钢-混凝土组合结构桥梁设计共48页文档
钢混组合梁设计说明
钢混组合梁设计说明1桥梁工程1.1 主要技术标准(1) 公路等级：高速公路；(2) 设计速度：80km/h；(3) 行车道数：双向四车道；(4) 设计基准期：100年；(5) 建筑限界：桥面标准宽度2×12.6m，净高5m；(6) 桥面横坡：2%；(7) 设计荷载：公路-Ⅰ级；(8) 抗震设防标准：设计基本地震动峰值加速度0.15g，特征周期0.4s；1.2上部构造本桥为跨黑龙溪而设。
施工图设计阶段左、右线上部构造均采用1×40mT梁，根据最新实测横、纵断面，左线上部构造变更为1×60m简支钢混叠合梁，中心桩号ZK45+385.8，右线上部构造变更为1×48m简支钢混叠合梁，中心桩号K45+396。
钢梁相关说明详见本说明第5条。
桥面板采用抗裂、抗渗高性能混凝土。
每方混凝土中掺入50kg钢纤维，钢纤维为端钩形高强钢丝切断型，长度宜为30～35mm，直径或等效直径为0.6～0.9mm，抗拉强度大于600Mpa，具体技术要求应符合《纤维混凝土结构技术规程》(CECS 38-2004)及《水泥混凝土桥面铺装技术指南》(SCGF31-2010)的相关规定。
1.3下部构造下部构造起点岸桥台接双桥村2号隧道，止点岸桥台接林家埂隧道。
两岸桥台均仅设台帽和横向挡块，台帽置于隧道基础上，不设背墙，主梁直接与隧道仰拱相接。
两岸台后均不设搭板。
施工桥台前应仔细核对隧道专业相关变更图纸。
施工前，施工单位应复测桥梁设计线地面线、桥梁边线处地面线和桩顶高程并详细核对，如与设计采用数据相差较大，应及时反馈至设计方，对结构进行修正。
1.4横断面布置左线标准横断面布置详见图1，布置原则为使桥面防撞护栏内侧边线与隧道洞内电缆沟内侧边线对齐。
考虑到本桥总长较短，区间停车存在安全隐患，在桥上不设应急停车道。
桥面净宽为8.75m，与隧道同宽，设2根行车道。
右线标准横断面相应翻转，详见设计图。
跨中处桥面宽12.6m，组成为：1.26m（隧道外侧检修道通道及柔性棚洞护栏）+0.6m（防撞护栏）+8.75m（行车道）+0.6m （防撞护栏）+1.39m（隧道内侧检修道通道及柔性棚洞护栏）其中防撞护栏外侧各设两根隧道检修道通道，用于隧道检修人员在双桥村2号隧道和林家埂隧道之间通行。
钢-混凝土组合梁设计
腹板
Aw=286x8=2288
A=Aft+Afb+Aw=4208 Ybs=134.06;Yts=165.94 Is=55.68e4
借助Excell计算
弯矩 剪力 钢梁顶A 钢梁腹板上端B 钢梁中性轴处C 钢梁腹板下端D 钢梁底E
Байду номын сангаас
Is
ys
So
5.57E+07
-165.9 -159.9
4.3.1 EC4的桁架模型(***)
叠合面的剪力Vl 混凝土斜压杆的压力De 横向钢筋的拉力Ts
（1）混凝土开裂前：混凝土斜压杆破坏
（2）混凝土开裂后：裂缝间混凝土的咬合力 ，横向钢筋的销栓力，压型钢板的抗剪力
4.3.2 《钢-混凝土组合结构设计规程》DL/T5085-1999
1.9 设计实例
（1）施工阶段设计
（1.1） 荷载计算 钢梁截面：上翼缘120x6；下翼缘150x8；腹板286x8 厚90；宽3000 施工荷载1kN/m2
（1.2） 内力计算
跨度3.5m 支座截面弯矩
1/8ql2
支座反力
3/8ql
上翼缘
Aft=120x6=720
下翼缘
2.5.2 竖向抗剪连接承载力计算方法2：考虑混凝土翼板
2.6 设计实例：塑性理论设计
例7-1
（1）施工阶段按弹性理论
跨度为3.5m的两跨连续梁 已计算，满足要求
（2）使用阶段：塑性理论
跨度为7m的简支梁，不必考虑荷载路径
荷载计算 判断中性轴位置 截面承载力
（1）荷载计算
不必在计算混凝土翼板的抗剪贡献
截面应变分布？？？
2.4.1 部分抗剪连接承载力计算方法1：钢结构设计 规范
钢与混凝土组合结构设计
4.钢管混凝土结构
圆钢管混凝土 方钢管混凝土 矩形钢管混凝土 钢管混凝土截面形式
4.钢管混凝土结构
4.钢管混凝土结构
钢管混凝土节点形式
4.钢管混凝土结构
（1）圆钢管混凝土柱的特点：
3.型钢混凝土结构
南通国际会议中心项目:总高度 （含避雷针）275米，混凝土结 构高度208米，钢结构塔顶高度 254米，地下2层，地上55层， 裙楼5层，总建筑面积12万平米， 地上建筑面积11万平米。结构形 式为核心筒加型钢混凝土柱结构, 由中国建筑上海设计研究院设计。
3.型钢混凝土结构
大连期货广场:为双子楼 建筑，每栋建筑面积 21.1万平方米，地上53 层，地下3层，高约232 米。结构体系为剪力墙 核心筒-钢框架混合结构， 全玻璃幕墙。
3.型钢混凝土结构
中银大厦:整座大楼采用 由八片平面支撑和五根 型钢混凝土柱所组成的 混合结构“大型立体支 撑体系”。
3.型钢混凝土结构
优点
在混凝土中配置型钢，可以轧制也可以 焊接。一般在大型建筑中经常配置焊接 型钢，可以根据构件截面大小、受力特 点，考虑到受力的合理性，灵活的选择 焊接型钢各个板件宽度与厚度。
组合梁的形式
2.钢与混凝土组合梁
2.钢与混钢与混凝土组合梁
2.钢与混凝土组合梁
2.钢与混凝土组合梁
主桥采取自锚式悬索斜拉协作体系，主梁采用箱形
常州市龙城大桥
结构，主跨跨中部分采用混凝土－钢结合梁，其余 部分采用预应力混凝土箱梁。
2.钢与混凝土组合梁
常州市龙城大桥
钢筋混凝土组合结构的特点
第四章 钢-混凝土组合梁(2)
4.7.3 负弯矩作用下的弯剪相关承载力验算
连续组合梁 中间支座截面同 时存在弯矩和剪 力作用，二者具 有相关性，由于 剪力的存在，受 弯承载力肯定会 有所降低，但相 关机理较复杂， 基于塑性的相关 公式尚未建立。
考虑强化 按塑性
fstAst≥0.15fA
负弯矩区剪力-弯矩相关曲线
4.7.3 负弯矩作用下的弯剪相关承载力验算
s
fy
c fc
y
s
c 0 cu
钢材
混凝土
4.5.1 组合梁抗弯承载力计算 ◆当塑性中和轴位于混凝土翼板内时
hc2
判式：Af f c be hc1
4.5.1 组合梁抗弯承载力计算 ◆当塑性中和轴位于混凝土翼板内时 由极限平衡条件有
hc1+hc2 x
Af x be f c M M u f c be xy y y s hc1 hc 2 0.5 x
ys
4.5.1 组合梁抗弯承载力计算 ◆当塑性中和轴位于钢梁截面内时
忽略该受压区
判式：Af f c be hc1
4.5.1 组合梁抗弯承载力计算 ◆当塑性中和轴位于钢梁截面内时 由极限平衡条件有 A 0.5 A be hc1 f c f
M M u f c be hc1 y1 fAy2
M s f S1 S2 215 729632 156.87kN m
M s f S1 S2 8 习题1 ②按塑性方法验 算组合梁承载力 习题2 ①按塑性方法验 算连续组合梁中 间跨的承载力
【例题4-3】一连续组合梁的支座截面尺寸如 图所示，所配钢筋为7 16（Ast=1407mm2） HRB335级（fst=300N/mm2），钢梁为Q235级 钢（f=215N/mm2，fv=125N/mm2）焊接截面， 截面尺寸为320×150×8×12，试按塑性方法 计算中间支座最大抗弯承载力和抗剪承载力。
钢-混凝土组合结构桥梁第一二章PPT课件
第二章 钢－混凝土组合梁
71年欧洲成立组合结构委员会； 81年制定了组合结构规范。 钢－混凝土组合梁在我国的应用从建国初期就开始了。 60年代开始，组合结构被推广应用到民用建筑。 70年代末，北京、上海等地建造的高层、超高层建筑中，都采 用过组合梁楼盖。 91年南浦大桥和93年杨浦大桥，加劲梁采用钢－混凝土组合梁 结构。
代入材料力学公式求得的应力是钢截面应力；砼翼板的真实应力为
同一点假想钢截面应力的 1 / nE 倍。
第二章 钢－混凝土组合梁
3. 短期荷载效应（永久作用+可变频遇值）设计时组合梁换算截 面的几何特征值
换算截面几何特征值，应按换算截面重心轴位于砼翼板下及翼板 内两种情况分别计算。
第二章 钢－混凝土组合梁
第二章 钢－混凝土组合梁
二、组合梁的换算截面 1. 组合梁桥面板的有效宽度
弯曲变形时，翼板纵向压应力沿宽度分布不均匀。设计中把砼翼板参 与钢梁工作的宽度限制在一定范围，称为翼板的计算宽度。 计算宽度范围内的压应力假定是均匀分布。理论上与钢筋砼梁的计算 宽度是一致的。
第二章 钢－混凝土组合梁
混凝土板计算宽度采用下列三种 宽度中的最小者： 1）梁计算跨径的1/3； 2）相邻两梁轴线间的距离S； 3）承托的宽度（如无承托时，则 为钢梁上翼板宽度）加12倍的板 厚，即 b1 12hd 。
钢管桁架腹杆 节点的构造
组合桁架桥—钢桁梁(无上弦杆)+混凝土桥面板
Vaihingen Viadukt桥(德国)
节点的构造
组合桁架桥—钢桁梁(有上弦杆)+混凝土桥面板
Lully高架桥 (瑞士) 29.93m+21×42.75m+29.93m
组合桁架桥—钢桁架梁(有上弦杆)+混凝土桥面板
钢-混凝土组合梁桥
5.使用阶段荷载——温度
注： 1.组合截面整体升降温即使连续梁也有自应力。 2.温度梯度要综合考虑截面宽度的变化以及温度梯度折线的变化。 3. 不同材料应分别输入其弹性模量及膨胀系数。 4.注意温度梯度一般输入的参考位置是顶。
5.使用阶段——活载及沉降
注： 1.车道数量根据规范表4.3.1-3及行车道宽度确定。 2.一般结构考虑内偏外偏及中载计算足以。 3.直桥可进建立一个车道通过定义荷载工况时输入比例系数调整为多车道。
5.使用阶段——活载及沉降
2014GTSnx
注： 1.车道数量根据规范表4.3.1-3及行车道宽度确定。 2.一般结构考虑内篇外偏及中载计算足以。
5.使用阶段——活载及沉降
2014GTSnx
注： 1.车道数量根据规范表4.3.1-3及行车道宽度确定。 2.一般结构考虑内篇外偏及中载计算足以。
3.基于有效弹性模量的虚拟荷载法计算收缩、徐变效应 （3）有效弹性模量的虚拟荷载法计算收缩效应
注： 1.显然从虚拟荷载法本身考虑，完全可以将收缩效应通过温度梯度的方法计算。 2.模型计算有效弹性模量的温度梯度效应需做如下修改： 修改材料的弹性模量为有效弹性模量 输入温度梯度荷载时应按有效弹性模量
1.项目简介
本桥为某高速路联络线匝道桥中的一联，桥梁全宽 10.5m。本联上部结构采用（38+33.5+37.5）m钢混组 合连续梁，下部结构桥墩为柱式，基础为承台接灌注桩； 桥台为肋板式，基础为承台接灌注桩。
主梁为单箱双室，梁高2米宽10.22m，预制高1.65m， 钢箱底板厚30mm，上翼板厚25mm，腹板厚16mm， 钢材均采用Q345qD，分4段预制后现场采用高强螺栓拼 接。钢箱顶部混凝土桥面板厚0.27m，采用C50无收缩混 凝土现浇。
钢-混凝土组合结构的设计与应用
钢-混凝土组合结构的设计与应用钢-混凝土组合结构因其结合了钢材和混凝土两种材料的优点，在现代建筑工程中得到了广泛应用。
钢材具有高强度、轻质和良好的抗拉性能，而混凝土具有良好的抗压性能和耐久性。
钢-混凝土组合结构通过将钢材和混凝土合理结合，提高结构的整体性能和经济性。
本文将探讨钢-混凝土组合结构的设计原则、应用方法及其在实际工程中的应用。
首先，钢-混凝土组合结构的设计需要综合考虑钢材和混凝土的材料特性和受力特点。
常见的组合结构形式包括组合梁、组合柱和组合楼板等。
组合梁通过在钢梁上浇筑混凝土板，形成整体受力构件，提高结构的抗弯和抗剪能力；组合柱通过在钢管或型钢内浇筑混凝土，增强柱的承载能力和稳定性；组合楼板通过在钢梁和混凝土板之间设置剪力连接件，实现钢材和混凝土的共同受力，提高楼板的整体刚度和承载能力。
在组合结构的设计中，剪力连接件是确保钢材和混凝土共同受力的关键。
剪力连接件通过提供剪力传递路径，保证钢材和混凝土之间的协调变形和受力。
例如，常用的剪力连接件包括剪力钉、剪力键和栓钉等，这些连接件通过焊接或螺栓连接在钢梁和混凝土之间，提供可靠的剪力传递和受力性能。
在施工过程中，钢-混凝土组合结构的质量控制是确保结构性能和安全性的关键。
钢材和混凝土的施工质量直接关系到组合结构的整体性能和耐久性。
例如，钢材的制造和安装需要严格控制，以确保钢构件的尺寸精度和连接质量。
钢梁和钢柱的焊接和螺栓连接必须符合设计要求，确保接头的强度和稳定性。
混凝土的浇筑和养护质量对组合结构的性能也有重要影响。
通过采用高性能混凝土和科学的养护措施，可以提高混凝土的强度和耐久性，确保组合结构的长期稳定和安全。
在实际应用中，钢-混凝土组合结构已经在多个工程项目中取得了显著成效。
例如，上海的东方明珠广播电视塔通过采用钢-混凝土组合柱和组合梁结构，实现了建筑物的高强度和高稳定性，成为现代建筑工程的杰出代表；英国的伦敦塔桥通过采用组合梁和组合楼板结构，提高了桥梁的承载能力和耐久性，确保了桥梁的安全性和使用寿命。
钢与混凝土组合梁
(2)抗剪连接件必须具有一定的柔性，即理想的塑性 状态，此外，混凝土强度等级不能高于C40，栓钉 工作时全截面进入塑性状态； （3）钢梁与混凝土翼板间产生相对滑移，以致在截 面的应变图中混凝土翼板与钢梁有各自的中和轴。 2.计算公式 部分抗剪连接组合梁在正弯矩区段的抗弯强度计 算应符合：
x nr N /(be fc )
钢与混凝土组合梁
一、组合结构的特点 二、一般规定 三、组合梁设计 四、抗剪连接件计算 五、挠度计算 六、构造要求
一、组合结构的特点
在结构钢材上、四周或内部浇灌混凝土，使混凝 土与钢结构形成整体而共同受力，称为钢—混凝土组 合结构。组合结构具有承载能力高，刚度较大，稳定 性、抗疲劳和抗震性能较好，综合经济效益好等优点 。 国内外常用的组合结构有：压型钢板－混凝土组 合楼板、钢－混凝土组合梁、型钢混凝土结构、圆形 或方形钢管混凝土结构和外包钢筋混凝土结构等。
I0 I
I cf
E
六、构造要求 （一）尺寸和配筋 组合梁截面高度不宜超过钢梁截面高度的2.5 倍；混凝土板托高度不宜超过翼板厚度的1.5倍； 板托的顶面宽度不宜小于钢梁上翼缘宽度与1.5倍 高度之和。
（二）抗剪连接件 1.栓钉连接件钉头下表面或槽钢连接件上翼缘下表面 高出翼板底部钢筋顶面不宜小于30mm。 2.连接件沿梁跨度方向的最大间距不应大于混凝土翼
1.受正弯矩的组合梁截面； 2. Ast f st 0.15 Af 的受负弯矩的组合梁截面。
四、抗剪连接件计算
（一）一般计算 一个抗剪连接件的承载力设计值由下式确定： 1.圆柱头焊钉（栓钉）连接件：
N 0.43 As Ec fc 0.7 As f
c v
2.槽钢连接件：