第三章結(jié)合板梁橋

1、組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 0 組合鋼板梁橋 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 1 組合鋼板梁橋主要內(nèi)容主要內(nèi)容 組合梁與非組合梁在力學(xué)上的相異點(diǎn) 組合鋼板梁的分類及其特點(diǎn) 鋼板梁 組合鋼板梁橋的現(xiàn)狀及其發(fā)展 鋼板梁與混凝土橋面板的連接 橋面板 連續(xù)組合鋼板梁橋 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 2 組合鋼板梁橋組合梁與非組合梁 非組合梁組合梁 應(yīng)力 變形 2 4 3 bh PL (b) 組合梁(a) 非組合梁 組合梁與非組合梁的截面應(yīng)力 連接件 組合梁與非組合梁在力學(xué)上的相異點(diǎn) 2 8 3 bh PL 3 3 8 1 Ebh PL 3 3 32 1

2、Ebh PL 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 3 組合鋼板梁橋組合梁的分類及其特點(diǎn)組合梁的分類及其特點(diǎn) 組合梁的定義定義：當(dāng)鋼梁與混凝土橋面板之間用連接件接 合在一起，兩者間不能自由發(fā)生相對滑移、共同承擔(dān)縱橋 向彎矩時，稱為組合梁。 組合鋼板梁的定義：是指用3塊鋼板焊接成截面為I形鋼 梁的組合梁。 關(guān)于組合梁 的某些名稱 疊合梁 聯(lián)合梁 結(jié)合梁 組合梁 連接件 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 4 組合鋼板梁橋組合梁的分類及其特點(diǎn) 組合梁的分類組合梁的分類 按照連接剛度 按照施工方法 按照主梁結(jié)構(gòu)體系 剛性組合梁 彈性組合梁 柔性組合梁 活荷載組合梁 死活荷載組合梁

3、簡支組合梁 連續(xù)組合梁 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 5 組合鋼板梁橋組合梁連接剛度分類 剛性組合梁：梁板接合面上使用的是剛性連接件，兩者間不發(fā)生相 對滑移，截面應(yīng)變變化連續(xù)，平截面假定成立，計算比較簡單。 彈性組合梁：梁板接合面上使用的是彈性連接件，允許兩者間發(fā)生 一定程度的相對滑移，截面應(yīng)變變化不連續(xù)，計算比較復(fù)雜。 柔性組合梁：梁板接合面上使用的是柔性連接件，允許兩者間發(fā)生 相當(dāng)程度的相對滑移，截面應(yīng)變變化不連續(xù)，計算比較復(fù)雜。 剛度不同時相對滑移量的分布 剛性連接 彈性連接 無連接 P 柔性連接 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 6 組合鋼板梁橋組合梁的施工

4、方法分類 活荷載組合梁：不用腳手架施工、直接在鋼梁上拼裝模板、澆筑混凝土橋面板時， 鋼梁及其橋面板等前期死荷載由鋼梁承擔(dān)，而路面鋪裝等比較小的后期死荷載由混凝土 橋面板已經(jīng)硬化的組合梁承擔(dān)，即承擔(dān)后期死荷載及其活荷載的組合梁。 死活荷載組合梁：用腳手架施工、在橋面板完全硬化后撤除腳手架時，鋼梁、橋面、 路面鋪裝等死荷載都由組合梁承擔(dān)，即承擔(dān)所有死荷載與活荷載的組合梁。 按照施工方法分類 橋面板 鋼 梁 活荷載 橋面板澆灌橋面板澆灌 撤除支撐 路面鋪裝 路面鋪裝 (a) 活荷載組合(b) 死活荷載組合 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 7 組合鋼板梁橋組合梁的結(jié)構(gòu)體系分類 簡支組合梁

5、：簡支組合梁的鋼梁下翼緣承受拉應(yīng)力， 而混凝土橋面板可以設(shè)計成僅僅承受壓應(yīng)力，完全沒有 拉應(yīng)力作用。 連續(xù)組合梁：連續(xù)組合梁在橋墩上受到很大的負(fù)彎矩 作用，其橋面板如何承受拉應(yīng)力、防止發(fā)生有害裂縫是 一個未完全解決的課題。 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 8 組合鋼板梁橋組合鋼板梁橋的現(xiàn)狀與發(fā)展組合鋼板梁橋的現(xiàn)狀與發(fā)展 非組合鋼板梁橋：橫撐、豎撐，加勁肋等輔助構(gòu)件很多 非組合鋼板梁橋的承重體系 (a) 立面圖 (b) 平面圖 (c) 截面圖 翼緣板 加勁肋 支座 加勁肋 加勁肋 翼緣板 橫撐 橫撐 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 9 組合鋼板梁橋組合鋼板梁橋的現(xiàn)狀與

6、發(fā)展 組合鋼板梁橋歐洲設(shè)計上的變遷 簡化加勁肋 簡化橫撐體系 增大主梁間距 減少主梁根數(shù) 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 10 組合鋼板梁橋組合鋼板梁橋的現(xiàn)狀與發(fā)展 組合鋼板梁橋歐洲設(shè)計上的變遷 Hopital橋 （法國,4跨連續(xù)，最大跨64m） 連接件 預(yù)應(yīng)力 鋼筋 Hopital橋的橫截面 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 11 組合鋼板梁橋組合鋼板梁橋的現(xiàn)狀與發(fā)展 組合鋼板梁橋日本設(shè)計上的變遷 日本早川橋 相鄰2座橋（4根主梁-2根主梁） 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 12 組合鋼板梁橋組合鋼板梁橋的現(xiàn)狀與發(fā)展優(yōu)點(diǎn) 采用預(yù)應(yīng)力混凝土橋面板，減少主

7、梁根數(shù)； 不設(shè)或少設(shè)橫撐、腹板加勁肋 ； 維護(hù)容易，造價大幅度降低。 改進(jìn)前改進(jìn)后 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 13 組合鋼板梁橋組合鋼板梁橋的現(xiàn)狀與發(fā)展優(yōu)點(diǎn) 組合鋼板梁橋的發(fā)展趨勢 采用預(yù)應(yīng)力混凝土橋面板，減少主梁根數(shù)； 對承重體系加以改進(jìn)，不設(shè)或少設(shè)橫撐、腹板加勁肋； 采用高強(qiáng)鋼材、輕質(zhì)或鋼纖維混凝土等新型建筑材料； 采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土橋面板，實行構(gòu)件工廠化； 推廣使用耐候鋼，節(jié)省防銹等維護(hù)費(fèi)用； 用等高或連續(xù)變截面壓延鋼板翼緣，代替多層或間斷變 截面鋼板翼緣； 實行多跨連續(xù)，少設(shè)或不設(shè)伸縮縫； 使用橡膠支座，使各橋墩減少水平地震荷載； 把鋼梁與混凝土橋墩剛接，節(jié)省支座

8、維護(hù)費(fèi)用。 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 14 組合鋼板梁橋鋼板梁 鋼板梁的屈曲形式 (c) 壓縮翼緣的扭轉(zhuǎn)屈曲 (d) 梁整體橫向屈曲 (a) 腹板局部屈曲(b) 壓縮翼緣的豎向屈曲 非組合鋼板梁的承載性能-屈曲形式 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 15 組合鋼板梁橋鋼板梁 非組合鋼板梁的承載性能防止屈曲失穩(wěn)的措施 腹板的局部屈曲：加大腹板厚度、設(shè)橫縱向加勁肋 壓縮翼緣的豎向屈曲：限制腹板寬度與厚度比 壓縮翼緣的扭轉(zhuǎn)屈曲：限制翼緣寬度與厚度比 梁整體橫向屈曲：調(diào)整翼緣與腹板截面積的比， 設(shè)豎向橫撐 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 16 組合鋼板梁橋

9、組合鋼板梁 組合鋼板梁的承載性能承載性能方面的特點(diǎn) 在彎矩作用區(qū)間，中性軸位置向橋面板側(cè)上移，終局時鋼梁 截面壓縮區(qū)范圍很小，可以不設(shè)縱向加勁肋。 在彎矩作用區(qū)間，即使把橫向加勁肋的間距增大、即縱橫比 加大到a=3，還有增大腹板高厚比的余地。 組合鋼板梁試件的最大荷載，與把截面假定完全塑性狀態(tài)算 出的抗彎承載力較接近，能夠發(fā)揮密實截面的承載性能。 在組合鋼板梁的剪力作用較大區(qū)間，腹板屈曲后的剪切強(qiáng)度 很難提高，還不宜加大縱橫比或減小腹板厚度的限值。 組合鋼板梁橋面板的混凝土、鋼筋能夠承擔(dān)一部分剪力，其 抗剪承載力比純鋼板梁大約增大16%。 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 17 組

10、合鋼板梁橋組合鋼板梁設(shè)計組合鋼板梁設(shè)計 以以2主梁橋為例的鋼板梁設(shè)計要點(diǎn)主梁橋為例的鋼板梁設(shè)計要點(diǎn) 在組合鋼板梁的彎矩作用區(qū)間，中性軸位置向橋面板側(cè)上移，終局時鋼梁 截面壓縮區(qū)范圍很小，可以不設(shè)縱向加勁肋。這種情況下，如果鋼板梁 腹板厚度過大，設(shè)置一列縱向加勁肋、使腹板厚度統(tǒng)一起來是可行的。 正彎矩區(qū)的鋼板梁受到的剪力較小，再加上由于省略縱向加勁肋后鋼板變 厚、剪應(yīng)力相對地減小。為此，橫向加勁肋的縱橫比可以加大到a=3， 即橫梁之間不設(shè)置橫向加勁肋是可能的。但是中間橋墩附近等剪力較大 的區(qū)間，橫向加勁肋的間距還有待進(jìn)一步研究。 伴隨著鋼板翼緣及其混凝土橋面板的厚度都相應(yīng)增大，翼緣受到橋面板的

11、約束及其腹板受到翼緣的約束都變大，屈曲強(qiáng)度也增大。在組合鋼板梁 的正彎矩作用區(qū)間，即使把橫向加勁肋的間距增大、即縱橫比加大到 a=3，還有增大腹板高厚比的余地，其上限可以設(shè)為h0/tw=180。 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 18 組合鋼板梁橋組合鋼板梁設(shè)計 以2主梁橋為例的橫梁布置設(shè)計要點(diǎn)橫梁布置設(shè)計要點(diǎn) 將橫梁布置在橫斷面上部比布置在中部，主梁下翼緣的水平位移與彎曲應(yīng)力大約高出 5倍、3倍，當(dāng)布置在下部時進(jìn)一步減小?？紤]到橋面板等的施工，把橫梁布置在 橫斷面中部或稍微偏下的位置比較妥當(dāng)。 橫梁間距越大，下翼緣的水平位移也越大，但是，即使是間距大到30m其位移也未達(dá) 到3mm

12、，反而橋墩附近的彎曲應(yīng)力隨之減小。調(diào)查已建橋梁可知，橫梁間距大致 在510m，而橋墩附近即負(fù)彎矩作用區(qū)一般都比較小，大致為5m。 橫梁截面剛度越大其位移也減小。調(diào)查已建橋梁可知，橫梁一般都使用I形鋼，基本上 依據(jù)施工時的荷載及其安定性來決定截面尺寸。但同時為了防止負(fù)彎矩區(qū)的鋼梁整 體橫向屈曲，要確保橫梁的截面剛度。 為了防止鋼梁整體橫向屈曲，要保證橫梁與橫向加勁肋構(gòu)成的U形剛構(gòu)具有一定的剛 度，特別要驗算支座上的U形剛構(gòu)的剛度，確保由橋面板傳來的橫向荷載有效地傳 給支座。 橫梁在使用荷載作用下的應(yīng)力極其小，與主梁接合部的疲勞問題不突出，接合方式等 可以考慮施工性來決定。 要考慮橫梁在施工時的作

13、用進(jìn)行設(shè)計，兼作橋面板施工的支架等等。 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 19 組合鋼板梁橋橋面板 橋面板的分類與特點(diǎn) 混凝土橋面板 鋼橋面板 鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)橋面板 橋面板的分類 (a) 混凝土橋面板 (b) 鋼橋面板 (c) 組合結(jié)構(gòu)橋面板 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 20 組合鋼板梁橋混凝土橋面板 橋面板的分類與特點(diǎn) 混凝土橋面板 現(xiàn)澆 預(yù)制 預(yù)應(yīng)力 非預(yù)應(yīng)力 直線底面型 曲線底面型 固定支架施工 移動支架施工 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 21 組合鋼板梁橋混凝土橋面板 現(xiàn)澆橋面板的早期裂縫的特點(diǎn) 施加預(yù)應(yīng)力之前，后澆混凝土段接縫附近橋面

14、底板產(chǎn)生斜裂縫 后澆混凝土的約束所致 施加預(yù)應(yīng)力之后，后澆混凝土段的橋面底板產(chǎn)生橫向裂縫 預(yù)應(yīng)力、支架移動、鋼板梁約束所致 橋面板的早期裂縫的特點(diǎn) (a) 斜裂縫 (b) 橫向裂縫 先澆后澆先澆后澆 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 22 組合鋼板梁橋混凝土橋面板 現(xiàn)澆橋面板的早期裂縫的特點(diǎn) 施加預(yù)應(yīng)力一段時間后，在橫梁正上方橋面底板產(chǎn)生橫向裂縫 預(yù)應(yīng)力鋼筋偏心配置后，橋面板上拱，同時主梁上翼緣受到橫梁與橫 向加勁肋的約束而不能隨橋面板協(xié)調(diào)變形，使橫梁正上方的連接件受拉， 從而在橫向預(yù)應(yīng)力作用發(fā)生橫向裂縫。 橫梁正上方的橫向裂縫 (a) 裂縫形態(tài) (b) 裂縫產(chǎn)生機(jī)理 接縫 焊釘受

15、拉 上拱力 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 23 組合鋼板梁橋混凝土橋面板 現(xiàn)澆橋面板的早期裂縫的預(yù)防 抑制混凝土發(fā)熱量：盡可能減少水泥單位用量，或使用發(fā)熱小的水泥。要保 持橋面板上面的濕度，加強(qiáng)保溫，下面盡可能采用木制模板。 添加適量膨脹劑：一般伴隨著降溫，混凝土?xí)l(fā)生體積縮小，通過使用膨脹 劑能夠某種程度地抑制體積縮小。 分級施加預(yù)應(yīng)力：可考慮在初期階段，將預(yù)應(yīng)力僅施加能夠保證支架移動的 部分，其余的待混凝土完全硬化后再施加。 固定支架澆灌：支架移動所引起的應(yīng)力加劇了早期裂縫的發(fā)生，將移動支架 改為固定支架澆灌混凝土也是可以選擇的施工方法之一。 增加鋼筋用量：鋼筋用量的增加一

16、般不會直接防止裂縫的發(fā)生，但是會減小 裂縫寬度及其間距。為此，可以采取在鋼板梁上方沿著縱向配置中段鋼筋， 在接縫附近增加橫向鋼筋等措施。 適當(dāng)?shù)卦O(shè)置連接件：防止橫梁正上方的橋面底板產(chǎn)生橫向裂縫的方法之一， 是要在橫梁處正上方合理設(shè)置連接件。 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 24 組合鋼板梁橋混凝土橋面板 現(xiàn)澆橋面板的損壞機(jī)理 橋面板的收縮變形受到鋼板梁的約束，在施工階段就可能產(chǎn)生了沿著縱橋向的附加 拉應(yīng)力，甚至出現(xiàn)了肉眼觀察不到的微細(xì)裂縫。 通行后的車輛荷載引起的拉應(yīng)力與早期發(fā)生的拉應(yīng)力合成，就會在橋面板底面產(chǎn)生 橫向裂縫，如圖(a)所示。 隨著車輛荷載的長期作用，產(chǎn)生縱向裂縫后

17、形成縱橫交錯的形狀，并貫通到橋面板 上表面，如圖(b)所示。 現(xiàn)澆鋼筋混凝土橋面板的損壞過程 (a) 早期橫向裂縫 (b) 縱橫交錯裂縫 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 25 組合鋼板梁橋混凝土橋面板 現(xiàn)澆橋面板的損壞機(jī)理 伴隨著裂縫面間骨料咬合力的喪失，橋面板的抗剪性能逐漸降低，產(chǎn)生更多裂縫， 如圖(c)所示。 當(dāng)車輛荷載超過其抗剪強(qiáng)度后，混凝土就開始脫落而損壞，如圖(d)所示。一般 認(rèn)為導(dǎo)致最終的破壞是剪切疲勞。 現(xiàn)澆鋼筋混凝土橋面板的損壞過程 (b) 骨料咬合力喪失(c) 混凝土脫落 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 26 組合鋼板梁橋混凝土橋面板 預(yù)制橋面板的

18、技術(shù)特點(diǎn) 從現(xiàn)澆混凝土橋面板的損壞過程可以認(rèn)識到，損壞一般起因于非荷載作用所引起的裂縫，要 確保其耐久性就必須對早期裂縫的發(fā)生加以防止。 預(yù)制橋面板在澆灌后到鋪設(shè)，都放置一定的期間加以養(yǎng)護(hù)，其水合熱引起的溫度應(yīng)變及其干 燥收縮變形都未受到外界的約束，產(chǎn)生的應(yīng)力極小，預(yù)制橋面板的推廣使用很有必要。 當(dāng)預(yù)制橋面板單向配筋、既僅在橋梁橫向配置預(yù)應(yīng)力鋼筋的情況下，即使已出現(xiàn)裂縫其裂縫 面間的磨損速度也大幅下降。 僅在橋梁橫向配置預(yù)應(yīng)力鋼筋，預(yù)制橋面板不僅可以防止早期裂縫的發(fā)生，而且其抗疲勞強(qiáng) 度也大幅度提高，當(dāng)然采用雙向配置預(yù)應(yīng)力鋼筋的話其性能將更加被改善。 預(yù)制橋面板的布置形式 (a) 多主梁橋時(

19、b) 2主梁橋時 鋼梁 焊釘 預(yù)埋孔 接縫 接縫 焊釘 鋼梁 接縫 預(yù)應(yīng)力 鋼筋 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 27 組合鋼板梁橋混凝土橋面板 預(yù)制橋面板的接縫形式 摩擦型 一般在橋梁縱向施加預(yù)應(yīng)力時使用的形式之一，彎矩由預(yù)應(yīng)力鋼筋負(fù)擔(dān)，而剪力假設(shè) 由兩者間的摩擦負(fù)擔(dān)。接縫間涂上膠結(jié)劑，達(dá)到防水的目的。 剪力鍵型 在兩塊板的接合面上做成槽形，并填充砂漿，使其發(fā)揮剪力鍵的功能。填充的砂漿要 確保不會收縮，有時使用無收縮砂漿或加入若干膨脹劑。與摩擦型類似，無需繁雜的施工 工序，一般在橋梁縱向施加預(yù)應(yīng)力。 (a) 摩擦型 接縫 (b) 剪力鍵型 填充砂漿 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)

20、構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 28 組合鋼板梁橋混凝土橋面板 預(yù)制橋面板的接縫形式 (c) 環(huán)形鋼筋型 鋼筋 鋼筋 預(yù)應(yīng)力鋼筋 (d) 鋼管鍵型 填充砂漿鋼管 填充樹脂 環(huán)形鋼筋型 在間距很大的接縫中，把兩塊板的鋼筋各自做成環(huán)形并相互交錯，然后填充混凝土。橋 梁縱向無需施加預(yù)應(yīng)力，基本上具有與橋面板同等的強(qiáng)度性能。 鋼管鍵型 把填充砂漿了的方鋼管作為剪力鍵，并在接縫之間灌注能夠防水的樹脂。用到橋梁縱向 未施加預(yù)應(yīng)力的人行天橋橋面板上后，未發(fā)現(xiàn)漏水等事故，非常完好。 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 29 組合鋼板梁橋組合結(jié)構(gòu)橋面板 組合結(jié)構(gòu)橋面板 用焊釘、彎折鋼板、鋼管等等都可以作為連接件的連

21、接件型組合。 格構(gòu)型組合板是用型鋼代替一部分鋼筋然后澆灌混凝土，一般用較薄的鋼板 作為底模板并構(gòu)成一體。 連接件型組合板 底鋼板 鋼管連接 彎折鋼板 主梁 底鋼板 焊釘 主梁 I型鋼 加腋板 上層鋼筋 下層鋼筋 格構(gòu)式組合板 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 30 組合鋼板梁橋組合結(jié)構(gòu)橋面板 組合結(jié)構(gòu)橋面板 用開孔鋼板連接件 夾層式組合 開孔鋼板 底鋼板 連接孔 鋼筋 底層鋼板 上層鋼板 加勁板 混凝土焊釘 主梁 (a) 用開孔鋼板連接件組合 (b) 夾層式組合 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 31 組合鋼板梁橋鋼板梁與混凝土橋面板的連接 組合梁截面應(yīng)力計算橋面板的有

22、效寬度 主梁Ga與Gb之間的橋面板截面內(nèi)應(yīng)力(y) 在主梁上成為最大、即達(dá)到max，越到 跨中變得越小，通常將這一現(xiàn)象稱為剪 力滯。精確計算是比較復(fù)雜的，一般用 橋面板有效寬度考慮。 橋面板有效寬度：假設(shè)橋面板跨中某寬度 的截面是不發(fā)揮作用的，僅某寬度范 圍內(nèi)的截面承擔(dān)荷載。即有效寬度依據(jù) 應(yīng)力分布面積相等，用下式計算： 有效寬度計算模式max 0 )( b dyy 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 32 組合鋼板梁橋鋼板梁與混凝土橋面板的連接 組合梁截面應(yīng)力計算截面分力法 將截面上作用的彎矩M 分解成，分別作用 在鋼梁與橋面板截 面上的彎矩Ms、Mc 及其軸力Ns、Nc。 即采用

23、截面分力法， 依據(jù)梁理論，橋面 板上、下緣及其鋼 板梁上、下緣的應(yīng) 力用下列各式計算。 截面分力法 (a) 組合截面(b) 應(yīng)變分布 , , t s s s s slc s s s s su l c c c c clu c c c c cu z I M A N z I M A N z I M A N z I M A N 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 33 截面分力法 (a) 組合截面(b) 應(yīng)變分布 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 34 組合鋼板梁橋鋼板梁與混凝土橋面板的連接 組合梁截面應(yīng)力計算荷載引起的截面力 作用力平衡式、截面轉(zhuǎn)角及其軸向變形條件式為： sc

24、ssc NN MdNMM d IE M AE N AE N IE M IE M ss s ss s cc c ss s cc c 依此可以推導(dǎo)出Ms、Mc、Ns、Nc的計算式為： M nI I MM I I M v c c v s s , M nI dA M I dA NN v cc v ss cs 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 35 組合鋼板梁橋鋼板梁與混凝土橋面板的連接 組合梁截面應(yīng)力計算徐變引起的截面力 組合梁在彎矩M的作用下，混凝土橋面板截面上分擔(dān)了彎矩Mc及其軸力Nc。當(dāng)橋面板不受到鋼 梁約束時，其截面中性軸上會因徐變而自由地產(chǎn)生應(yīng)變e1（圖b）；當(dāng)使橋面板的截面返回

25、 到當(dāng)初的應(yīng)變狀態(tài)時，施加的拉力為N1（圖c） 實際上橋面板受到了約束而必須與鋼梁的變形保持協(xié)調(diào)，為此將拉力N1釋放，因徐變其組合截 面上產(chǎn)生軸力N1及其彎矩M1，由下式計算。1為徐變系數(shù)。 徐變的影響 (a) 組合截面(b) 自由狀態(tài)(c) 結(jié)合狀態(tài)(d) 應(yīng)變分布 cccc NAEN 1 1 111 2 2 e )( 111 edNM c 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 36 組合鋼板梁橋鋼板梁與混凝土橋面板的連接 組合梁截面應(yīng)力計算干燥收縮引起的截面力 收縮變形與徐變一樣也是混凝土所特有的性質(zhì)，伴隨著收縮變形徐變也發(fā)生，且徐變系數(shù)2比 持續(xù)荷載作用下的1大許多，2=21。則

26、混凝土的彈性模量為Ec2=Ec/(1+2/2)，與此相對 應(yīng)，彈性模量比為n2=n(1+2/2)。當(dāng)橋面板不受到鋼梁約束時，其截面中性軸上會因收縮變 形而自由地產(chǎn)生應(yīng)變e2；當(dāng)使橋面板的截面返回到當(dāng)初的應(yīng)變狀態(tài)時，施加的拉力為N2。 因收縮變形，組合截面上產(chǎn)生軸力N2及其彎矩M2由下式計算。 22 /nAEN csse 222c dNM 收縮變形的影響 (a) 組合截面(b) 自由狀態(tài)(c) 結(jié)合狀態(tài)(d) 應(yīng)變分布 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 37 組合鋼板梁橋鋼板梁與混凝土橋面板的連接 組合梁截面應(yīng)力計算溫差引起的截面力 在鋼板梁與橋面板間的連接件時溫差的影響也不容忽視。

27、即使對于簡支梁體系，鋼梁 與混凝土橋面板的溫度升降不同（導(dǎo)熱率不同），兩者間必然產(chǎn)生溫差DT，可以 不考慮徐變的影響，即混凝土的彈性模量不因溫差而改變。 設(shè)鋼材與混凝土的熱膨脹系數(shù)都為a，因溫差組合截面上產(chǎn)生軸力N3及其彎矩M3為: TAEN cc Da 3c dNM 33 溫差分布 當(dāng)求出由徐變、收縮及其溫差引起的組合截面作用力后，計算橋面板上、下緣及 其鋼板梁上、下緣的應(yīng)力,并與荷載作用下的應(yīng)力相組合加以驗算。 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 38 組合鋼板梁橋鋼板梁與混凝土橋面板的連接 組合梁截面應(yīng)力計算應(yīng)力驗算 當(dāng)求出由徐變、收縮及其溫差引起的組合截面作用力后，計算橋面板

28、上、下緣及 其鋼板梁上、下緣的應(yīng)力,并與荷載作用下的應(yīng)力相組合加以驗算。 設(shè)某組合截面梁上作用彎矩M=1500kNm，收縮應(yīng)變?yōu)閑2=2010-5，溫差為 DT=10，組合截面上由徐變、收縮及其溫差引起的應(yīng)力分布為： 應(yīng)力分布示意 (a) 組合截面(b) 徐變應(yīng)力(c) 收縮應(yīng)力(d) 溫差應(yīng)力 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 39 組合鋼板梁橋鋼板梁與混凝土橋面板的連接 連接件上剪切作用力的計算荷載作用時 在剪力S作用下，鋼板梁與橋面板間單位長度上作用的縱向剪力的計算： S nI dA dx dM nI dA dx dN q v cc v ccc 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)

29、橋梁設(shè)計新理念 40 組合鋼板梁橋鋼板梁與混凝土橋面板的連接 連接件上剪切作用力的計算徐變、收縮、溫差的影響 由徐變、收縮、溫差產(chǎn)生的鋼梁與橋面板間剪力一般在梁端部最大，離梁端越遠(yuǎn)即 達(dá)到某個長度lh時幾乎為零，假設(shè)剪力分布為三角形，a為主梁間距，L為跨度。 h c h c h c l N l N l N q 321 1 222 )10/ ,min(lhLa 由徐變、收縮及其溫差引起的橋面板上作用的軸力求出之后，鋼板梁與橋面板間單 位長度上的縱向水平剪力用下式計算： 當(dāng)求出由徐變、收縮及其溫差引起的，鋼板梁與橋面板間單位長度上的縱向水平剪 力后，并與荷載作用下的剪力相組合，加以驗算連接件的數(shù)量

30、。 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 41 組合鋼板梁橋連續(xù)組合鋼板梁連續(xù)組合鋼板梁 連續(xù)組合梁的分類-按照負(fù)彎矩區(qū)組合梁設(shè)計方法分類按照負(fù)彎矩區(qū)組合梁設(shè)計方法分類 連續(xù)組合梁在跨中附近即正彎矩作用下，截面拉伸區(qū)是抗拉強(qiáng)度高的鋼材板、 壓縮區(qū)是抗壓強(qiáng)度高的混凝土橋面板，組合后性能進(jìn)一步得到了提高。 在橋墩附近受到很大的負(fù)彎矩作用，截面拉伸區(qū)是橋面板、壓縮區(qū)是鋼板，不 僅兩種材料的性能未能有效地發(fā)揮，而且橋面板處于最不利受力位置。 根據(jù)對負(fù)彎矩區(qū)橋面板的性能要求，可以分成不允許拉應(yīng)力發(fā)生、不允許裂縫 產(chǎn)生、限制裂縫寬度的3種設(shè)計方法。 如果繼續(xù)細(xì)分的話，又可以分成在包括活荷載、及其不

31、包括活荷載的荷載組合 下，不允許拉應(yīng)力或裂縫發(fā)生。 在不采取任何措施的情況下，負(fù)彎矩區(qū)橋面板發(fā)生裂縫是不可避免的，問題是 要確保裂縫寬度不要發(fā)展到有害的程度是設(shè)計原則。 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 42 組合鋼板梁橋連續(xù)組合鋼板梁 連續(xù)組合梁的分類-按照負(fù)彎矩區(qū)是否沿著縱向施加預(yù)應(yīng)力分類按照負(fù)彎矩區(qū)是否沿著縱向施加預(yù)應(yīng)力分類 配置預(yù)應(yīng)力鋼筋法 依據(jù)PC鋼材直接給橋面板施加預(yù)應(yīng)力，可以在橋面板 與鋼梁已組合后，也可以在組合前進(jìn)行施加預(yù)應(yīng)力的施工。 要注意的是在組合后施加的預(yù)應(yīng)力一部分將被鋼梁分擔(dān)，施 加的壓力比較大。采用該法能夠有效地施加預(yù)應(yīng)力，減小鋼 梁截面，但是，在現(xiàn)場施加預(yù)應(yīng)力并不容易、施工周期也長， 今后對橋面板的局部翻新也比較困難。 組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計新理念 43 組合鋼板梁橋連續(xù)組合鋼板梁 連續(xù)組合梁的分類-按照負(fù)彎矩區(qū)是否沿著縱向施加預(yù)應(yīng)力分類按照