钢混组合梁设计计算要点 吴冲

《公路钢结构桥梁设计规范》吴冲同济大学桥梁工程系Tel.021－65983116-2605cwu@交通部行业标准同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong12013-7-12大连1公路钢结构桥梁极限状态)承载能力极限状态¾包括构件和连接的强度破坏、结构、构件丧失稳定及结构倾覆¾按承载能力极限状态设计要求计算作用设计值效应的基本组合，组合表达式中的作用采用标准值，并乘以作用分项系数¾各种作用的分项按现行《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60）的规定取用)正常使用极限状态¾包括影响结构、构件正常使用的变形、振动及影响结构耐久性的局部损坏¾按正常使用极限状态,采用不计冲击力的汽车车道荷载频遇值（频遇值系数取为1.0）的计算挠度值)疲劳极限状态¾按疲劳设计荷载计算¾无限寿命设计：应力幅小于S -N 曲线的截止应力幅¾有限寿命设计：基于S -N 曲线和应力幅的线性累计损伤准则同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong 22013-7-12大连2 材料及设计指标)钢材牌号¾《碳素结构钢》GB/T 700 ：Q235钢¾《低合金高强度结构钢》GB/T 1591：Q345、Q390和Q420钢)钢材等级¾当桥梁的工作温度t 处于0℃≥t ＞-20℃时Q235和Q345：C 级，冲击韧性应满足试验温度0℃的要求Q390和Q420 ：D 级，冲击韧性应满足试验温度-20℃的要求；¾当桥梁工作温度处于t ≤-20℃时候，Q235和Q345 ：D 级，冲击韧性应满足试验温度-20℃的要求 Q390和Q420 ：E 级，冲击韧性应满足试验温度-40℃的要求。

同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong32013-7-12大连2 材料及设计指标)冲击韧性27-40E34-20D 340CQ42027-40E 34-20D 340CQ39027-40E 34-20D 340CQ34527-20D 270C Q235冲击韧性（J ）试验温度（℃）质量等级钢材牌号同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong 42013-7-12大连2 材料及设计指标)钢材设计指标：f d =f y /1.25425165285>50～100450175305>35～50480185320>16～35500195335≤16Q420钢395150265>50～100420160280>35～50440170295>16～35465180310≤16Q390钢330125220>50～100350135235>35～50390150260>16～35410160275≤16Q345钢24590165>60～10025595170>40～60270100180>16～40275105185≤16Q235钢f cd f vd f d 厚度(mm)牌号端面承压（刨平顶紧）抗剪抗拉、抗压和抗弯钢材同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong 52013-7-12大连3 结构变形与刚度)采用不计冲击力的汽车车道荷载频遇值（频遇值系数取为1.0）的计算挠度值不应超过下表规定表4.2.1 竖向挠度限值l / 300悬索桥加劲梁l / 400斜拉桥主梁l / 300梁的悬臂端部l / 500简支或连续板梁l / 500简支或连续桁架限值桥梁结构形式注：表中l 为计算跨径，l 1为悬臂长度。

浅谈钢混结合段实用构造及计算方法摘要：以开原市大清河大桥主拱钢混结合段为例，分析钢混结合段的实用构造及计算方法，综合运用空间分析和平面计算相结合的方法，准确高效地进行结构受力变化分析，保证结构受力安全合理。

关键词：主拱钢混结合1、情况简介大清河大桥主桥采用梁拱组合结构，主梁为70+120+90+50=330m的变截面预应力混凝土连续梁，主跨钢拱在120m+90m的主跨范围内设置，钢拱外倾为展翅形。

梁拱组合部分桥型布置图如下图。

图1梁拱组合部分桥型布置图2、设计与计算2.1、要点本桥由于跨径大，且为不对称跨径，所以主桥主跨采用梁拱组合共同受力结构。

由于主跨钢拱为异形拱，本桥受力难点之一为拱梁相接位置钢混结合段的受力分析。

由于主跨钢拱异形外倾，所以受弯剪扭作用效应均很大，故本次设计对该部位进行了细致的分析。

S0位置钢混段预应力布置图2.2、钢混结合段内力表使用《MIDAS》软件建立整体空间模型，计算分析并得出钢混结合段位置的内力结果，为后续的计算分析提供设计依据，具体计算结果见下表。

钢混结合段内力表2.3、平面分析计算通过excel编制的计算表格，对钢混结合面钢结构部分和混凝土部分分别进行计算分析。

钢截面验算：混凝土截面验算：2.3、空间分析计算采用Midas Civil 2010 ( V7.8.0 Release No.1) 对所计算部位进行建模分析。

结构计算模型图钢结构应力结果来看，最大峰值应力为117Mpa，整个结构多数应力均低于100Mpa，S0钢混段钢结构受力良好。

混凝土结构结果来看，最大峰值拉应力为3.67Mpa，但是以上应力只在很小的区域出现，且扩散较快；最大峰值压应力为23.19Mpa，且扩展较快，整个混凝土结构普遍应力在2Mpa~20Mpa之间，满足规范要求。

4、结语该桥的钢混结合段受力复杂，同时受到弯、剪、扭共同作用，且轴力很小，属于大偏心受弯构件。

因此我们采用了空间分析和平面分析相结合的计算分析方式，充分利用了空间分析和平面分析各自的优点，为类似结构的计算分析提供了一定参考。

钢与砼组合梁计算钢与混凝土组合梁是一种常用于建筑和桥梁结构中的梁。

它由一块钢板和一块混凝土板组成，这种结构使得梁具有更好的承载能力和抗弯刚度。

以下是钢与混凝土组合梁计算的一般步骤。

1.确定梁的截面形状和尺寸。

根据设计要求和荷载条件，选择合适的梁截面形状，如矩形、T型或箱形梁，并确定梁的净高、有效宽度和厚度。

2.计算混凝土梁的自重。

根据混凝土的密度和梁的净高、有效宽度、厚度来计算混凝土的自重，并与设计荷载进行比较。

3.计算混凝土梁的弯矩承载力。

根据混凝土的弯矩-曲率曲线和挠度极限的要求，计算混凝土组合梁的弯矩承载力，并进行比较。

4.计算钢梁的弯矩承载力。

根据钢材的强度和弯矩-曲率曲线，计算钢梁的弯矩承载力，并进行比较。

5.计算混凝土梁与钢梁的相对刚度。

根据不同材料的弹性模量和惯性矩，计算混凝土梁与钢梁的相对刚度，并进行比较。

6.判断梁的工作状态。

根据设计荷载和比较结果，判断梁在不同工作状态下的安全性和可靠性。

上述步骤仅为一般计算步骤，具体计算过程可能会因设计要求和荷载条件的不同而有所变化。

同时，在计算过程中还需要考虑其他因素，如梁的支座条件、横向荷载效应、动力荷载、温度变形等。

需要注意的是，钢与混凝土组合梁的计算是一个较为复杂的工程问题，需要专业的知识和经验。

因此，在进行钢混凝土组合梁计算时，需要遵循相关的设计规范和标准，并交由专业人士进行计算和审查。

总结起来，钢与混凝土组合梁的计算过程涉及到多个步骤，其中包括梁的截面形状和尺寸的确定、混凝土梁和钢梁的弯矩承载力的计算、相对刚度的比较以及梁的工作状态的判断。

这些步骤需要考虑到设计要求和荷载条件的不同，并且需要遵循相关的设计规范和标准进行计算。

在进行钢与混凝土组合梁计算时，应该委托专业人士进行计算和审查，以确保梁的安全性和可靠性。

《公路钢结构桥梁设计规范》吴冲同济大学桥梁工程系Tel.021－65983116-2605cwu@交通部行业标准同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong12013-7-12大连1公路钢结构桥梁极限状态)承载能力极限状态¾包括构件和连接的强度破坏、结构、构件丧失稳定及结构倾覆¾按承载能力极限状态设计要求计算作用设计值效应的基本组合，组合表达式中的作用采用标准值，并乘以作用分项系数¾各种作用的分项按现行《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60）的规定取用)正常使用极限状态¾包括影响结构、构件正常使用的变形、振动及影响结构耐久性的局部损坏¾按正常使用极限状态,采用不计冲击力的汽车车道荷载频遇值（频遇值系数取为1.0）的计算挠度值)疲劳极限状态¾按疲劳设计荷载计算¾无限寿命设计：应力幅小于S -N 曲线的截止应力幅¾有限寿命设计：基于S -N 曲线和应力幅的线性累计损伤准则同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong 22013-7-12大连2 材料及设计指标)钢材牌号¾《碳素结构钢》GB/T 700 ：Q235钢¾《低合金高强度结构钢》GB/T 1591：Q345、Q390和Q420钢)钢材等级¾当桥梁的工作温度t 处于0℃≥t ＞-20℃时Q235和Q345：C 级，冲击韧性应满足试验温度0℃的要求Q390和Q420 ：D 级，冲击韧性应满足试验温度-20℃的要求；¾当桥梁工作温度处于t ≤-20℃时候，Q235和Q345 ：D 级，冲击韧性应满足试验温度-20℃的要求 Q390和Q420 ：E 级，冲击韧性应满足试验温度-40℃的要求。

同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong32013-7-12大连2 材料及设计指标)冲击韧性27-40E34-20D 340CQ42027-40E 34-20D 340CQ39027-40E 34-20D 340CQ34527-20D 270C Q235冲击韧性（J ）试验温度（℃）质量等级钢材牌号同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong 42013-7-12大连2 材料及设计指标)钢材设计指标：f d =f y /1.25425165285>50～100450175305>35～50480185320>16～35500195335≤16Q420钢395150265>50～100420160280>35～50440170295>16～35465180310≤16Q390钢330125220>50～100350135235>35～50390150260>16～35410160275≤16Q345钢24590165>60～10025595170>40～60270100180>16～40275105185≤16Q235钢f cd f vd f d 厚度(mm)牌号端面承压（刨平顶紧）抗剪抗拉、抗压和抗弯钢材同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong 52013-7-12大连3 结构变形与刚度)采用不计冲击力的汽车车道荷载频遇值（频遇值系数取为1.0）的计算挠度值不应超过下表规定表4.2.1 竖向挠度限值l / 300悬索桥加劲梁l / 400斜拉桥主梁l / 300梁的悬臂端部l / 500简支或连续板梁l / 500简支或连续桁架限值桥梁结构形式注：表中l 为计算跨径，l 1为悬臂长度。

横隔板刚度验算一、基本设计横隔板设计为实腹式，中间预留过人孔；在支座处横隔板加厚加密，间距1m ，厚度14mm ；在跨中段横隔板间距3m ，厚度12mm 。

在验算横隔板刚度时，取边支座、中支座和跨中段横隔板进行检算。

参考书籍《现代钢桥》（吴冲），横隔板按挖空比率可分为实腹式、框架式和桁架式。

定义开口率按公式1-1计算：ρ=√bℎBH ⁄当ρ≤0.4 时，横隔板可视为实腹式，主要考虑剪应力；当ρ≥0.8 时，为桁架式，可简化为仅受轴力的杆件；当0.4<ρ<0.8 时，横隔板受力性质介于实腹式和桁架式之间，简化为框架处理，考虑轴力和抗弯，横隔板类型判断如表2。

图1 横隔板开口率 表2 横隔板类型中支座处 跨中处 边支座处 横隔板厚度B （mm ） 0.014 0.012 0.014 横隔板面积A （mm 2） 24.838 13.425 18.860 横隔板开口面积A 1（mm 2）1.766 1.766 1.766 开口率ρ 0.267 0.363 0.306 横隔板类型实腹式实腹式实腹式二、计算根据规范《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64-2015)规定，为了防止钢箱梁出现过大的畸变和面外变形，需要设置中间横隔板。

横隔板间距、刚度及近似应力验算方法采用日本公路钢结构桥梁设计指南中的规定。

（1-1）BA=HBhbHA 1=bh位置参数1、 横隔板间距采用公式2-1计算：{L D ≤6m (L ≤50m ) L D ≤0.14L −1且≤20m (L >50m )式中：L ——桥梁等效跨径（m ）。

2、 横隔板刚度为了抵抗箱梁的畸变，横隔板必须有足够的刚度。

横隔板最小刚度K 应该满足下式要求：K ≥20EI dwL d3 I dw={α12F u (1+2b 1B u )2+α22F l (1+2b 2B l )2+2F ℎ(α12−α1α2+α22)} α1=e e +f B u +B l 4H ，α2=f e +f B u +B l4He =I fl B l B u +2B l 12F ℎ，f =I fu B u 2B u +B l12F ℎ式中： L d ——两横隔板间距，按式(1-2)计算； I dw ——箱梁截面主扇性惯矩；E ——钢材的弹性模量；F u ——钢梁上顶板截面积（包括加劲肋）； F l ——钢梁下底板截面积（包括加劲肋）； F ℎ——一个腹板的截面积； I fu ——顶板对箱梁对称轴的惯性矩； I fl ——底板对箱梁对称轴的惯性矩； H ——腹板长度。

2014.7.18 靖江钢桥与组合结构桥梁吴冲同济大学桥梁工程系Tel.021－65981817cwu@同济大学课程2014.7.18 靖江同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong 11. 总体设计☞横截面布置槽形钢梁组合梁桥◆可采用较大的主梁间距，大跨度组合梁可采用1～2根主梁的结构形式。

◆当主梁腹板间距大于6m 时，混凝土桥面板可支承于横梁或横隔板之上。

◆陆路运输时，钢梁宽度控制在3.6m 以内，不得以时不超过6m ，否则需要将主梁分成便于制作和运输的构件单元，并且桥址现场需要具备拼装和焊接的条件。

2014.7.18 靖江小跨径组合梁应用☞上部结构22014.7.18 靖江32014.7.18 靖江4 2014.7.18 靖江51.2014.7.18 靖江同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong6第一节2014.7.18 靖江同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong7第一节2014.7.18 靖江同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong8第一节2014.7.18 靖江同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong9第一节2014.7.18 靖江同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong10第一节☞横断面布置2014.7.18 靖江同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong11第一节☞纵梁2014.7.18 靖江同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong12第一节☞边纵梁2014.7.18 靖江同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong13第一节☞横梁2014.7.18 靖江同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong14第一节☞支座2014.7.18 靖江同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong15第二节☞钢箱主梁构造由顶板、底板、腹板焊接成闭口截面，箱内设置横隔板和纵横加2014.7.18 靖江同济大学吴冲Tongji University, Wu Chong163.☞槽形截面组合梁梁高与用钢量的关系2014.7.18 靖江2014.7.18 靖江3. 2017/1/1318槽形截面组合梁梁高与挠度的关系应力控制设计时，活载挠度均满足要求。

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第一章设计计算书1.1概述1.11设计特点钢-混凝土组合连续梁桥以其结构重量轻，跨越能力大，施工速度快，造型美观等优点得到广泛的应用。

钢-混组合结构具有以下特点：1. 适应大跨径，高桥的快速施工，施工未影响桥下高速路通行。

2钢筋混凝土板通过剪力连接件（采用圆柱型焊钉）与钢箱梁组合在一起形成组合结构，可以充分发挥钢材抗拉性能好，混凝土抗压性能好的特点。

3.对连续梁负弯矩区，利用高强钢材改善受拉区混凝土板的工作条件。

4.自重轻，刚度大，这种结构的刚度略低于预应力混凝土箱梁，但较全钢梁大得多。

由结构力学的知识可知：分孔比较合理的连续梁结构与同跨径的简支梁相比，其跨中截面的弯矩可减少50%左右，而在中支点截面的弯矩增加量一般要大于跨中弯矩的减少量。

对于钢-混凝土组合梁而言，如果采用连续结构，将使得中支点截面承受负弯矩。

也就是使钢筋混凝土桥面板置于受拉区，而将钢梁的下翼缘处于受压区，从理论上讲这样的布局并没有很好的利用混凝土和钢筋的力学特性，钢筋混凝土板受拉与钢梁受压是不利的。

不过，可以通过工程来改进。

钢-混凝土组合连续梁的内力分析方法可以分为弹性设计法和塑性设计法。

由于目前国内对于塑性分析法用的不多，且无系统性的总结。

因此本桥涵设计中采用弹性设计分析法确定钢-混凝土组合连续梁的内力，并按相关公路桥涵设计规范进行内力组合。

弹性分析法是基于一般的结构力学或有限元分析法。

用弹性分析时，须考虑钢梁下面是否有临时支撑。

有临时支撑且达到一定的支承密度时，全部恒载和活载均由组合梁的全断面承担。

而无临时支承时，钢梁自重，混凝土翼缘板自重均由钢梁承担，桥面板二期恒载和活载则由组合断面承担。

在连续组合梁的负弯矩区，混凝土翼缘板受拉开裂。

因为该区段的截面刚度要比正弯矩区段小一些，所以连续组合梁在内力分析时，应按照变截面考虑欧洲规范（ＥＵＲＯＣＯＤＥＮＯ．４）规定，在据支座０．１５ｌ的范围内（ｌ为梁的跨度），在确定主梁的截面刚度时不应考虑混凝土翼缘板的存在，但应计入混凝土板中钢筋的面积。

钢混组合梁计算内容一、截面特性在进行钢混组合梁的计算时，首先需要了解和掌握梁的截面特性，包括截面尺寸、截面惯性矩、截面抵抗矩等。

这些特性决定了梁的刚度和承载能力，是进行后续计算的基础。

二、承载能力承载能力计算是钢混组合梁计算中的重要部分，主要涉及强度和稳定性两个方面。

强度计算需要考虑梁的正应力和剪应力，以确定梁在各种载荷下的安全工作范围。

稳定性计算则关注梁在受压或受弯作用下的失稳极限承载力。

三、稳定性钢混组合梁的稳定性分析包括整体稳定性和局部稳定性。

整体稳定性主要考虑梁的整体弯曲和侧向位移，而局部稳定性关注的是组成梁的各个部件在受压或受弯作用下的稳定性。

四、强度验算强度验算是对钢混组合梁的承载能力的直接检验。

验算过程中需要考虑材料的物理特性、载荷的类型和大小、以及可能的极限状态，如屈服、断裂等。

通过强度验算，可以确定梁在不同载荷下的安全工作应力。

五、刚度验算刚度验算主要关注的是梁在载荷作用下的变形量。

过大的变形可能导致结构失稳或使用功能的丧失。

刚度验算的目标是确定梁在正常使用状态下的允许变形量，以确保结构的安全性和功能性。

六、连接节点钢混组合梁中节点的设计也是计算的重要部分。

节点的设计必须考虑其承载能力、刚度和稳定性，同时还需要考虑施工的可操作性以及结构的防腐和防火性能。

节点的设计直接关系到整体结构的安全性、稳定性和持久性。

七、疲劳强度由于钢混组合梁可能承受周期性变化的载荷，因此需要进行疲劳强度的计算。

疲劳强度计算需要了解载荷的类型、大小、频率以及可能的循环次数，以便评估结构在长期使用过程中的安全性和耐久性。

八、防腐与防火钢混组合梁还需要考虑防腐和防火性能。

由于钢材容易受到腐蚀，因此需要进行有效的防腐处理，如涂装防腐涂料或采用耐腐蚀的合金钢。

同时，还需要考虑结构的防火性能，通过使用耐火材料或进行防火处理来降低火灾对结构安全性的影响。

在防腐与防火设计中，还需考虑材料的物理和化学特性以及环境因素等综合因素，以选择最适合的防腐与防火方案。