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钢-混凝土组合梁结构计算

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钢－混凝土组合梁

结构计算书

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2009年3月

目 录

1. 设计资料 ................................................................................................................................................... 1

2. 计算方法 ................................................................................................................................................... 2

2.1 标准标准 ........................................................................................................................................ 2

2.2 换算原理 ........................................................................................................................................ 2

2.3 计算方法 ........................................................................................................................................ 3

3. 不设临时支撑_计算结果.......................................................................................................................... 3

3.1 组合梁法向应力及剪应力结果..................................................................................................... 4

3.2 施工阶段钢梁竖向挠度结果 ........................................................................................................ 6

3.3 结论 ................................................................................................................................................ 7

3.4 计算过程〔附件〕 ........................................................................................................................ 7

4.设置临时支撑_有限元分析计算 ................................................................................................................ 7

4.1 有限于建模 .................................................................................................................................... 7

4.2 施工及使用阶段结构内力 ............................................................................................................ 9

4.2.1 施工阶段结构内力 .......................................................................................................... 10

4.2.2 使用阶段结构内力 ...........................................................................................................11

4.3 组合梁截面应力 .......................................................................................................................... 13

4.3.1 截面应力汇总 .................................................................................................................. 13

4.3.2 截面应力组合 .................................................................................................................. 15

4.4 恒载作用竖向挠度 ...................................................................................................................... 16

4.4.1 施工阶段竖向挠度 .......................................................................................................... 16

4.4.2 使用阶段恒载作用竖向挠度 .......................................................................................... 16

4.5 结论 .............................................................................................................................................. 16

1

钢－混凝土组合梁结构计算

1. 设计资料

钢－混凝土组合梁桥，桥长m，桥面宽；钢主梁高m(梁端高)，桥面板厚；钢材采用Q345D级，桥面板采用C50混凝土；车辆荷载采用公路-I级车道荷载计算。

图 1 横向布置 (cm)

图 2 桥梁立面 (cm)

表 1 材料力学指标表

材 料 弹性模量

Ec(MPa) 剪切模量

(MPa) 泊松比

ν 轴心抗压强度

标准值fck(MPa) 轴心抗压强度

设计值fcd(MPa) 容许压应力(MPa) 线膨胀

系数α 容重γ(kN/m3)

C50混凝土 34500 13800

表 2材料力学指标表

材 料 弹性模量

Es(MPa) 剪切模量

G(MPa) 泊松比

ν 16～35mm厚钢材屈服点强度fy(MPa) 抗拉、抗压和抗弯强度设计值f(MPa) 弯曲基本容许应力(MPa) 剪切基本容许应力(MPa) 线膨胀

系数α 容重γ(kN/m3)

Q345D钢材 206000 79000 325 295 210 120

钢主梁沿纵向分3个制作段加工，节段长度为13.6+13.64+，边段与中段主要结构尺寸〔图 3〕见下表，其余尺寸详见设计图纸

表 3 钢主梁主要尺寸表

梁高 下翼板 下翼板 腹板厚

2 H(mm) 宽(mm) 厚tf1(mm) 宽(mm) 厚tf2(mm) tw(mm)

边制作段 1600 400 18 2084 24 24

中制作段 1600 400 18 2084 32 24

图 3 钢梁标准构造 (mm)

2. 计算方法

2.1 标准标准

现行《钢结构设计标准》(GB 50017-2003)第11章《钢与混凝土组合梁》针对不直接承受动力荷载的一般简支组合梁及连续组合梁而确定，对于直接承受动力荷载的组合梁，则应采用弹性分析法计算。《铁路桥梁钢结构设计标准》(TB 10002.2-2005)第条也规定：结构构件的内力应按弹性受力阶段确定。尽管弹性分析法(容许应力法)不能充分组合梁的承载能力极限状态，但对于承受动力荷载的桥梁钢结构的强度计算是基本符合结构的实际受力状况的。

计算依据：

1.《钢结构设计标准》(GB 50017-2003)

2.《铁路桥梁钢结构设计标准》(TB 10002.2-2005)

3.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计标准》(JTG D62-2004)

4.《钢－混凝土组合梁设计原理》(第二版).朱聘儒.北京:中国建筑工业出版社,2006

5.《公路桥涵钢结构及木结构设计标准》(JTJ 025-86)

2.2 换算原理

根据总力不变及应变相同的等效条件，将混凝土翼板换算成与钢等效的换算截面；换算过程中要求混凝土翼板截面形心在换算前后保持不变，翼板面积换算转化为翼板宽度的换算。

《公路桥涵钢结构及木结构设计标准》(JTJ 025-86)第条，组合梁混凝土桥面板有效计算宽度be取两梁轴线间的距离，即be=

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钢一混凝土组合梁

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。

钢—混凝土连续组合梁的稳定

钢—混凝土连续组合梁的稳定

编者按：梁的稳定及柱的抗震延性问题历来是工程技术研究人员关注的焦点，因为这关　

系到结构的安全和材料能否有效发挥的问题。而现行设计规范中关于组合梁的稳定设计主　

要沿用钢结构稳定计算方法。在局部失稳方面，采用限制钢梁腹板和翼缘的宽厚比来保证连　

续组合梁塑性铰内力的有效重分布；在整体侧向失稳方面，采用钢梁的侧向失稳设计方法。　

这些做法限制了组合梁的结构及经济性能的有效发挥。对于钢骨高强混凝土柱的延性，现行　

规范是通过控制柱子的轴压力系数大小来保证的。其存在的问题：（１）对钢骨高强混凝土框架　

短柱的轴压力系数限值没做规定；（２）对柱子仅规定了最小配箍率，没有考虑配箍率大小对柱　

子轴压力系数限值的影响，这是不合理的。因此，对上述问题进行研究是非常必要的。　

同济大学和大连理工大学分别对组合梁的失稳和钢骨高强混凝土短柱的延性开展了研　

究，取得了一系列成果，这为我国相关规范的修订和工程设计提供了研究和理论基础。　

钢一混凝土连续组合梁的稳定　

陈世鸣　

（同济大学土木工程学院　上海２０００９２）　

摘　要：连续组合梁的局部失稳和侧向失稳是影响承载能力的重要因素，我国现行设计规范对组合梁的稳定计算主　

要沿用钢结构梁的设计方法，与组合梁实际失隐情况不符。为此，评述了近年来连续组合梁失稳方面的研究进展，介绍了英　

国和欧洲规范以及ＡＡＳＨＴＯ等有关稳定设计方法，可供工程设计人员参考。　关键词：连续组合梁局部失稳侧向失稳设计方法　

ＳＴＡＢＩＬＩＴＹ　ｏＦ　ＳＴＥＥＬ．ＣｏＮＣＲＥＴＥ　ＣｏＮＴＩＮＵｏＵＳ　ＣｏＭＰＯＳＩＴＥ　ＢＥＡＭＳ　

Ｃｈｅｎ　Ｓｈｉｍｉｎｇ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎ￣ｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９２）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｏｃａｌ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｌａｔｅｒａｌ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｒｅ　ｔｗｏ　ｋｅｙ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｔｈａｔ　ｄｏｍｉｎａｔｅ　ｔｈｅ　ｌｏａｄｃａｒｒｙｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｂｅａｍｓ．　Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｔｏ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｂｅａｍｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｃｏｄｅｓ　ａｒｅ　ｂａｓｉｃａｌｌｙ　ｓｔｅｅｌ　ｂｅａｍｓ，ｗｈｉｃｈ　ｄｉｆｆｅｒ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　

钢—混凝土组合梁的变形计算问题探讨

钢—混凝土组合梁的变形计算问题探讨

第３９卷第２期　２　０　１　３年１月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．３９　Ｎｏ．２　Ｊａｎ．　２０１３　・４３・　

文章编号：１００９－６８２５（２０１３）０２—００４３－０３　

钢一混凝土组合梁的变形计算问题探讨　

贾治龙　杨勇良　

（１．中联西Ｉｔ－Ｆ程设计研究院，陕西西安７１００８２；２．西安金地置业投资有限公司，陕西西安７１００７５）　

摘要：对钢一混凝土组合梁的变形计算问题做了探讨，综述了现有的主要方法，然后提出了两点进一步研究的方向：考虑混凝土　材料的离散性和基于变刚度分析的刚度反演，从而使钢一混凝土组合梁设计更加完善。　

关键词：组合梁，变形，刚度，离散　中图分类号：ＴＵ３７５．１　文献标识码：Ａ　

０　引言　

钢—混凝土组合结构由钢构件和钢筋混凝土构件组合而成，　能充分发挥钢材和混凝土的材料特性，形成一系列新颖而且高效　

的结构体系，因此成为目前结构工程领域发展很快的一个方向，　已成功应用于许多超高层建筑、高耸结构、大跨桥梁、结构加固、　地下结构等领域　Ｊ。实践证明，这种结构可以获得优良的性能，　

取得显著的技术经济效益和社会效益。　

其中，钢一混凝土组合梁是重要的横向承重构件，主要由三　

部分组成：钢梁、混凝土和抗剪连接件。混凝土板可现浇，可预　制，也可采用压型钢板混凝土组合板或预应力混凝土板；钢梁可　

采用工字钢、槽钢或箱形钢梁；抗剪连接件的作用是让钢梁与混　凝土翼板协同工作，一般沿钢梁与混凝土板交接面布置。　

钢一混凝土组合梁具有很多突出优点：１）降低梁高。组合简　支梁的设计跨高比范围可以控制在１６～２０之间，连续组合梁的　设计跨高比可以控制在２５～３５之间。对于相同刚度要求的结构　

来说，组合梁可比钢板梁减小截面高度２５％一３０％；２）与钢结构　

２．３预应力筋的张拉　

必须在混凝土强度满足设计要求，无设计要求时混凝士强度　

必须达７５％以上时才可张拉，工程框架及井字梁均采用预应力结　构，合理安排张拉顺序十分重要。必须先张拉次梁，后张拉框架　

钢-混凝土组合梁结构安全分析

钢-混凝土组合梁结构安全分析

２０１１年５月第５期　城市道桥与防洪　桥梁结构　７７　

钢一混凝士组合梁结构安全分析　

吴　健　

（深圳市综合交通设计研究院，广东深圳５１８００３）　

摘　要：该文结合一座上二跨一交通繁忙路口的钢一混凝土组合连续箱梁，详细介绍钢一混凝土组合连续梁的结构没汁、施工工序　并采用合理的计算理论、模型进行结构安全分析，总结了钢一混凝土组合连续梁的优点，对今后同类型桥梁的设计提供参考。　关键词：钢一混凝土组合梁；安全分析；设计；深圳市　中图分类号：Ｕ４４８．２１＂６　文献标识码：Ｂ　文童编号：１００９—７７１６（２０１１）０５—００７７—０３　

１　概况　３施工工序　

近年来，在城市立交桥建设中，钢一混凝土组　

合梁桥被大量采用。与其它桥型相比，钢一混凝土　

组合梁桥充分发挥钢材的高强度和混凝土的抗压　强度，具有造型轻巧美观、跨越能力大、施工便　

捷、节省模板、不中断桥下交通、造价低、行车噪　音小等优点。　

深圳市布龙路五和立交为分离式立交桥，上　

跨交通繁忙的五和大道。两条道路均为城市一级　

主干路，双向６车道。桥梁全长２６６　ｍ，主桥采用　

（３５＋４０＋３５）ｉｎ钢一混凝土组合梁，引桥采用５×３０　ｍ　预应力混凝土简支转连续小箱梁。本文仅对钢一　

混凝土组合梁的结构安全分析进行介绍。　

２　结构设计　

单幅桥宽１３．５１　ｍ，净宽１２．２５　１ｉｌ，两侧分别设　

０．６３　ｍ宽防撞护栏。跨中横断面如图１所示。　

上部结构采用单箱双室断面，桥面横坡由腹　板变高度形成。组合梁由钢箱梁、预应力混凝土桥　

面板及桥面系组成。梁高１．７　ｍ，预制钢箱梁桥梁　

高为Ｉ．３～１．３４５　ｍ，翼板宽０．６　ｍ、厚２５　ｍｍ，腹板厚　

２０　Ｉｎｔｏ，底板宽３０６　ｅＩｎ、厚２５　ｍｍ，底板在支点处加　厚至４０　ｍｌ＇ｎ；桥面板箱梁腹板处厚度为４０　ｃｎｌ，箱　

中心处厚度为３２　ｃｍ，预制模板厚８　ｃｍ。桥面板与　

钢箱梁通过焊钉ＭＬ１５圆柱头焊钉连接形成组合　截面。钢梁材质为Ｑ３４５ｑ—ｃ，桥面板混凝土为ｃ５ｏ