某结合梁桥面板负弯矩区受力分析
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HPFRC复合梁桥负弯矩区受力性能的试验研究
２所 示 。
测试 内容 为 ： 各 级 荷 载 下 各 ①
截 面 的竖 向位 移 ， 各 级 荷 载 下 钢 ②
梁、 混凝土 、 筋 中的应 变 ， 各 级 钢 ③ 荷载 下钢梁 与混 凝 土板结 合 面上 的 相对 滑 移 ， 各 级 荷 载下 混凝 土板 ④ 表面 的裂 缝 宽 度 ， 最 终 荷 载 下 混 ⑤
合 ； 纤维 采用 弯钩形 ， 径 比分 别 为 ８ 钢 长 ０与 ５ ， 积率 为 １ 。混凝 土板 中纵 向受力 钢筋 和箍 筋均 为二级 钢 Ｏ体 筋 ， 径分别 为 １ 直 ８ｍｍ 和 １ ２ｍｍ， 筋间距 为 １ ５ｍｍ， 箍 ２ 组合 界 面型钢 的钢 材为 Ｑ２ ５ 。 ３钢
Ｉ
ｌ
２５ ５ ５ ５ ４ ｌ 。 。５ ５０ ０ ０ ０ ０ 【 ５Ｉ ００ Ｏ ０ ０ ０ ５ ５ｌ Ｌ 。 。 。 ５２ 。 。 。。
１ ｌ １ ‘ ｌ １
５３ Ｏ ０
单 位 ／ ｍ ａ ｒ
图 １ 模型试件设计 图
Ｆｉ Ｔ ｈｅｄｅ ｉ ａ ａ ｆｍ ｏｄ ｌｓ ｍ ｐ ｅ ｇ．１ ｓｇｎ ｄｉｇｒ ｍ ｏ ｅ ａ ｌ
ＨＰ Ｒ ） 合连 续梁 ， Ｆ Ｃ复 从而 达到 桥面结 构 的使用要 求 。为 了验证 ＨＰ Ｒ Ｆ Ｃ复合 梁混凝 土 桥面 板 的适用 性 ， 采
用 承受 负弯矩 （ 面板受 拉 ） 桥 的连续 复合 梁 中间支座 部 位来 进 行模 型试 验 。实 验研 究 由清华 大 学 、 山东科 技 大学 及 日本 Ｉ 公 司共 同完成 ， ＨＩ 全部 实验 于 ２ ０ 年 ５月起 在 山东科 技大 学结构 实验 室进 行 。 ０７
王 海 超 等
ＨＰ ＲＣ复 合 梁 桥 负弯 矩 区受 力 性 能 的 试验 研 究 Ｆ
测试 内容 为 ： 各 级 荷 载 下 各 ①
截 面 的竖 向位 移 ， 各 级 荷 载 下 钢 ②
梁、 混凝土 、 筋 中的应 变 ， 各 级 钢 ③ 荷载 下钢梁 与混 凝 土板结 合 面上 的 相对 滑 移 ， 各 级 荷 载下 混凝 土板 ④ 表面 的裂 缝 宽 度 ， 最 终 荷 载 下 混 ⑤
合 ； 纤维 采用 弯钩形 ， 径 比分 别 为 ８ 钢 长 ０与 ５ ， 积率 为 １ 。混凝 土板 中纵 向受力 钢筋 和箍 筋均 为二级 钢 Ｏ体 筋 ， 径分别 为 １ 直 ８ｍｍ 和 １ ２ｍｍ， 筋间距 为 １ ５ｍｍ， 箍 ２ 组合 界 面型钢 的钢 材为 Ｑ２ ５ 。 ３钢
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５３ Ｏ ０
单 位 ／ ｍ ａ ｒ
图 １ 模型试件设计 图
Ｆｉ Ｔ ｈｅｄｅ ｉ ａ ａ ｆｍ ｏｄ ｌｓ ｍ ｐ ｅ ｇ．１ ｓｇｎ ｄｉｇｒ ｍ ｏ ｅ ａ ｌ
ＨＰ Ｒ ） 合连 续梁 ， Ｆ Ｃ复 从而 达到 桥面结 构 的使用要 求 。为 了验证 ＨＰ Ｒ Ｆ Ｃ复合 梁混凝 土 桥面 板 的适用 性 ， 采
用 承受 负弯矩 （ 面板受 拉 ） 桥 的连续 复合 梁 中间支座 部 位来 进 行模 型试 验 。实 验研 究 由清华 大 学 、 山东科 技 大学 及 日本 Ｉ 公 司共 同完成 ， ＨＩ 全部 实验 于 ２ ０ 年 ５月起 在 山东科 技大 学结构 实验 室进 行 。 ０７
王 海 超 等
ＨＰ ＲＣ复 合 梁 桥 负弯 矩 区受 力 性 能 的 试验 研 究 Ｆ
连续钢桁结合梁桥负弯矩区桥面系受力影响因素和改善方法研究
第4卷 第3期2007年6月铁道科学与工程学报J OURNA L OF RAI LWAY SCIENCE AND EN GI NEERI N GVol14 No13J une2007连续钢桁结合梁桥负弯矩区桥面系受力影响因素和改善方法研究Ξ叶梅新,韩衍群(中南大学土木建筑学院,湖南长沙410075)摘 要:以1座下承式连续钢桁结合梁桥为例,采用有限元法研究了桥面系的受力特性,考察了中支座区域桥面系受力状态与混凝土板板厚、纵梁抗拉刚度及抗弯刚度的关系;针对纵横梁及混凝土板在中支座区域受力比其他区域突出的问题,探讨解决方案。
研究结果表明:在中支座两侧节间内,随着纵梁抗拉刚度的增加,纵梁轴力增加速度逐渐减慢,且低于抗拉刚度的增加速度;随着纵梁抗弯刚度的增加,纵梁竖向弯矩也增加;采用较高的纵梁或增加混凝土板厚对降低中支座区域纵横梁的应力效果并不明显,相对而言,选择合适的纵梁高度并增加翼缘厚度或采用4根小纵梁的方法均可降低该区域纵横梁的应力水平,在中支座两侧节间内再布置横梁时纵横梁的应力可进一步降低。
关键词:连续钢桁结合梁桥;桥面系;受力状态;刚度中图分类号:U443.32 文献标识码:A 文章编号:1672-7029(2007)03-0005-06The effect factor and improving method of the mechanical state of the floor system in a negative moment area of a continuous truss compo site bridgeYE Mei2xin,H AN Y an2qun(School of Civil and Architectural Engineering,Central S outh University,Changsha410075,China)Abstract:Based on a continuous through truss com posite bridge,several problems including mechanical behavior of the floor system,the in fluence of the deck’s thickness and the longitudinal beam’s tension/bending stiffness on the load applied at the middle support region,were studied with the finite element method.Im proving methods were introduced to reduce stresses of the floor system at the region.The results show that in the tw o panels near the middle support, the increasing speed of the longitudinal beam’s axial force turns slow and is less than that of tension stiffness with the growth of tension stiffness;The longitudinal beam’s bending m oment gets large with the increase of bending stiffness; The transversal beam at middle support bears m ore load with the increase of the longitudinal beam’s tension/bending stiffness and the deck’s thickness.S o it is ineffectual to reduce stresses of the longitudinal/transversal beam in the middle support region by increasing the deck’s thickness or the longitudinal beam’s height.On the contrary,the methods,such as choosing appropriate height of the longitudinal beam or adopting four longitudinal beams can reduce stresses of the longitudinal/transversal beam in the region.And adding transversal beam within the tw o panels near the middle support region,the stresses can reduce further.K ey w ords:continuous truss com posite bridge;floor system;load bearing;stiffness 钢桁结合梁桥因充分发挥了钢和混凝土的材料特性,具有刚度大、施工快捷、经济等优点,因而得到越来越广泛的应用,如日本东北新干线上第一北上川桥,德国的海德明登・威拉河桥等。
钢-混凝土组合箱梁桥负弯矩区受力性能分析
钢-混凝土组合箱梁桥负弯矩区受力性能分析摘要：为研究墩顶横梁内充填混凝土对钢箱组合梁桥负弯矩区受力性能的影响，论文建立有限元数值分析模型，以填充混凝土的强度等级作为变量进行敏感性参数分析。
结果表明：墩顶填充混凝土可显著降低负弯矩区钢箱下翼缘压应力，但对钢箱组合梁桥内力及变形的变化幅度影响不大，最大变化幅度不超过4%。
关键词：桥梁工程；力学性能；钢-混凝土组合箱梁；负弯矩区；有限元分析中图分类号：U441.5 文献标志码：A0 引言钢-混凝土组合梁因其材料的优点即混凝土受压性能好，钢材可以承受较大拉力，并且结构轻巧，厂内可实现快速预制和装配，施工便捷，缩短工期，在桥梁工程领域得以广泛使用。
组合梁桥按照受力通常可以分为简支组合梁桥和连续组合梁桥。
与简支组合梁桥相比，连续组合梁桥正负弯矩分配合理，使跨中正弯矩大幅减少，结构跨越能力增强、提高了其刚度和结构整体性能[1]。
连续梁在中间支点位置附近不可避免的会产生负弯矩使这部分桥面板受拉多发生混凝土开裂，中性轴以下钢箱梁下翼缘受到压力会发生局部失稳现象，减少结构的使用年限，限制了钢-混凝土组合箱梁桥的发展，也使得研究组合梁桥负弯矩区力学性能成为一种趋势。
针对负弯矩附近截面中性轴以上桥面板多发生混凝土开裂问题，近些年来国内外学者投入了大量的试验与理论研究。
刘永健等[2]提出了在负弯矩区的混凝土桥面板里面布置预应力钢筋并使用抗拔不抗剪的连接件形成组合桁梁结构，通过在跨中位置施加反向的集中荷载来模拟连续梁中间支点的受力，对2榀矩形钢管混凝土组合桁梁结构进行试验加载，表明采用在混凝土桥面板内置预应力钢筋与局部释放剪切作用的连接件形成的组合桁梁结构可以显著降低桥面板混凝土的开裂，但对结构抗弯承载力影响不明显。
欧阳政[3]分析了正负弯矩区不同的混凝土强度等级、不同抗剪连接程度、不同混凝土翼板处横向配筋率对连续组合梁结构承载能力、界面粘结滑移、挠度、负弯矩开裂荷载的影响。
09压型钢板组合梁在负弯矩作用下的抗弯承载力分析
##$ ! #$$$ 此时截面极限抗弯承载力为：
（*）
’& " ##$!%
（+）
因为在实际工 程 中，钢 筋 截 面 积 一 般 均 小 于 钢 梁
截面积，同时考虑 到 钢 梁 全 部 受 压 时 的 屈 曲 问 题 使 全
截面塑性很难完全 发 展，所 以 上 述 最 后 一 种 情 况 发 生
的可能性很小。且过高的配筋率会导致构件延性降低
产生影响。
0%本试验 采 用 的 是 属 于 密 实 截 面 的 轧 制 工 字 型 钢。随纵向配筋 率 的 增 加，钢 梁 腹 板 的 受 压 区 高 度 也
相应增大。各试 验 梁 在 达 到 最 大 荷 载 之 前，纯 弯 段 的
钢梁腹板及下翼缘都没有发现局部屈曲。
四 、负 弯 矩 作 用 下 的 塑 性 抗 弯 承 载 力
一 、引 言 在 工 程 实 践 中 ，连 续 组 合 梁 具 有 广 泛 的 应 用 范 围 和 科学合理的综合性 能，例 如 跨 高 比 相 对 较 大，整 体 性 及 承受动力荷载的性能好。但是在连续梁内支座处承受 负 弯 矩 的 情 况 下 就 形 成 了 混 凝 土 板 受 拉 、钢 梁 受 压 的 不 利局面，并且随之产 生 了 一 些 其 它 问 题，如 负 弯 矩 作 用 下的截面抗弯承载力和混凝土翼缘裂缝宽度如何确定 等。目前，国内外 对 简 支 组 合 梁 在 正 弯 矩 作 用 下 的 受 力性能和使用性能 都 作 过 较 为 深 入 的 研 究，但 是 对 负 弯矩作用下组 合 梁 的 研 究，国 内 外 进 行 的 比 较 少。 为 此，结合压型钢板组合梁的试验，对组合梁在负 弯 矩 作 用下的截面抗弯承载力问题进行了探讨。 二 、试 验 模 型 及 参 数 设计了三根钢8压型钢板混 凝 土 简 支 组 合 梁，编 号 分别为 GHI，GHJ，GH#。试件的基本参数和实测 的 材 料 性能分别如图!和表!所示。 压型钢板 组 合 梁 主 要 由 钢 梁（;D"1）、剪 力 连 接 件 （!!IKE"栓钉）、压型钢板（LMHI"8D""8I""）和 钢 筋 混 凝 土 板（NF"）四 部 分 组 成 。在 每 个 板 肋 中 透 过 压 型 钢
不同施工措施改善大跨度组合梁负弯矩区受力的效果分析
第 39 卷第 4 期2023 年8 月结构工程师Structural Engineers Vol. 39 ， No. 4Aug. 2023不同施工措施改善大跨度组合梁负弯矩区受力的效果分析张龙伟1邹迪升2，*胡琼1王伟群3周法根4（1.台州市交通勘察设计院有限公司，台州 318000； 2.同济大学土木工程学院，上海 200092；3.台州高速公路建设指挥部，台州 317000；4.杭州市市政工程集团有限公司，杭州 310006）摘要为了比较中支点梁体顶升/回落法与张拉预应力法对改善大跨度组合梁负弯矩区受力的效果，以一主跨70 m的连续组合箱梁桥为例，采用板壳-实体有限元模型，计算分析了不同施工措施下的组合梁受力情况。
计算结果表明：不同施工方法下组合梁受力在负弯矩区差别较大，使得混凝土桥面板上表面产生1 MPa的压应力储备，顶升/回落中支点梁体需要的位移量为8 cm，采用传统的先结合预应力方法需在单位宽度布置1.65束直径15.24 mm的钢绞线，而后结合预应力方法则需在单位宽度布置1.24束。
对跨度60 m以下的组合梁采用中支点梁体顶升/回落法预应力施加效率高，70 m以上的组合梁桥直接采用后结合预应力法会具有更好的性价比。
关键词桥梁工程，组合梁，施工，负弯矩Effect Analysis of Different Construction Measures to Improve the Performance in the Negative Moment Area of Long-span Composite BeamZHANG Longwei1ZOU Disheng2，*HU Qiong1WANG Weiqun3ZHOU Fagen4（1.Taizhou Survey and Design Institution of Communications， Taizhou 318000， China；2.College of Civil Engineering， Tongji University， Shanghai 200092， China；3.Taizhou Expressway Construction Headquarters， Taizhou 317000， China；4.Hangzhou Municipal Construction Group， Hangzhou 310006， China）Abstract In order to compare the effect of jacking-up the middle fulcrum construction method and prestressing method on improving the structural performance in the negative moment area of long-span composite beam bridge，taking a composite girder bridge with a main span of 70 m as an example，the structural performance of the composite girder bridge with different construction measures simulated by the shell-solid finite element model was calculated. The calculation result shows that the stress of the composite beam under different construction methods varies greatly in the negative moment area. To produce compressive stress of 1 MPa on the upper surface of the concrete bridge deck， the displacement required for jacking at the fulcrum is 8 cm， 1.65 strands with a diameter of 15.24 mm are needed to be arranged on per unit deck width by the pre-combined prestress method， while 1.24 strands are needed to be arranged per unit deck width by the post-combined prestress method. The middle fulcrum jacking-up method is highly effective for the composite beam with a span of less than 60 m， and the post-combined prestress method will be more valuable收稿日期：2022-04-17基金项目：浙江省交通运输厅科技项目（2020031）作者简介：张龙伟（1980-），男，工程硕士，高级工程师，主要从事公路和桥梁设计。
某钢-混凝土组合连续梁桥负弯矩区受力特性分析
【 中图 分 类 号］ Ｏ３ ｌ Ｔ ３
１ 概 述
随着 城 市建 设 的 发展 ， 通 量迅 速 增 长 ， 来 越 交 越 多 的城 市立 交 中采 用 了大 跨 径 的钢 一 凝 土 组 合 梁 混
结 构 。这种 结 构 跨越 能 力 大 ， 使用 年 限长 ， 面 高度 截 小 ， 工 时不用 满 堂 支架 ， 施 能最 大程 度 地 减 少施 工对
式 中 ，Ｅ 钢与 混凝 土弹性 模 量之 比。 ｎ为 ２２ 混 凝土 翼板等 效 宽度 ．
从弹性 力 学理 论可知 ， 组合 梁 承受 荷 载产 生弯 曲
板 受压 的负弯 矩 区。对 于正 弯矩 区 ， 箱梁 与混 凝土 钢 均各 自发挥 着 自己的优 势 ， 同参 与 工作 。而对 于负 共 弯 矩 区则 恰 好相 反 ， 凝 土承 受 拉应 力 ， 缘 钢板 承 混 下
■ 张锐， 杰 （ 何 北京市市政 工程研 究院， 北京 １０ ３） ０ ０ ８
【 要 】 通 过 实测 某 钢 － 摘 混凝 土 组 合 连 续 梁 负 弯矩 区在 等 效
工 作 。在 混凝 土 退 出工 作 后 ，截 面 中性 轴位 置将 降
低 。本 文将通 过静 力 试验对 某 ３跨钢 一 混凝 土组 合梁
压 的正 弯矩 区 ， 同时存 在 上 缘混 凝 土 受拉 ， 缘钢 也 下
截面 积 为 。 的钢 单 元 ， 其保 持 合 力 大 小 不变 ， 使
且应 变相 等 ， ： 则
ｏｃ ｔ， ＇ ＝ ｒＡ Ａ （） １
Ｅ Ｅ
＝
… （） ２
由以上二 式可得 ：
（） ３
受压应 力 。在 设计 时 ， 常不 考虑 混凝 土参 与 工 作 ， 通 而 实际上 ，该位 置 混凝 土 在 一定 程 度 上并 没有 退 出
１ 概 述
随着 城 市建 设 的 发展 ， 通 量迅 速 增 长 ， 来 越 交 越 多 的城 市立 交 中采 用 了大 跨 径 的钢 一 凝 土 组 合 梁 混
结 构 。这种 结 构 跨越 能 力 大 ， 使用 年 限长 ， 面 高度 截 小 ， 工 时不用 满 堂 支架 ， 施 能最 大程 度 地 减 少施 工对
式 中 ，Ｅ 钢与 混凝 土弹性 模 量之 比。 ｎ为 ２２ 混 凝土 翼板等 效 宽度 ．
从弹性 力 学理 论可知 ， 组合 梁 承受 荷 载产 生弯 曲
板 受压 的负弯 矩 区。对 于正 弯矩 区 ， 箱梁 与混 凝土 钢 均各 自发挥 着 自己的优 势 ， 同参 与 工作 。而对 于负 共 弯 矩 区则 恰 好相 反 ， 凝 土承 受 拉应 力 ， 缘 钢板 承 混 下
■ 张锐， 杰 （ 何 北京市市政 工程研 究院， 北京 １０ ３） ０ ０ ８
【 要 】 通 过 实测 某 钢 － 摘 混凝 土 组 合 连 续 梁 负 弯矩 区在 等 效
工 作 。在 混凝 土 退 出工 作 后 ，截 面 中性 轴位 置将 降
低 。本 文将通 过静 力 试验对 某 ３跨钢 一 混凝 土组 合梁
压 的正 弯矩 区 ， 同时存 在 上 缘混 凝 土 受拉 ， 缘钢 也 下
截面 积 为 。 的钢 单 元 ， 其保 持 合 力 大 小 不变 ， 使
且应 变相 等 ， ： 则
ｏｃ ｔ， ＇ ＝ ｒＡ Ａ （） １
Ｅ Ｅ
＝
… （） ２
由以上二 式可得 ：
（） ３
受压应 力 。在 设计 时 ， 常不 考虑 混凝 土参 与 工 作 ， 通 而 实际上 ，该位 置 混凝 土 在 一定 程 度 上并 没有 退 出
钢-混凝土组合连续梁桥负弯矩区受力改善措施对比
图 1 全桥上部结构布置（ 单位： mm）
2 施工方案
考虑混凝土桥 面 板 整 体 浇 筑、改 变 混 凝 土 浇 筑 顺 序、支 座强迫位移 和 预 压 法 四 种 施 工 方 法，设 计 以 下 四 种 施 工 方 案。图 1 中，等高段混凝土为先浇混凝土，变高段混凝土为 后浇混凝土。 2．1 桥面板整体浇筑
－ 51．25
桥面铺装及附属设施施工
69．55
－ 93．36
（ b） 改变混凝土浇筑顺序
施工阶段
最大值
最小值
钢梁架设
14．87
－ 12．09
正弯矩区混凝土浇筑
45．71
－ 37．14
负弯矩区混凝土浇筑
57．79
3 有限元模型建立
采用 Midas / civil 软件建立全 桥 梁 单 元 模 型，如 图 3 所 示。通过施工阶段联合截面模拟钢梁的架设和混凝土顶板 的浇筑。支座顶升通过节点强制位移模拟。
荷载考虑自重、二 期 恒 载、温 度 作 用、汽 车 荷 载、混 凝 土 收缩徐变和支座沉降等荷载作用。
筑后钢梁应力最大，最大拉应力为 121．59 MPa，最大压应力
【关键词】 组合梁； 负弯矩区； 施工方法； 裂缝宽度
【中图分类号】 U448．21+ 5
【文献标志码】 A
钢－混凝土组合梁桥将混凝土和钢材结合起来共同参与 受力，发挥了混凝土的抗压性能和钢材的抗拉性能［1］。在连 续梁中，中支点处存在负弯矩区，使得混凝土板在拉应力作 用下容易开裂。混凝土板开裂不仅降低截面刚度，还会使有 害介质渗入裂缝，腐蚀钢筋、连接键和钢梁，影响组合梁的耐 久性［2］。因此，负弯矩区的混凝土裂缝控制成为组合连续梁 桥设计的重点环节。
20030901负弯矩作用下考虑滑移效应的组合梁承载力分析
Key words: steel-concrete composite beam; negative bending; slip; elasticity; load-carrying capacity
1 引言
现有规范均要求组合梁负弯矩区采用完全抗 剪连接设计[1] 但对于常用的栓钉 槽钢等柔性抗 剪连接件 由于连接件的变形 不存在无滑移的完 全连接状态 即便在荷载水平较低的正常使用极限 状态 钢梁与混凝土板之间的滑移也不为零 滑移
量
上述研究所提出的栓钉剪切刚度是根据混凝
土处于受压状态下的推出试验得到的 与组合梁正
弯矩区的受力状态相似 但连续组合梁的试验表明 [11] 负弯矩区栓钉连接件的性能并没有明显降低
万方数据
负弯矩作用下考虑滑移效应的组合梁承载力分析
179
因此可以认为上述剪切刚度取值对于负弯矩区同
样适用
根据假设和以上分析 钢梁与混凝土间的剪力
本文首先根据栓钉的刚度方程和滑移微分方 程求解了连续组合梁负弯矩区的滑移及滑移应变 然后根据典型荷载工况下的滑移应变解 分析了组 合截面的实际应变分布 并推导了组合梁在负弯矩 作用下的弹性抗弯承载力计算公式
2 负弯矩作用下的滑移分析
2.1 计算模型 已有的试验研究表明 柔性抗剪连接件在传递
钢梁与混凝土翼板之间的剪力时会发生变形 引起 交界面的相对滑移变形 从而使截面曲率增大 弯 曲刚度减小 其他理论和试验结果也表明[5,7] 在拉 力作用下 钢筋和混凝土之间也会产生粘结 滑移 现象 使得钢筋应变产生一定程度的滞后 引起截 面曲率增大 但进一步的研究表明 钢筋与混凝土 间的滑移一般不超过钢梁与混凝土翼板间滑移的 10% 在分析中可以忽略[6]
析计算时需要对剪切刚度的表达式进行合理的简
组合梁在负弯矩作用下的刚度分析
h
α3
(23)
L/2
L/2
P
(1)
q
L
L/2-b 2b L/2-b P/2 P/2 (2)
P L
(3)
(4)
图 3 各工况计算简图
Fig.3 Loading cases
因为实际使用的组合梁都有αL > 4 ，所以计算
附加挠度的公式可以近似简化为：
∆ f1
= − βP [ L h 2α 2
− 1] α3
(25)
式中 k1 是荷载分项系数的影响系数，对于本次试 验，可以取 k1=1.4；k2 是构件材料实际强度与设计
3件使用的是 A3 钢 和 II 级钢筋作为主要的受力材料，通过对其设计强
度和实际强度的对比计算，本批构件中 k2=1.37。
800
110
1400
图中，ys 表示钢梁顶端到钢梁形心的距离；yr 表示钢筋形心到钢梁顶端的距离。s1 表示钢梁和混 凝土之间的相对滑移，s2 表示钢筋和混凝土之间的 相对滑移。
３ 负弯矩作用下的截面刚度分析
根据假设 1 和假设 2，可以得到：
pv = K1 s1
(1)
式中，p 是栓钉的间距，v 是单位长度上的剪力。
本文将钢梁和钢筋都视为完全弹性材料，同时 考虑钢梁与混凝土板之间的剪切滑移和混凝土与 钢筋之间的粘结滑移的影响，通过建立相对滑移的 微分方程来考察组合梁在负弯矩作用下的刚度，并 与试验结果进行了对比分析。结果对计算悬臂梁的 挠度具有实用参考价值，同时为进一步研究连续梁 的刚度建立了理论基础。
根据试验结果，使用荷载下负弯矩区的钢梁下 翼缘和钢筋都没有屈服，处于弹性工作阶段。因此 为简化起见，在分析滑移效应对刚度的影响时，可 以近似地将组合梁作为弹性体来考虑，并作出如下 几点基本假设：
钢—混凝土组合梁负弯矩区受力性能及开裂控制的试验及理论研究的开题报告
钢—混凝土组合梁负弯矩区受力性能及开裂控制的试验及
理论研究的开题报告
一、研究背景
钢—混凝土组合梁由于充分发挥了钢材和混凝土各自的优势，在现代建筑结构中得到了广泛应用。
在组合梁中，钢材承受拉力、混凝土承受压力，二者相互协作，可
以充分发挥构件的受力性能和整体性能，且满足现代建筑结构对于高强度、高刚度和
高耐久性等需求。
组合梁中，混凝土基本上只承受正弯矩，而钢材则承受正、负弯矩。
为了使组合梁充分发挥其优越的受力性能，需要对其在负弯矩工作状态下的受力性能和开裂控制
进行深入研究。
二、研究内容
本研究旨在通过实验和理论研究，探究钢—混凝土组合梁负弯矩区的受力特性和开裂控制。
具体研究内容包括：
1.以常规型号的钢—混凝土组合梁为研究对象，通过力学试验测试其在负弯矩工作状态下的力学性能和开裂控制情况。
2.基于现有的地震破坏经验和理论分析，建立组合梁在负弯矩作用下的数值模拟模型，并通过有限元分析方法进行分析，探究组合梁开裂承载能力和破坏模式。
3.通过实验和理论计算等方法，研究钢—混凝土组合梁负弯矩区的开裂控制方法，尤其是混凝土裂缝宽度控制的有效性和影响因素。
三、研究意义
本研究对于钢—混凝土组合梁在负弯矩工作状态下的受力特性和开裂控制等问题进行深入探究和研究，可以探讨出一系列问题的解决方案，具有较高的理论和实用价值。
同时，本研究的成果可以为工程领域的设计和结构分析提供科学依据和技术支持，推进钢—混凝土组合梁在建筑领域的应用和推广。
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是 有缺 陷的 ， 而且 混 凝 土 开裂 对 桥 梁 的 耐久 性 和
ｌ ×２ 简 支 变 连 续 组 合 结 构 Ｔ 型 梁 。桥 宽 ６ ７ｍ
２ ． 双 向 ６车道 ， 面系结构 横 断面见 图 １ ４ ５ｍ， 桥 。
＇４ １ 【 ｌ
使用年限有很大影响 。 因此 ， 何 有 效 抵 抗 支 点 如
料， 为减小 钢束 预应力 损失 ， 利用 施加 预应 力法 ＋
２ 施 加 预 应 力 法
工 地现浇补 偿 收缩混 凝 土 （ 微膨 胀混 凝 土） 明 或 能
显 提高梁 的刚 度 ， 而减 小 支点 处 的位 移 。因此 ， 从 在 支座 反 力 作 用 下 ， 点 处 位 移 变 化 很 小 ， 以 支 可
影 响 因 素进 行 对 比分 析 。通 过 采 用 有 限元 软 件 建立 仿 真 模 型 进 行 分 析 ， 而 得 出 这 ２种 方 法 对 从 结 合 梁 负 弯 矩 区 的影 响差 异 。在 算 例 中通 过 对 计 算 结 果进 行 分 析 对 比 ， 明 ２ 方 法 都 能 较 好 地 证 种
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱＲｘ
０ １ １
Ｒｚ
０ １ １
持 受压 状 态 。与 强 配 筋 法 相 比 ， ２ ０ｋ 的支 在 ０ Ｎ
座 反力 作用 下 ， 桥面大 部分 板仍 然处 于受 压状态 ，
仅 小部 分 区域 出现 拉 应 力 ， 而 可 以推 迟 负 弯 矩 从 区混凝 土板 的开 裂 ， 小 裂纹 宽 度 。根 据 相关 资 减
总第 ２１ ５ 期 ２１ ０ ２年第 ２ 期
Ｔｒ ｎ ｐ ｒａｉｎＳ ｉｎ ｅ＆ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｓ ｏ ｔｔ ｃｅ ｃ ｏ ｃ ｎ ｌｇ
交
通
科
技
Ｓｅ ｉ１Ｎ ｏ ５１ ｒａ ．２ Ｎ ｏ ２ Ａ ｐｒ ２０１ ． ． ２
某 结 合 梁桥 面板 负 弯矩 区受 力 分 析
验 目的 ， 合边 、 综 中跨 的受 力特 点 ， 截 取边 跨 与 拟
（ 留桥 梁正 弯矩 区段 ） 保 。在 此 有 限元 模 型 中 ， 组 合 梁 中桥面 板 部 分 采 用 实 体 单元 ，ＭＩ ＤＡＳ建模
中跨 之间 的负 弯 矩 区段 ， 即最 不 利荷 载工 况 下 的 反 弯 点之 间 、 度 １ 的 主 梁 段 为 试 验 对 象 。 长 ８ｍ 原 结 构主 梁横 截 面 构造 见 图 ２ 该 图 中未 示 出连 ，
接 件 的布 置 。
时尽量使 用六 面体单 元 ， 在需 要 调 整 时使 用 三 角
棱 柱体 单元进 行过 渡 。当实 体单元 和具 有旋转 自 由度 的板单 元 连 接 时 ， 以使 用 刚 性 连 接 （ 节 可 主 点 、 属节点 ） 使 用 刚性 辅 助 梁 ， 而 保证 旋 转 从 或 从 自由度的连 续 性 。钢 板 梁 部分 采 用 厚 板单 元 ， 考 虑厚 板的剪 切变 形 ， 分 模 型 时尽 量 采 用 四边 形 细 板单 元 ， 局部 连接 处采 用三 角形 板单元 进行 调整 。 桥梁 的边界 条 件处 理 包 括 ２个方 面 ： 面板 桥 与钢 板梁之 间 的连 接 按 刚 接考 虑 ， 剪 连 接 件按 抗 完全 抗剪设 计 ， 考 虑 两者 之 间 的相 对 滑 移 。钢 不 板梁 与下部 结构 的连 接按 实际支 座 的布 置情况进 行约 束处理 Ｌ 。同时 ， 虑钢 板梁 底 的钢板 变位 。 ４ ］ 考
自由 度
类型 １ 类型 ２ 类型 ３
可见 ， 加 预应 力 法 可 以有效 地 控 制 支 点处 施 混 凝 土的拉 应力 ， 支 点 处 混 凝 土在 一 定 阶段保 使
Ｒｙ
０ １ １
Ｄｘ
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Ｄｙ
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Ｄｚ
１ １ １
负弯矩 成为设 计考 虑 的重要 问题［ ］ ２ 。 该特大 桥是巫 山至奉节 高速 公路 的控制性 工 程， 主桥 为 钢桁 架 式 拱 桥 ， 式 拱 上 建 筑 。主 跨 梁 ４ ０ｍ， ０ 净矢 高 ８ 矢 跨 比为 １５ ０ｍ， ／ 。桥 面 板采 用
从 耐久性 和 强度 来看 ， 于负 弯 矩 区 的组 合 结 构 处
减 小 连 续 梁 组 合 结构 负 弯矩 区 的应 力 。 关键词 组 合 结 构 负 弯矩 区 预 应力 法 静 位 移 法
钢一 凝 土组 合 结 构适 宜 于 中 小跨 径 简 支 桥 混 梁 ， 对 于连 续梁桥 而 言 ， 但 采用 组合结 构会 使 负弯
矩 区 内混 凝 土 桥 面 板 受 拉 ， 钢梁 的 下翼 缘 受 压 。
ａ 中 支 点 横 截 面 ）
ｂ 跨 中 横 截 面 ）
图 ２ 原 结 构 横 截 面 图 （ 位 ： ｍ） 单 ａ ｒ
收 稿 日期 ： ０ ２０ － ２ ２ １ － １１
２１ 年第 ２ ０２ 期
张文锋
王
杰： 某结合梁 桥面板负弯矩区受力分析
支 座 约束类 型见 表 １ 。
表 １ 约 束 类 型
张 文锋 王 杰
（． 汉 市 政 工 程 设 计 研 究 院 有 限 责 任 公 司 武 汉 １武 ４ ０ １ ；． ３０ ４ ２ 中铁 大 桥 局 集 团 设 计 分 公 司 武 汉 ４０５） ３ ０ ４
摘
要
为 了 准 确反 映连 续 组 合 结 构 桥 梁 负 弯 矩 区 的 受 力情 况 ， 施 加 预应 力 法 、 位 移 法 ２个 将 静
１１ ０ ０
Ｉ ０ ｌ ０
３ｌ ７
图 １ 桥 面 系 结 构 跨 中横 断 图 （ 位 ：ｍ） 单 ｃ
为保 证计算 结 果 ， 型 拟 按 照原 实 际 设计 尺 模
１ 模 型
寸进 行 建 模 。选 择 ３ ７ｍ 连 续 梁 为 标 准计 算 ×２
根 据试 验报 告 中提 出 的模 型 、 载 方 案 及 实 加
ｌ ×２ 简 支 变 连 续 组 合 结 构 Ｔ 型 梁 。桥 宽 ６ ７ｍ
２ ． 双 向 ６车道 ， 面系结构 横 断面见 图 １ ４ ５ｍ， 桥 。
＇４ １ 【 ｌ
使用年限有很大影响 。 因此 ， 何 有 效 抵 抗 支 点 如
料， 为减小 钢束 预应力 损失 ， 利用 施加 预应 力法 ＋
２ 施 加 预 应 力 法
工 地现浇补 偿 收缩混 凝 土 （ 微膨 胀混 凝 土） 明 或 能
显 提高梁 的刚 度 ， 而减 小 支点 处 的位 移 。因此 ， 从 在 支座 反 力 作 用 下 ， 点 处 位 移 变 化 很 小 ， 以 支 可
影 响 因 素进 行 对 比分 析 。通 过 采 用 有 限元 软 件 建立 仿 真 模 型 进 行 分 析 ， 而 得 出 这 ２种 方 法 对 从 结 合 梁 负 弯 矩 区 的影 响差 异 。在 算 例 中通 过 对 计 算 结 果进 行 分 析 对 比 ， 明 ２ 方 法 都 能 较 好 地 证 种
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱＲｘ
０ １ １
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持 受压 状 态 。与 强 配 筋 法 相 比 ， ２ ０ｋ 的支 在 ０ Ｎ
座 反力 作用 下 ， 桥面大 部分 板仍 然处 于受 压状态 ，
仅 小部 分 区域 出现 拉 应 力 ， 而 可 以推 迟 负 弯 矩 从 区混凝 土板 的开 裂 ， 小 裂纹 宽 度 。根 据 相关 资 减
总第 ２１ ５ 期 ２１ ０ ２年第 ２ 期
Ｔｒ ｎ ｐ ｒａｉｎＳ ｉｎ ｅ＆ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｓ ｏ ｔｔ ｃｅ ｃ ｏ ｃ ｎ ｌｇ
交
通
科
技
Ｓｅ ｉ１Ｎ ｏ ５１ ｒａ ．２ Ｎ ｏ ２ Ａ ｐｒ ２０１ ． ． ２
某 结 合 梁桥 面板 负 弯矩 区受 力 分 析
验 目的 ， 合边 、 综 中跨 的受 力特 点 ， 截 取边 跨 与 拟
（ 留桥 梁正 弯矩 区段 ） 保 。在 此 有 限元 模 型 中 ， 组 合 梁 中桥面 板 部 分 采 用 实 体 单元 ，ＭＩ ＤＡＳ建模
中跨 之间 的负 弯 矩 区段 ， 即最 不 利荷 载工 况 下 的 反 弯 点之 间 、 度 １ 的 主 梁 段 为 试 验 对 象 。 长 ８ｍ 原 结 构主 梁横 截 面 构造 见 图 ２ 该 图 中未 示 出连 ，
接 件 的布 置 。
时尽量使 用六 面体单 元 ， 在需 要 调 整 时使 用 三 角
棱 柱体 单元进 行过 渡 。当实 体单元 和具 有旋转 自 由度 的板单 元 连 接 时 ， 以使 用 刚 性 连 接 （ 节 可 主 点 、 属节点 ） 使 用 刚性 辅 助 梁 ， 而 保证 旋 转 从 或 从 自由度的连 续 性 。钢 板 梁 部分 采 用 厚 板单 元 ， 考 虑厚 板的剪 切变 形 ， 分 模 型 时尽 量 采 用 四边 形 细 板单 元 ， 局部 连接 处采 用三 角形 板单元 进行 调整 。 桥梁 的边界 条 件处 理 包 括 ２个方 面 ： 面板 桥 与钢 板梁之 间 的连 接 按 刚 接考 虑 ， 剪 连 接 件按 抗 完全 抗剪设 计 ， 考 虑 两者 之 间 的相 对 滑 移 。钢 不 板梁 与下部 结构 的连 接按 实际支 座 的布 置情况进 行约 束处理 Ｌ 。同时 ， 虑钢 板梁 底 的钢板 变位 。 ４ ］ 考
自由 度
类型 １ 类型 ２ 类型 ３
可见 ， 加 预应 力 法 可 以有效 地 控 制 支 点处 施 混 凝 土的拉 应力 ， 支 点 处 混 凝 土在 一 定 阶段保 使
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负弯矩 成为设 计考 虑 的重要 问题［ ］ ２ 。 该特大 桥是巫 山至奉节 高速 公路 的控制性 工 程， 主桥 为 钢桁 架 式 拱 桥 ， 式 拱 上 建 筑 。主 跨 梁 ４ ０ｍ， ０ 净矢 高 ８ 矢 跨 比为 １５ ０ｍ， ／ 。桥 面 板采 用
从 耐久性 和 强度 来看 ， 于负 弯 矩 区 的组 合 结 构 处
减 小 连 续 梁 组 合 结构 负 弯矩 区 的应 力 。 关键词 组 合 结 构 负 弯矩 区 预 应力 法 静 位 移 法
钢一 凝 土组 合 结 构适 宜 于 中 小跨 径 简 支 桥 混 梁 ， 对 于连 续梁桥 而 言 ， 但 采用 组合结 构会 使 负弯
矩 区 内混 凝 土 桥 面 板 受 拉 ， 钢梁 的 下翼 缘 受 压 。
ａ 中 支 点 横 截 面 ）
ｂ 跨 中 横 截 面 ）
图 ２ 原 结 构 横 截 面 图 （ 位 ： ｍ） 单 ａ ｒ
收 稿 日期 ： ０ ２０ － ２ ２ １ － １１
２１ 年第 ２ ０２ 期
张文锋
王
杰： 某结合梁 桥面板负弯矩区受力分析
支 座 约束类 型见 表 １ 。
表 １ 约 束 类 型
张 文锋 王 杰
（． 汉 市 政 工 程 设 计 研 究 院 有 限 责 任 公 司 武 汉 １武 ４ ０ １ ；． ３０ ４ ２ 中铁 大 桥 局 集 团 设 计 分 公 司 武 汉 ４０５） ３ ０ ４
摘
要
为 了 准 确反 映连 续 组 合 结 构 桥 梁 负 弯 矩 区 的 受 力情 况 ， 施 加 预应 力 法 、 位 移 法 ２个 将 静
１１ ０ ０
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３ｌ ７
图 １ 桥 面 系 结 构 跨 中横 断 图 （ 位 ：ｍ） 单 ｃ
为保 证计算 结 果 ， 型 拟 按 照原 实 际 设计 尺 模
１ 模 型
寸进 行 建 模 。选 择 ３ ７ｍ 连 续 梁 为 标 准计 算 ×２
根 据试 验报 告 中提 出 的模 型 、 载 方 案 及 实 加