组合结构(第一二章)

4. 长期荷载效应（永久作用+可变准永久值）设计时的换算截面几 何特征值
计算时，混凝土弹性模量应以割线模量代替。割线模量与弹性模量的 关系有：
Ec
e e p
Ec
k Ec
k e
e
1
e p e (t , )e 1 (t, )
《钢桥规》中把系数k取值为0.4～0.5，即： 计算结构重力徐变影响时，取k＝0.4；计算砼收缩徐变影响时，取k＝0.5。 这样在长期荷载作用下，考虑混凝土徐变而换算截面时，只要将上述公式中
第二章 钢－混凝土组合梁
2. 等效换算原理（砼换成钢材） 1
将砼翼板面积换算为等效的钢截面。可导出公式 As nE Ac
式中： nE Es / Ec －钢与混凝土的弹性模量之比
为了保持换算前后砼翼板截面重心高度不变，换算时翼板厚度保持
不变，仅变化翼板宽度，将翼板的宽度用 be,eq be / nE 来代替。
第五篇 钢－混凝土组合结构桥梁
第一章 概述 由两种或两种以上建筑材料相互接合在一起，并在荷载作用
下能够共同受力、变形协调、具有整体工作性能的结构称为 组合结构。 如果组合结构是由型钢（或钢板）与混凝土这两种材料通过 粘结、机械咬合或连接件相互接合，形成整体，则称为钢－ 混凝土组合结构。
第一章 概述
钢板梁+混凝土桥面板
7
组合梁斜拉桥 钢箱梁+混凝土桥面板 钢桁架梁+混凝土桥面板
钢梁+混凝土梁
特点
抗弯刚度增大。
抗弯、扭刚度增大，顶钢板未充分利用。 省去顶钢板、施工难度加大。 自重减轻，预应力能有效施加。
抗弯刚度增大，连接件设置较困难。 省去上下弦杆，施工难度加大。
省去支座，负弯矩区性能改善，抗震性能提高， 悬臂施工法能够使用。
组合刚构桥—钢箱梁+混凝土墩
横浜绿IC桥（日本，97年） 7跨连续刚构桥 32.3m＋4×40.0m＋42.0m ＋40.1m
组合刚构桥—钢箱梁+混凝土墩
阿古耶桥（日本）3跨连续刚构桥 3*36m，钢板梁与混凝土固结
混合梁桥—钢箱梁+混凝土梁
新川桥（日本，2000 年完成） 5跨连续混合梁桥 39.2m＋40.0m＋ 118.0m＋39.2m＋ 40.0m 中跨用钢箱梁
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Байду номын сангаас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 。
1．压型钢板与混凝土组合楼板 利用压型钢板铺设在钢梁上，通过连接件和钢梁上翼缘焊牢，然 后浇筑混凝土形成组合结构。 压型钢板可以当作模板并承担施工荷载；混凝土硬化后钢板兼作 钢筋承担截面上的拉应力。
第一章 概述
2．钢—混凝土组合梁 通过剪力连接件将钢梁与砼板连接起来而共同受力、变形协调的梁。 充分利用钢抗拉和砼越抗压性能，显著地提高梁的刚度和稳定性。
钢－混凝土组合梁应用工程实例
组合结构在桥梁结构中的应用
◇Hopital桥（法国, 4跨连续，最大64m） 组合钢板梁桥
组合钢板梁桥
Lignon桥（法国）
千鸟泽川桥（日本）
组合箱梁桥—槽形截面组合箱梁桥
Bois de Rosset桥（瑞士，1991年完成）；连续梁桥，最大跨径51.3m； 槽形钢截面+横向预应力混凝土桥面板
第一章 概述
在钢管混凝土结构中，钢管具有如下功能： 1）钢管是耐侧压的模板； 2）钢管可代替钢筋承担拉力或压力； 3）钢管是劲性承重骨架； 4）钢管提高核心混凝土的抗压强度。
第一章 概述
5．外包钢混凝土结构 在钢筋砼构件外侧包有钢板或角钢的结构。 有利于克服钢筋砼构件在吊运、安装过程中容易破损等缺点。
跨度增大，连接较难处理。 施工容易，质量难保证。 施工容易，无钢材维护的问题。
抗弯刚度增大。 抗弯、扭刚度增大。 上下层车道处理方便。 塔墩附近加劲梁抗压性能提高。
第二章 钢－混凝土组合梁
第二节 钢－混凝土组合梁的特点与构造 一、钢－混凝土组合梁的特点 （1）充分发挥钢材和砼各自特性。对于简支梁，发挥砼受压和 钢材受拉性能好的长处。 （2）节省钢材。与钢结构方案比较，节省钢材20%～40%，造 价降低10％～30％。 （3）增大梁的刚度。钢筋混凝土板参加工作，梁的挠度可减小 1/3～1/2；提高梁的自振频率。
波 折 腹 板
横隔板
混凝土底板
波折腹板箱梁的构造
组合箱梁桥—用波折钢腹板组合箱梁的斜拉桥
栗东桥 (日本)
矢作川桥（日本）
◇组合桁架桥—钢桁架腹杆+上下混凝土翼缘板
Arbois桥 (法国，1985年完成) 29.85m+40.4m+29.85m, 3跨连续
横截面的构造
组合桁架桥—钢桁架腹杆+上下混凝土翼缘板
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
Nantenbach铁路桥 (德国) 跨径83.2m+208.0m+83.2m
第二章 钢－混凝土组合梁
二、钢—混凝土组合梁的构造 三个部分构成：钢梁、钢筋混凝土板、剪力键 （连接件）。 1. 钢梁：常用截面为工字形和箱形。 1）工字钢梁 采用热轧工字钢做钢梁，截面尺寸小，承载能 力有限，用于建筑的中、小跨径组合梁。
第二章 钢－混凝土组合梁
2）钢板梁 用钢板焊接成截面工字形钢梁。 尽可能采用3块钢板。板厚不够时，可采用外贴钢板的形式。
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
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。
2 组合箱梁桥
闭合截面钢箱梁+混凝土桥面板 槽形截面钢箱梁+混凝土桥面板 波折钢腹板+混凝土上下翼缘板
3 组合桁架桥
钢桁架梁+混凝土桥面板 钢桁架腹杆+混凝土上下翼缘板
4 组合刚构桥
钢板梁+混凝土墩 钢箱梁+混凝土墩 钢桁架梁+混凝土墩
5 混合梁桥
钢梁+混凝土梁
6 组合拱桥
钢管混凝土拱 型钢混凝土拱
郑重声明：钢－混凝土组合结构桥梁PPT 为陈从春等主编《大跨度桥梁》配套课 件，版权属于彭大文老师和陈从春老师 ，授权交通出版社供购买本教材的师生 使用，任何人不得传播或用于商业目的 。
第二篇 钢－混凝土组合结构桥梁
第一章 概述 第二章 钢－混凝土组合梁 第三章 钢管混凝土拱桥构造 第四章 钢管混凝土拱桥计算 第五章 钢管混凝土拱桥施工技术简介
Boulonnais桥(法国，97年完成) 44.5m+3*77m+93.5m+5*110 +93.5m+3*77m+44.5m,15跨连续
4m预制节段梁，悬臂施工
钢管桁架腹杆的构造
组合桁架桥—钢桁架腹杆+上下混凝土翼缘板
Kinokawa桥(日本，2003年完成) 4跨连续，最大跨度85m,全长268m
第二章 钢－混凝土组合梁
（4）减少结构高度。建筑结构若每层减少十几厘米，将降低房 屋造价；桥梁结构高度减小可降低桥面标高，减小路堤长度。 （5）利用安装好的钢梁支模板，节约模板费用，加快施工速度。 （6）抗震与抗剪性能好，整体性强。组合梁比全钢梁桥噪音小。
组合梁弱点： 耐火、耐腐蚀性差。 在钢梁制作过程中需要增加焊接连接件的工序。
第二章 钢－混凝土组合梁
翼缘板沿顺桥方向长度，根据横隔梁间距和吊装能力划分。 负弯矩区段的砼板，可采用后穿入纵向预应力筋连成整体。 主梁间距较大时，可采用先张法预应力板做预制桥面板，提高桥面 板抗裂性。
第二章 钢－混凝土组合梁
3）装配－整体式组合板 以先张法预应力砼板兼作模板，在其上直接浇筑砼而形成砼 组合结构。 构造简单，施工方便，砼可与桥面铺装层的砼一起浇筑，结 构整体性良好。
第二章 钢－混凝土组合梁
1）现浇砼翼缘板 厚度由钢梁间距和横隔梁的布置而定，为15～30cm。 为适应横向内力和设置剪力键需要，在支承边缘设置承托。
第二章 钢－混凝土组合梁
2）装配式预制砼翼缘板 预制中间的行车道板，支承在相邻钢梁上缘。 中间设置剪力键部位，预留10～30cm现浇段。 伸出的横向钢筋焊接或做成扣环接头。预制板端面作凿毛， 浇筑高强砼，连接成整体。
第二章 钢－混凝土组合梁
3. 剪力键（抗剪连接件） 剪力键的作用：承受钢梁和砼翼缘板间的纵向剪力，抵抗两者 间的相对滑移，保证钢梁与砼翼板共同受力、协调变形。 剪力键的种类：分为刚性剪力键和柔性剪力键。 目前较多采用栓钉剪力键，属柔性剪力键。
第二章 钢－混凝土组合梁
第三节 组合梁截面的弹性计算
1）弹性理论计算方法；2）考虑截面塑性变形的塑性计算方法。 一、弹性设计法基本思路 将两种材料换算为具有相同弹性模量的同一种材料。 把砼截面用等效的钢截面代替，换算后的截面称为换算截面。 按换算截面的几何特征值，利用材料力学公式计算应力和变形。
组合板
组合梁
第一章 概述
3．钢骨混凝土结构 在钢筋混凝土内部埋置型钢或焊接钢构件。焊接钢构件是实腹式工字 钢或格构式钢构件。 型钢完全被混凝土包裹，防腐性能较好。这种结构使型钢与混凝土各 自强度得到提高，改善了结构延性，提高抗震能力。
第一章 概述
4．钢管混凝土结构 由普通砼填入薄壁钢管内形成的组合结构称为钢管砼结构。 借助内填砼增强钢管壁的稳定性；借助钢管对砼的约束作用，使核 心砼处于三向受压状态，具有更高的抗压强度和变形能力。 工程中常用的钢管砼截面形式有圆形和矩形。
第二章 钢－混凝土组合梁
3）钢箱梁 用于大跨钢－混凝土组合梁桥。 抗扭刚度大，特别适合建造曲线梁桥。
第二章 钢－混凝土组合梁
2. 钢筋砼翼缘板 支承于钢梁顶面的钢筋砼板，其作用： ① 与钢梁共同承担纵向弯矩； ② 作为桥面板承担横桥方向内力。 翼缘板形式： 现浇砼翼缘板、装配式预制砼翼缘板、装配－整体式组合板。
组合箱梁桥—槽形截面组合箱梁桥
千岁高架引桥（日本，1998年完成）
组合箱梁桥—钢腹板组合箱梁桥
La Ferte Saint-Aubin桥 (法国)
组合箱梁桥—波折钢腹板组合箱梁桥
Cognac桥 (法国，1986年完成)
31m+43m+31m, 3跨连续
体内索
波折 腹板
体外索 体内索
混凝土 顶板
第一章 概述
6．预弯组合梁结构
由预弯曲工字形钢梁、砼组成的组 合结构，简称预弯梁。具有钢结构、 钢筋砼结构及预应力砼结构的特点。 利用配置在砼里的钢梁的自身变形， 对砼施加预应力的型钢砼结构。
钢－混凝土组合结构类型
第二章 钢－混凝土组合梁
第一节 钢－混凝土组合梁的发展概况
钢－混凝土组合梁出现于19世纪末到20世纪初。主要考虑防火 要求，在钢梁外包混凝土，未考虑两者组合工作效应。 60年代以前，基本上按弹性理论进行分析； 60年代开始，逐步转为按塑性理论分析，建立相应计算公式； 70年代开始，组合结构快速发展，能够代替钢结构及钢筋混凝 土结构。
组合拱桥—钢管混凝土拱
Antrenas桥（法国） 跨度56m
组合拱桥—型钢混凝土拱
用型钢骨架作为拱肋 采用斜拉悬臂施工 闭合后浇注混凝土
组合梁斜拉桥
钢板梁+混凝土桥面板 钢箱梁+混凝土桥面板 钢桁架梁+混凝土桥面板 钢梁+混凝土梁
杨浦大桥 （中国）
组合结构桥梁的技术特点概括
序号
名称
形式
1 组合钢板梁桥 钢板梁+混凝土桥面板