钢-混凝土组合梁结构计算

钢－混凝土组合梁

结构计算书

编制单位：

计算：

复核：

审查：

2009年3月

目录

1. 设计资料 (1)

2. 计算方法 (2)

2.1 规范标准 (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)

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40.84m ，桥面宽19.0m ；钢主梁高1.6m(梁端高0.7m)，桥面板厚0.35m ；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)

钢主梁沿纵向分3个制作段加工，节段长度为13.6+13.64+13.6m ，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

图 3 钢梁标准构造(mm)

2. 计算方法

2.1 规范标准

现行《钢结构设计规范》(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规范》(TB 10002.2-2005)第4.1.1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.《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)

2.《铁路桥梁钢结构设计规范》(TB 10002.2-2005)

3.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(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规范》(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规范》(JTJ 025-86)第5.1.16条，组合梁混凝土桥面

板有效计算宽度b e 取两梁轴线间的距离，即b e =2.0m

材料弹性模量比s

c

E n E

=5.971，则等效换算宽度b eq =2.0/5.971=0.335m 。

图 4 换算原理 (cm)

结构计算软件Midas 分析时，徐变及收缩效应采用换算弹性模量法计算，徐变（长期）：n 1=n(1+φt /2)= 5.971×(1+2/2)= 11.942，收缩：n 2=n(1+φt /2)= 5.971×(1+4/2)= 17.913；徐变系数φt 在计算徐变及收缩时分别取2及4。 2.3 计算方法

计算采用手工结合软件两种方式计算，其中初步计算时采用手工计算，施工阶段未布设临时支撑；Midas 有限元软件建模时，在被交主路（吐乌大）中央分隔带位置设置临时支撑。

3. 不设临时支撑_计算结果

施工阶段两端简支，不设临时支撑（计算过程附后）

图 5 计算简图 不设临时支撑

图 6 强度验算位置

3.1 组合梁法向应力及剪应力结果

表4 截面正应力

..

..

注：

1.钢材容许应力提高系数，参考《铁路桥梁钢结构设计规范》(TB 1000

2.2-2005)第

3.2.8条或《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ 025-86）第1.2.10条

2.桥面板混凝土剪应力容许值参照《钢－混凝土组合梁设计原理》(第二版).朱聘儒第四章建议取值τc<=0.6ftd 且在任何情况下τc<=0.25fcd

f cd为混凝土轴心抗压强度设计值

3.2 施工阶段钢梁竖向挠度结果

施工阶段在混凝土未达到设计强度之前，桥面板只能作为湿重荷载，此阶段仅有钢梁作为承重构件

△l=16.0cm

..

3.3 结论

初步计算结果表明，由于施工阶段及成桥后截面刚度存在差异，Ieq/Is= 0.098441/ 0.027211=3.62倍（换算截面惯性矩/钢梁净截面惯性矩）

表 6 钢梁与组合梁截面特性对比

施工阶段桥面板未参与共同受力，因此该阶段钢梁截面应力及挠度值均很大，可采取两种方式解决：

方案一，增大钢梁截面刚度，其中加大梁高是增加截面惯性矩的一种非常有效方式；然而钢梁作为薄壁构件，梁高过大容易造成结构失稳。

方案二，施工时，在被交线（吐乌大）中央分隔带附近设置临时竖向支撑，该方式在施工阶段可以非常有效地减小主梁跨度，减小截面内力（弯矩、剪力），从而相应减小施工阶段钢梁截面应力。

综上述，推荐在施工阶段设置临时竖向支承的方案。

3.4 计算过程（附件）

详细计算过程，见附件。

4.设置临时支撑_有限元分析计算

4.1 有限于建模

有限元数值分析采用Midas商业结构计算软件，在被交线（吐乌大）中央分隔带附近位置设临时支撑，利用施工阶段联合截面的功能建模。

图7计算简图施工阶段设置临时支架

模型沿桥纵向共划分为84个单元，施工阶段联合截面输入时，混凝土桥面板厚度取用平均厚度32cm，板托厚度假定3cm，保证组合截面梁高不变