.1-1),11.3 正常使用极限状态计算,11.3.2组合梁的变形计算应符合以下规定： Iun组合梁截面未开裂截面惯性矩（mm4）； 刚度折减系数，当 时，取 ； Ac混凝土板的截面面积（mm2）； A钢梁的截面面积（mm2）； Is钢梁的截面惯性矩（mm4）； Ic混凝土板的截面惯性矩（mm4）； dsc钢梁截面形心到混凝土板截面形心的距离（mm）； h组合梁的截面高度（mm）； l组合梁的等效跨径（mm）； k连接件刚度系数 k= Vsu (N/mm), Vsu为圆柱头焊钉连接件的抗剪承载力 p连接件的平均间距（mm）； ns连接件在一根梁上的列数； n0 钢材与混凝土的弹性模量比。,
