组合结构桥梁第1～3章
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桥梁重点——精选推荐
桥梁重点桥梁重点知识第⼀章1-3桥梁建筑的主要发展趋势怎样？答：桥梁结构将向轻巧、纤细、⼤跨、载重⽅向发展。
（1）设计理论与⽅法：从现代桥梁的发展趋势来看，各种桥型结构都在向⼤跨径发展（2）材料开发与应⽤：将朝着优质，⾼强，轻质新型材料⽅向发展（3）施⼯技术与⼯艺：中⼩跨度桥梁主要向标准化⼯⼚预制，现场安装⽅向发展，⽽且⼤型吊装设备的采⽤越来越⼴泛（4）美学与环境保护：21世纪的桥梁结构必将更加重视建筑艺术造型，重视桥梁美学和景观设计，重视环境保护，达到⼈⽂景观与环境景观的完美结合1-4桥梁由哪⼏部分组成？各组成部分的作⽤是什么？答：桥梁⼀般由上部结构、下部结构、⽀座、附属结构等4部分组成。
作⽤：上部结构，跨越障碍并直接承受车辆和其他荷载的结构物；下部结构，⽀承桥跨结构并将恒载和车辆荷载等传⾄基础的结构物；⽀座，传递荷载，保证上部结构按设计要求能产⽣⼀定的变位；附属结构，指桥梁主体结构之外，根据需要可修建的其他结构物，包括锥形护坡、护岸、导流结构物、防撞设施等附属⼯程。
1-7桥梁按基本结构体系分哪⼏种形式？各有什么特点？答：桥梁按照结构的受⼒体系分类，有梁、拱、索三⼤体系，其中梁桥以受弯⼒为主，拱桥以受压为主，悬索桥以受拉为主。
梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥、斜拉桥。
2-1我国桥梁设计的基本原则和要求有哪些？答：原则：适⽤、经济、安全和美观。
要求：1）使⽤上的要求；2）经济上的要求；3）安全上的要求；4）美观上的要求。
2-2我国桥梁设计的基本程序⼀般分哪⼏个阶段，每⼀阶段的主要内容是什么？答：包括桥梁规划设计、初步设计、技术设计和施⼯图设计4个阶段。
桥梁规划设计，⼀般分为“预可”和“⼯可”阶段。
2-4试述梁纵、横断⾯设计的主要内容及设计要点。
答：梁纵断⾯设计主要确定桥梁的总跨径、桥梁的分孔、桥⾯标⾼与桥下净空，桥上与桥头的纵坡布置以及基础的埋置深度等。
梁横断⾯设计，主要是决定桥⾯的宽度和桥跨结构横断⾯的布置。
组合结构桥梁概论
〖波折腹板组合箱梁桥〗
法国桥梁工程界在 La Ferte Saint-Aubin桥，尝试用 钢腹板来代替混凝土腹板的简支箱梁桥，采用了体外索 施加纵向预应力。
〖组合钢板梁桥〗
【以法国为例】组合钢板梁桥的桥面板一般设计为横向承 重或纵向承重，对应主梁间的横梁分成大横梁与小横梁。
◆主梁间距较大时，在纵向布置较密（一般4m）的大横 梁，大横梁与桥面板采用连接件结合。
◆主梁间距不很大时，两主梁间用小横梁连接，桥面板 仅与主梁纵向结合，小横梁间距较大，一般约为8m，其设 置对施工具有重要的作用。
前言
组合结构桥梁的概念由来已久，最早可以追溯到 1900年。现代的组合结构桥梁和当时相比，已经发生 了巨大的变化。
前言
用混凝土作桥面板与钢梁结合的组合结构桥梁，早在 1935－1936年出现在瑞典的道路桥梁中。
前言
欧美及日本等国自1950年前后开展组合梁研究，并陆 续制定设计指南或规范，到1970年代，这些国家又投入大 量资金，进行基础理论研究和试验，制定了新的组合结构 规范。目前国外几个主要规范都包含组合结构设计部分。
丹麦到瑞典的Øresund公路铁路两用桥，桥面上下层 分别为四线公路和双线铁路。 1999 年建成。引桥采用了 主跨140 m的等高度组合钢桁梁桥，采用全截面预制整孔 吊装法施工。
〖组合钢桁梁桥〗
Øresund 桥引桥，上层预应力混凝土桥面板通过钢桁 架上弦杆上的焊钉连接件形成结合，下层铁路桥面采用槽 形混凝土连续梁与钢主桁下弦横梁结合。
目前，组合箱梁最大跨度已经达到 213.75 m。根 据具体的环境与建设条件，在结构形式上也展示了许 多特点。
【组合钢箱梁桥】 组合钢箱梁的截面形式示例
【组合钢箱梁桥】
桥梁工程 第三篇_拱桥1 (2)解析
2、 中承式拱桥
广东广州流溪桥 （L=90m） 钢筋混凝土箱肋中承式拱，拱矢度1/4.5，全桥采用喷塑装修工艺， 建筑宏伟壮丽，已成为公园的重要景观。
2、 中承式拱桥
Pontdel‘Europe 主 跨 201.6 米 公 路桥 , 钢拱 , 钢主 梁
2、 中承式拱桥
广州丫髻沙特大桥（L=360m ） 三跨连续自锚式中承式钢管混凝土拱桥。主拱采用中承式双肋悬链线 无铰拱，钢管混凝土桁架。边拱采用上承式双肋悬链线半拱，钢筋混凝土 单箱单室截面组成。
受压构件；可充分利用主拱截面材料强度，使跨越能力增大。 拱桥优点：跨越能力较大；就地取材；耐久性好，管养方便； 外型美观；构造较简单。 拱桥缺点：自重较大；需设置制动墩；上承式拱桥的建筑高度
较高。
土建学院桥梁工程系
本节内容
§1.2
拱桥的组成及主要类型
拱桥的基本组成 主要名词术语 拱桥的主要类型
行车道梁（板）及桥面系等组成。 拱式组合体系桥将梁和拱两种基本结构组合起来，共 同承受桥面荷载和水平推力
土建学院桥梁工程系
1）无推力的组合体系拱 2）有推力的组合体系拱
3、拱片桥 行车道系与拱肋刚性联成一整体，共同承受荷载。拱片 桥可由两片以上的拱片组成，并用横向联结系将各拱片联成 整体，行车道板支承在拱片上。
拱、箱形拱、钢管混凝土拱、劲性骨架混凝土拱桥。
（一）基本组成
1、简单体系拱桥
均为有推力拱，可以做成上承
式、中承式和下承式。
按照静力体系，又可以分成三铰 拱、两铰拱、无铰拱。
（a）上承式；（b）中承式； （c）下承式
土建学院桥梁工程系
2、组合体系拱桥
拱式组合体系桥一般由拱肋、系杆、吊杆（或立柱）、
第三章 桥梁的作用及其效应组合
(2)连续梁桥结构的基频可按下列公式计算:
13.616 EI c f1 = mc 2πl 2 23.651 EI c f2 = mc 2πl 2
计算连续梁的冲击力引起的正弯矩效应和 剪力效应时,采用 f 1 ;计算连续梁的冲击力 引起的负弯矩效应时采用 f 2 .
3)拱桥结构的基频可按下列公式计算:
3)车道荷载的特点
(1)车道荷载的形式简明.在内力影响线上加载只 要已知影响线面积与最大坐标值就可以,加载手续简 单,电算和手算工作量均减少; (2)通过车道荷载中的均布荷载加集中荷载的模式 可以解决大,中,小不同跨径的活载设计标准,例如 均布荷载的集度在某跨径区段可采用跳跃变化以满足 不同跨径的要求; (3)车道荷载中的集中荷载可采用双值,以满足弯 矩和剪力计算的不同要求;
作用的分类与代表值编号作用分类作用名称永久作用结构重力包括结构附加重力可变作用汽车荷载汽车冲击力10汽车离心力11汽车引起的土侧压力12人群荷载13汽车制动力14风力15流水压力16冰压力17温度作用均匀温度和梯度温度18支座摩阻力19波浪力20偶然作用地震作用21船舶或漂流物的撞击作用22汽车撞击作用表1315作用代表值representativevalueaction结构或结构构件设计时针对不同设计目的所采用的各种作用规定值它包括作用标准值准永久值和6作用标准值characteristicvalueaction结构或结构构件设计时采用的各种作用的基本代表值
12) 分项系数 partial safety factor 为保证所设计的结构具有规定的可靠度而在设 计表达式中采用的系数.分作用分项系数和抗力 分项系数两类. 13)作用效应组合 combination of action effects 结构上根据不同的设计状况采取的几种作用分 别产生的效应的叠加.
3-5组合结构(结构力学第3章)
FN图(kN )
例3-13 分析图示组合结构的内力。
M 图(kN m)FQ图源自kN )FN图(kN )例3-14 计算图示组合结构中链杆的轴力, 并作出受弯杆的M图。
MJ 0 :
M图, FN
FNHG 3a FNHC 2a FNDG 2a q 2a a 2qa 2a 0
FNHG a FNHC 2a 0
再考虑HBF部分对F点的力矩平衡, 有：
结合 FNHC FNDG ,可得：
FNHG 2qa, FNHC FNDG 2qa
若将铰F的位置上移, 则结构的受力状态不再对称。
(c )
可将刚片EAG和HBF视作链杆, 将链杆GH视作刚片, 然后按三刚 片问题进行求解; 即用m-m截断形成无穷远处虚铰的链杆CH和EG, 由 刚片Ⅲ对虚铰(Ⅱ, Ⅲ)和刚片Ⅱ、Ⅲ联合体对虚铰(Ⅰ, Ⅱ)的力矩平衡 方程联立解得以上两链杆的轴力, 问题便可以得到解决。 其中, EAG部分的弯矩可根据虚拟链杆EG的轴力, 按图3-55c求得。
析：因DE杆与受弯杆平行，链杆DF和EG又与之垂 直，可判定受弯杆全长受轴向压力90kN。
FN图(kN )
例3-13 分析图示组合结构的内力。
M 图(kN m)
MF FyA 2.5m FNDE 1m 30kN 1m 20kN m MG FyB 2.5m FNDE 1m 40kN m
§3-5 组合结构
不要遗漏受弯 杆件的剪力。 计算步骤：⑴求支座反力；⑵计算各链杆的轴力； ⑶计算受弯杆件的内力。
三铰组合屋架
悬吊式桥梁
例3-13 分析图示组合结构的内力。
解：⑴求支座反力。 ⑵计算各链杆的轴力。
桥梁工程第三篇第1章 拱桥的构造
结构，由上、下弦杆、 腹杆、拱顶实腹段组 成；
• 横向联结系—拉杆、
横系梁、横隔板、剪 刀撑
• 桥面系
桥型特点：
• 1）拱与桁架组合，共同受力，整体性好，发挥
全截面材料的作用；
• 2）桁架部分的构件主要承受轴力； • 3）拱的水平推力使跨中弯距减少，恒载下主要
承受轴力，活载下承受弯距，为偏心受压构件；
云南长虹桥，上部结构为空腹式石拱桥，拱上建筑 为横向排架支承腹拱，拱圈采用变截面悬链线，粗 料石拱圈。1961
洛阳龙门桥，石拱桥，主拱圈为等截面悬链线，拱
。 圈厚1.1m，两端各有6m石拱作为桥下立交通道
万县长江大桥，万县长江大桥是劲性骨架钢筋混凝 土箱形拱桥，主跨420m。转体施工法 ，1997
埠东桥跨越沂蒙山区的沂河，净跨92m，矢度为1/10， 主拱肋为工字形双肋，变截面悬链线，拱上建筑立 柱纵向间距为4.63m，一排立柱两根。
永保桥跨越澜沧江，主孔为下承式80m肋拱桥，东岸 2x24m连续梁，西岸1孔18m斜梁。该桥为柔性纵梁的 下承式肋拱桥，主拱圈的推力分别传至两岸桥台。
兰河桥为一孔53m预应力混凝土系杆拱桥，拱肋轴线 采用二次抛物线，拱矢度1/5。系杆与拱肋均为等宽 的工字形断面，拱脚结合段变为矩形，系杆与拱肋 的刚度比为2.05，属刚性系杆刚性拱。
稳定不利；
1-2 拱桥的组成及主要类型
• 一、拱桥的主要组成: • 拱圈（拱背、拱腹、拱顶、拱脚）、拱上结构 • 矢跨比f/L—反映拱桥受力特性的重要指标
二、拱桥分类
• 按材料
• 圬工拱桥是使用圬工
•
圬工拱桥
材料修建的的拱桥，
•
钢拱桥
如：石拱桥以及拱圈
•
钢筋Байду номын сангаас凝土拱桥 不配钢筋的混凝土拱
• 横向联结系—拉杆、
横系梁、横隔板、剪 刀撑
• 桥面系
桥型特点：
• 1）拱与桁架组合，共同受力，整体性好，发挥
全截面材料的作用；
• 2）桁架部分的构件主要承受轴力； • 3）拱的水平推力使跨中弯距减少，恒载下主要
承受轴力，活载下承受弯距，为偏心受压构件；
云南长虹桥，上部结构为空腹式石拱桥，拱上建筑 为横向排架支承腹拱，拱圈采用变截面悬链线，粗 料石拱圈。1961
洛阳龙门桥，石拱桥，主拱圈为等截面悬链线，拱
。 圈厚1.1m，两端各有6m石拱作为桥下立交通道
万县长江大桥，万县长江大桥是劲性骨架钢筋混凝 土箱形拱桥，主跨420m。转体施工法 ，1997
埠东桥跨越沂蒙山区的沂河，净跨92m，矢度为1/10， 主拱肋为工字形双肋，变截面悬链线，拱上建筑立 柱纵向间距为4.63m，一排立柱两根。
永保桥跨越澜沧江，主孔为下承式80m肋拱桥，东岸 2x24m连续梁，西岸1孔18m斜梁。该桥为柔性纵梁的 下承式肋拱桥，主拱圈的推力分别传至两岸桥台。
兰河桥为一孔53m预应力混凝土系杆拱桥，拱肋轴线 采用二次抛物线，拱矢度1/5。系杆与拱肋均为等宽 的工字形断面，拱脚结合段变为矩形，系杆与拱肋 的刚度比为2.05，属刚性系杆刚性拱。
稳定不利；
1-2 拱桥的组成及主要类型
• 一、拱桥的主要组成: • 拱圈（拱背、拱腹、拱顶、拱脚）、拱上结构 • 矢跨比f/L—反映拱桥受力特性的重要指标
二、拱桥分类
• 按材料
• 圬工拱桥是使用圬工
•
圬工拱桥
材料修建的的拱桥，
•
钢拱桥
如：石拱桥以及拱圈
•
钢筋Байду номын сангаас凝土拱桥 不配钢筋的混凝土拱
《桥梁工程》重点
桥梁工程第一篇总论第一章绪论一、名词解释：1.桥梁建筑高度：是上部结构底缘至桥面的垂直距离。
2.计算跨径（梁式桥）：对于设支座桥梁，为相邻支座中心的水平距离，对于不设支座的桥梁（如拱桥、刚构桥等），为上、下部结构的相交面之中心间的水平距离。
3.标准跨径（梁式桥）：是指两相邻桥墩中线之间的距离，或墩中线至桥台台背前缘之间的距离。
4.桥梁全长：对于有桥台的桥梁为两岸桥台翼墙尾端间的距离，对于无桥台的桥梁为桥面行车道长度。
5.净跨径：对于设支座的桥梁为相邻两墩、台身顶内缘之间的水平净距，不设支座的桥梁为上、下部结构相交处内缘间的水平净距。
二、问答题：1．桥梁由哪几部分组成？答：桥梁由五个“大部件”与五个“小部件”组成。
所谓五大部件是指桥梁承受汽车或其他作用的桥跨上部结构与下部结构，它们要通过所承受作用的计算与分析，是桥梁结构安全性的保证。
这五大部件是：1）桥跨结构（或称桥孔结构、上部结构），是路线遇到障碍（如江河、山谷或其他路线等）中断时，跨越这类障碍的结构物。
2）支座系统，它支承上部结构并传递荷载于桥梁墩台上，它应保证上部结构在荷载、温度变化或其他因素作用下所预计的位移功能。
3）桥墩，是在河中或岸上支承两侧桥跨上部结构的建筑物。
4）桥台，设在桥的两端，一端与路堤相接，并防止路堤滑塌。
为保护桥台和路堤填土，桥台两侧常做一些防护工程。
另一侧则支承桥跨上部结构的端部。
5）墩台基础，是保证梁墩台安全并将荷载传至地基的结构部分。
基础工程在整个桥梁工程施工中是比较困难的部分，而且常常需要在水中施工，因而遇到的问题也很复杂。
所谓五小部件都是直接与桥梁服务功能有关的部件。
这五小部件是：1）桥面铺装（或称行车道铺装）。
铺装的平整、耐磨性、不翘曲、不渗水是保证行车舒适的关键。
特别在钢箱梁上铺设沥青路面的技术要求甚严。
2）排水防水系统。
应迅速排除桥面上积水，并使渗水可能性降至最小限度。
此外，城市桥梁排水系统应保证桥下无滴水和结构上无漏水现象。
桥梁工程第3章 梁式桥梁的构造与设计
图3.42 跨径50m后张结预应力混凝土T梁桥构造图
• 3.4 悬臂梁桥 • 3.4.1 悬臂梁桥的受力特点 • 3.4.2 悬臂梁桥的构造 • (1)钢筋混凝土悬臂梁桥 • (2)预应力混凝土悬臂梁桥 • (3)截面形式及配筋特点 • 3.4.3 牛腿构造
图3.43 恒载弯矩比较图
图3.44 钢筋混凝土悬臂梁桥的立面布置及主要尺寸
性能要求，多采用箱形截面。
• (2)预应力筋的布置
• 纵向预应力筋布置主要有明槽法和暗管法 两种。
图3.57 预应力混凝土T形刚构桥
图3.58 箱形梁横截面
图3.59 分离式箱形截面
图3.60 T构悬臂预应力筋布置示意图
• 3.6.3 构造示例
• 重庆长江大桥是一座带挂梁的预应力混凝土T形刚 构桥，最大跨径为174m。设计标准：桥宽21m， 其中行车道15m，两侧人行道各3m；设计荷载为 汽—20级，挂—100及载重1 471kN平板车验算， 人群荷载为3.43kN/m2。桥跨布置为86.5m＋4×
图3.48 预应力混凝土连续梁桥
图3.49 三跨连续梁惯矩对内力的影响
图3.50 典型截面形式（尺寸单位：cm）
图3.51 南京大桥南路高架匝道桥横断面（尺寸单位：cm）
图3.52 箱形截面形式
• 3.5.3 纵向断面布置
• (1）钢筋混凝土连续梁桥
• 跨径20m以内的连续梁桥可采用等截面形式， 30m及以上的连续梁桥可采用变截面形式。 梁的根部高度约为最大跨径的1/15，梁的跨 中高度可按构造选用，一般为最大跨径的 1/15～1/25。
图3.28 鱼腹形梁的构造布置
图3.29 截面特性
图3.30 预应力混凝土简支梁的应力状态
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无 连 接 件
有 连 接 件
• 作用1：连接件承担了混凝土板与钢梁界面的剪力，协调混 凝土板与钢梁的变形，将混凝土板与钢梁组合在一起共同 工作，是组合梁得以实现的关键
三、抗剪连接件（shear connector）
3.1 抗剪连接件的基本受力性能
局部放大
由于混凝土板与钢梁刚度不同， 混凝土板
导致其变形的曲率不同，在局部
心线至自由边的距离 • （2）l：对于悬臂梁取悬臂长度；对于一般情况取支座间
距 • （3）同时明确指出，不适用于受压的情况
三、抗剪连接件（shear connector）
3.1 抗剪连接件（也称剪力键，传剪器）的基本受力性能
• 1.抗剪连接件的作用及要求
无
• 混凝土板的I=0.000667，EI=23000
重庆观音岩长江大桥
叠合梁
一、组合结构入门
1.叠合梁
就截面形式而言可分为：板梁、箱梁、桁架梁
组合板梁
• 由至少2片钢主梁和混凝土板构成，横梁一般采用钢结构 ，主要有梁式和桁架式两种，需注意的是混凝土顶板既 是主梁的一部分，也是桥面板
一、组合结构入门
1.叠合梁
单箱双室
单箱双室带挑臂
组合箱梁
混凝土
双箱截面 多箱截面
闭口钢箱
开口钢箱
互通匝道桥采用的 斜置双向截面
• 由至少1片钢主梁和混凝土板构成，钢主梁可为开口箱也 可为闭口箱，可根据需要设置成多种截面形式，十分灵 活，同样地混凝土顶板既是主梁的一部分，也是桥面板
一、组合结构入门
1.叠合梁
混凝土板
钢桁架
组合桁架梁
• 与组合箱梁相比，只是将钢箱换为了桁架，由于桁架的 用钢梁较大，目前一般在公、铁两用桥中使用，但桁架 可以散件拼装，适应山区不便于大件运输的特点，在山 区大跨度桥梁中有发展潜力。
续刚构），对于主梁以受压为主的斜拉桥需进行专门研究
跨中及中间支座处 be b0 bei
• bei=Le/8≤bi， bi为最外连接件至相邻钢梁中线的距离，或为最 外连接件至自由边的距离。
二、组合结构桥梁设计原则
• bei=Le/8≤bi，Le等效跨度，简支梁为支座中心线间的距离，连 续梁中跨为0.7跨度，连续梁边跨为0.85倍跨度，负弯矩段为 相邻两跨跨度之和的0.25倍，悬臂梁为跨度的两倍。
2.混合结构
钢梁
重庆观音岩长江大桥 混凝土板
横隔板 叠合梁截面
钢梁
一、组合结构入门
2.混合结构
• 混合结构用途十分广泛，除用于斜拉桥主梁外，还可用 于连续刚构桥（主梁）、拱桥（主拱）、斜拉桥、悬索 桥桥塔等
钢－混连接段
南京长江三桥 钢-混凝土混合索塔
一、组合结构入门
2.混合结构
重庆石板坡大桥——混合梁连续刚构
• 有效宽度的影响因素：
• （1）钢梁间距与跨度之比
• （2）荷载形式
；（3）受力阶段（弹性、塑性）
• （4）约束条件（简支、连续、悬臂、边支座、中支座）
• （5）截面特征（是否有承托，板厚）
二、组合结构桥梁设计原则
• （1）公路规范的计算方法 • 公路规范的计算方法引自EuroCode 4， • 适用范围：仅适用于受弯为主的主梁（简支梁、连续梁、连
二、组合结构桥梁设计原则
• （3）英国BS5400规范的计算方法 • BS5400按表格的形式给出有效宽度
• 考虑的因素包括荷载形式，宽跨比。表中b为钢梁腹板间距 ，基本上采用在腹板间距 b 的基础上乘以一个小于1的系数 的形式。
二、组合结构桥梁设计原则
• （3）英国BS5400规范的计算方法
• BS5400还规定： • （1）对于有自由边的情况，有效宽度取0.85ψb,b为腹板中
二、组合结构桥梁设计原则
• 不锈钢：是具有良好耐腐蚀性的钢材 • 耐腐蚀机理：在钢材表面生成稳定、透明的氧化铬
钝化层 • 优点：免维护 • 缺点：价格高昂，焊接不便，没有屈服台阶 • 目前在桥梁工程中应用较少 • 铝合金：具有重量轻、韧性好、疲劳强度高、耐腐
蚀的优点，但弹性模量小，焊接不便，且价格相对 较高
3.1 抗剪连接件的基本受力性能
荷载滑移曲线-荷载作用下钢与 混凝土间的相对错动量-表征连
接件延性的重要指标
缺点：（1）混凝土局部 应力大，可能因此而导致 混凝土板先于整体结构破 坏，没有充分发挥钢结构 的作用，极限承载力不一 定较柔性连接件高， （2）破坏比较突然。
混凝土变形曲率相同 • 3.施工方便
三、抗剪连接件（shear connector）
3.1 抗剪连接件的基本受力性能
• 2. 连接件分类
• 按刚度可分为刚性连接件和柔性连接件
刚性连接件
刚性连接件： 优点：连接件刚度大，钢与混凝土间的相对滑移小，截面的应 变分布更接近平截面假定。
三、抗剪连接件（shear connector）
二、组合结构桥梁设计原则
2.2.桥面板有效宽度
• 等效原则： • （1）等效后的最大应力与原最大应力相等 • （2）等效后的力相等（HIJK的面积与ABCDE面积相等）
二、组合结构桥梁设计原则
• 2.有效宽度计算方法
• 目前各国规范有效宽度的计算方法 均按弹性阶段为依据，当组合梁截 面达到极限状态时，大部分已进入 塑性，截面应力的分布更均匀，因 此按弹性阶段得到的有效分布宽度 计算极限承载力是偏于安全。
钢管
混凝土
钢管混凝土
混凝土 型钢或钢管
劲性骨架混凝
一、组合结构入门
3.钢管混凝土结构
• 特点：以钢管包裹混凝土大幅改善了混凝土的性能；钢 管既作为结构的一部分也是混凝土施工的模板，在施工 时只需安装重量较轻的钢管结构，解决了大跨拱桥，高 墩的吊装问题，大大简化了施工。
• 钢管混凝土结构发展迅猛 ，目前在主梁中也开始应 用钢管混凝土结构，并形 成了钢管混凝土叠合结构
一、组合结构入门
4.波形钢腹板结构
• 波形钢腹板结构以波折形钢腹板取代混凝土箱梁中的混 凝土腹板形成的组合结构，通过波折钢腹板接头与混凝 土顶、底板连接，在大跨和中等跨度主梁中均有中应用
波形钢腹板
一、组合结构入门
4.波形钢腹板结构
一、组合结构入门
4.波形钢腹板结构
• 波形钢腹板梁从根本上解决了大跨混凝土箱梁的腹板开裂 问题，减轻了结构自重，由于波折钢腹板轴向刚度小，提 高了作用于顶底板的预应力效率。
二、组合结构桥梁设计原则
2.2.桥面板有效宽度
• 1.问题的提出
• 就本质而言叠合梁是一个内部无限次超静定结构，靠近 钢梁位置刚度大，分担荷载多，从而形成靠近钢梁腹板 处混凝土板应力大，向两侧应力逐渐减小的应力分布形 态，即存在剪力滞后
二、组合结构桥梁设计原则
2.2.桥面板有效宽度
• 计算时若按曲线分布的应力进行将是十分复杂的，因此 期望用一个矩形分布的应力去代替，这个矩形应力图的 宽度即为有效宽度
一、组合结构入门
教材
参考资料
作者：聂建国 出版社：人民交通出版社
一、组合结构入门
1.1组合结构的分类
组合结构：由钢结构和混凝土结构两种结构组合而成 的新型结构
组合结构
狭义：叠合梁（或组合梁） 受压区以混凝土作为主要 受力材料，受拉区以钢作 为主要受力材料
广义：叠合梁，混合结构，钢管 混凝土结构，波形钢腹板 结构，混合-组合结构
可能出现脱空，导致钢与混凝土 局部
不能协调工作
脱空
钢梁
• 作用2：连接件需承担混凝土板的上掀力，保证钢、混凝土 变形的曲率相同，这也是二者变形协调共同工作的重要条 件
三、抗剪连接件（shear connector）
3.1 抗剪连接件的基本受力性能
• 组合结构对连接件的要求： • 1.能够传递混凝土板与钢梁间的剪力 • 2.能够提供混凝土板与钢梁间的抗拔力，保证钢与
波形钢腹板梁发源于平腹板梁， 但平腹板梁易在主压应力的作用 下屈曲，若设置加劲又将使结构 复杂化，采用波折钢增大了面外 刚度，解决了稳定问题
一、组合结构入门
4.波形钢腹板结构
• 波形钢腹板梁的发展正方兴未艾，在日本、韩国得到了较 为广泛的应用，在我国正处于快速发展之中，先后修建了 南京滁河大桥等桥梁中得到应用，在正在设计的汶九高速 、雅康高速中也拟大规模使用
叠合梁
钢梁
一、组合结构入门
6.组合结构桥梁的研究内容
整体结构行为：如研究叠合简支梁的 刚度、剪力滞，混合梁斜拉桥的稳定， 钢管混凝土拱桥地震响应
组合结构
钢-混接头：如混合结构的钢-混结合 部构造、力学行为、设计方法，叠合 梁混凝土板与钢梁的连接
剪力键（抗剪连接件）：如剪力栓钉 的力学性能（承载能力，刚度）， PBL连接件的力学性能，新型连接件 的研发
二、组合结构桥梁设计原则
• 组合结构的设计方法主要有容许应力法和极限状态法两 类，目前以极限状态法为主，无论哪一种设计方法，其 原则都已为大家所熟知
• 组合结构桥梁所采用材料主要是钢和混凝土两类，混凝 土和普通钢材（含钢筋）的力学性能也是大家所熟知的 内容，这里我们只对高性能钢材做一介绍
• 至于组合结构桥梁所需考虑的荷载及其组合，所采用的 支座与钢结构桥梁、混凝土结构桥梁并无差异，这里也 不做介绍
边支座处：
be b0 ibei
i 0.55 0.025Le / bi 1
• Le边跨等效跨度，其余符号意义同前
二、组合结构桥梁设计原则
• 可以看出，由于约束条件的不同，跨中、边支点、中支点处 有效宽度是不同的。当用于结构的内力计算时，有效宽度均 按跨中有效跨度取值（简支、连续），悬臂梁按支座处取值 ，但进行截面验算时则应考虑不同截面取用不同有效宽度
一、组合结构入门
2.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ合结构
有 连 接 件
• 作用1：连接件承担了混凝土板与钢梁界面的剪力，协调混 凝土板与钢梁的变形，将混凝土板与钢梁组合在一起共同 工作，是组合梁得以实现的关键
三、抗剪连接件（shear connector）
3.1 抗剪连接件的基本受力性能
局部放大
由于混凝土板与钢梁刚度不同， 混凝土板
导致其变形的曲率不同，在局部
心线至自由边的距离 • （2）l：对于悬臂梁取悬臂长度；对于一般情况取支座间
距 • （3）同时明确指出，不适用于受压的情况
三、抗剪连接件（shear connector）
3.1 抗剪连接件（也称剪力键，传剪器）的基本受力性能
• 1.抗剪连接件的作用及要求
无
• 混凝土板的I=0.000667，EI=23000
重庆观音岩长江大桥
叠合梁
一、组合结构入门
1.叠合梁
就截面形式而言可分为：板梁、箱梁、桁架梁
组合板梁
• 由至少2片钢主梁和混凝土板构成，横梁一般采用钢结构 ，主要有梁式和桁架式两种，需注意的是混凝土顶板既 是主梁的一部分，也是桥面板
一、组合结构入门
1.叠合梁
单箱双室
单箱双室带挑臂
组合箱梁
混凝土
双箱截面 多箱截面
闭口钢箱
开口钢箱
互通匝道桥采用的 斜置双向截面
• 由至少1片钢主梁和混凝土板构成，钢主梁可为开口箱也 可为闭口箱，可根据需要设置成多种截面形式，十分灵 活，同样地混凝土顶板既是主梁的一部分，也是桥面板
一、组合结构入门
1.叠合梁
混凝土板
钢桁架
组合桁架梁
• 与组合箱梁相比，只是将钢箱换为了桁架，由于桁架的 用钢梁较大，目前一般在公、铁两用桥中使用，但桁架 可以散件拼装，适应山区不便于大件运输的特点，在山 区大跨度桥梁中有发展潜力。
续刚构），对于主梁以受压为主的斜拉桥需进行专门研究
跨中及中间支座处 be b0 bei
• bei=Le/8≤bi， bi为最外连接件至相邻钢梁中线的距离，或为最 外连接件至自由边的距离。
二、组合结构桥梁设计原则
• bei=Le/8≤bi，Le等效跨度，简支梁为支座中心线间的距离，连 续梁中跨为0.7跨度，连续梁边跨为0.85倍跨度，负弯矩段为 相邻两跨跨度之和的0.25倍，悬臂梁为跨度的两倍。
2.混合结构
钢梁
重庆观音岩长江大桥 混凝土板
横隔板 叠合梁截面
钢梁
一、组合结构入门
2.混合结构
• 混合结构用途十分广泛，除用于斜拉桥主梁外，还可用 于连续刚构桥（主梁）、拱桥（主拱）、斜拉桥、悬索 桥桥塔等
钢－混连接段
南京长江三桥 钢-混凝土混合索塔
一、组合结构入门
2.混合结构
重庆石板坡大桥——混合梁连续刚构
• 有效宽度的影响因素：
• （1）钢梁间距与跨度之比
• （2）荷载形式
；（3）受力阶段（弹性、塑性）
• （4）约束条件（简支、连续、悬臂、边支座、中支座）
• （5）截面特征（是否有承托，板厚）
二、组合结构桥梁设计原则
• （1）公路规范的计算方法 • 公路规范的计算方法引自EuroCode 4， • 适用范围：仅适用于受弯为主的主梁（简支梁、连续梁、连
二、组合结构桥梁设计原则
• （3）英国BS5400规范的计算方法 • BS5400按表格的形式给出有效宽度
• 考虑的因素包括荷载形式，宽跨比。表中b为钢梁腹板间距 ，基本上采用在腹板间距 b 的基础上乘以一个小于1的系数 的形式。
二、组合结构桥梁设计原则
• （3）英国BS5400规范的计算方法
• BS5400还规定： • （1）对于有自由边的情况，有效宽度取0.85ψb,b为腹板中
二、组合结构桥梁设计原则
• 不锈钢：是具有良好耐腐蚀性的钢材 • 耐腐蚀机理：在钢材表面生成稳定、透明的氧化铬
钝化层 • 优点：免维护 • 缺点：价格高昂，焊接不便，没有屈服台阶 • 目前在桥梁工程中应用较少 • 铝合金：具有重量轻、韧性好、疲劳强度高、耐腐
蚀的优点，但弹性模量小，焊接不便，且价格相对 较高
3.1 抗剪连接件的基本受力性能
荷载滑移曲线-荷载作用下钢与 混凝土间的相对错动量-表征连
接件延性的重要指标
缺点：（1）混凝土局部 应力大，可能因此而导致 混凝土板先于整体结构破 坏，没有充分发挥钢结构 的作用，极限承载力不一 定较柔性连接件高， （2）破坏比较突然。
混凝土变形曲率相同 • 3.施工方便
三、抗剪连接件（shear connector）
3.1 抗剪连接件的基本受力性能
• 2. 连接件分类
• 按刚度可分为刚性连接件和柔性连接件
刚性连接件
刚性连接件： 优点：连接件刚度大，钢与混凝土间的相对滑移小，截面的应 变分布更接近平截面假定。
三、抗剪连接件（shear connector）
二、组合结构桥梁设计原则
2.2.桥面板有效宽度
• 等效原则： • （1）等效后的最大应力与原最大应力相等 • （2）等效后的力相等（HIJK的面积与ABCDE面积相等）
二、组合结构桥梁设计原则
• 2.有效宽度计算方法
• 目前各国规范有效宽度的计算方法 均按弹性阶段为依据，当组合梁截 面达到极限状态时，大部分已进入 塑性，截面应力的分布更均匀，因 此按弹性阶段得到的有效分布宽度 计算极限承载力是偏于安全。
钢管
混凝土
钢管混凝土
混凝土 型钢或钢管
劲性骨架混凝
一、组合结构入门
3.钢管混凝土结构
• 特点：以钢管包裹混凝土大幅改善了混凝土的性能；钢 管既作为结构的一部分也是混凝土施工的模板，在施工 时只需安装重量较轻的钢管结构，解决了大跨拱桥，高 墩的吊装问题，大大简化了施工。
• 钢管混凝土结构发展迅猛 ，目前在主梁中也开始应 用钢管混凝土结构，并形 成了钢管混凝土叠合结构
一、组合结构入门
4.波形钢腹板结构
• 波形钢腹板结构以波折形钢腹板取代混凝土箱梁中的混 凝土腹板形成的组合结构，通过波折钢腹板接头与混凝 土顶、底板连接，在大跨和中等跨度主梁中均有中应用
波形钢腹板
一、组合结构入门
4.波形钢腹板结构
一、组合结构入门
4.波形钢腹板结构
• 波形钢腹板梁从根本上解决了大跨混凝土箱梁的腹板开裂 问题，减轻了结构自重，由于波折钢腹板轴向刚度小，提 高了作用于顶底板的预应力效率。
二、组合结构桥梁设计原则
2.2.桥面板有效宽度
• 1.问题的提出
• 就本质而言叠合梁是一个内部无限次超静定结构，靠近 钢梁位置刚度大，分担荷载多，从而形成靠近钢梁腹板 处混凝土板应力大，向两侧应力逐渐减小的应力分布形 态，即存在剪力滞后
二、组合结构桥梁设计原则
2.2.桥面板有效宽度
• 计算时若按曲线分布的应力进行将是十分复杂的，因此 期望用一个矩形分布的应力去代替，这个矩形应力图的 宽度即为有效宽度
一、组合结构入门
教材
参考资料
作者：聂建国 出版社：人民交通出版社
一、组合结构入门
1.1组合结构的分类
组合结构：由钢结构和混凝土结构两种结构组合而成 的新型结构
组合结构
狭义：叠合梁（或组合梁） 受压区以混凝土作为主要 受力材料，受拉区以钢作 为主要受力材料
广义：叠合梁，混合结构，钢管 混凝土结构，波形钢腹板 结构，混合-组合结构
可能出现脱空，导致钢与混凝土 局部
不能协调工作
脱空
钢梁
• 作用2：连接件需承担混凝土板的上掀力，保证钢、混凝土 变形的曲率相同，这也是二者变形协调共同工作的重要条 件
三、抗剪连接件（shear connector）
3.1 抗剪连接件的基本受力性能
• 组合结构对连接件的要求： • 1.能够传递混凝土板与钢梁间的剪力 • 2.能够提供混凝土板与钢梁间的抗拔力，保证钢与
波形钢腹板梁发源于平腹板梁， 但平腹板梁易在主压应力的作用 下屈曲，若设置加劲又将使结构 复杂化，采用波折钢增大了面外 刚度，解决了稳定问题
一、组合结构入门
4.波形钢腹板结构
• 波形钢腹板梁的发展正方兴未艾，在日本、韩国得到了较 为广泛的应用，在我国正处于快速发展之中，先后修建了 南京滁河大桥等桥梁中得到应用，在正在设计的汶九高速 、雅康高速中也拟大规模使用
叠合梁
钢梁
一、组合结构入门
6.组合结构桥梁的研究内容
整体结构行为：如研究叠合简支梁的 刚度、剪力滞，混合梁斜拉桥的稳定， 钢管混凝土拱桥地震响应
组合结构
钢-混接头：如混合结构的钢-混结合 部构造、力学行为、设计方法，叠合 梁混凝土板与钢梁的连接
剪力键（抗剪连接件）：如剪力栓钉 的力学性能（承载能力，刚度）， PBL连接件的力学性能，新型连接件 的研发
二、组合结构桥梁设计原则
• 组合结构的设计方法主要有容许应力法和极限状态法两 类，目前以极限状态法为主，无论哪一种设计方法，其 原则都已为大家所熟知
• 组合结构桥梁所采用材料主要是钢和混凝土两类，混凝 土和普通钢材（含钢筋）的力学性能也是大家所熟知的 内容，这里我们只对高性能钢材做一介绍
• 至于组合结构桥梁所需考虑的荷载及其组合，所采用的 支座与钢结构桥梁、混凝土结构桥梁并无差异，这里也 不做介绍
边支座处：
be b0 ibei
i 0.55 0.025Le / bi 1
• Le边跨等效跨度，其余符号意义同前
二、组合结构桥梁设计原则
• 可以看出，由于约束条件的不同，跨中、边支点、中支点处 有效宽度是不同的。当用于结构的内力计算时，有效宽度均 按跨中有效跨度取值（简支、连续），悬臂梁按支座处取值 ，但进行截面验算时则应考虑不同截面取用不同有效宽度
一、组合结构入门
2.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ合结构