组合钢板梁桥设计及计算总结

一、组合钢板梁桥—主要内容

1、组合梁与非组合梁在力学上的相异点

2、组合钢板梁的分类及其特点

3、组合钢板梁桥的现状及其发展

4、钢板梁

5、钢板梁

6、梁与混凝土桥面板的连接

7、连续组合钢板梁桥

二、组合梁与非组合梁

组合梁与非组合梁在力学上的相异点

图1组合梁与非组合梁的截面力

三、组合梁的分类及其特点

组合梁的定义：当钢梁与混凝土桥面板之间用连接件接合在一起，两者间不能自由发生相对滑移、共同承担纵桥向弯矩时，称为组合梁。

组合钢板梁的定义：是指用3块钢板焊接成截面为I形钢梁的组合梁。

四、组合梁连接刚度分类

刚性组合梁：梁板接合面上使用的是刚性连接件，两者间不发生相对滑移，截面应变变化连续，平截面假定成立，计算比较简单。

弹性组合梁：梁板接合面上使用的是弹性连接件，允许两者间发生一定程度的相对滑移，截面应变变化不连续，计算比较复杂。

柔性组合梁：梁板接合面上使用的是柔性连接件，允许两者间发生相当程度的相对滑移，截面应变变化不连续，计算比较复杂。

图3 刚度不同时相对滑移量的分布

五、组合梁的施工方法分类

活荷载组合梁：不用脚手架施工、直接在钢梁上拼装模板、浇筑混凝土桥面板时，钢梁及其桥面板等前期死荷载由钢梁承担，而路面铺装等比较小的后期死荷载由混凝土桥面板已经硬化的组合梁承担，即承担后期死荷载及其活荷载的组合梁。

死活荷载组合梁：用脚手架施工、在桥面板完全硬化后撤除脚手架时，钢梁、桥面、路面铺装等死荷载都由组合梁承担，即承担所有死荷载与活荷载的组合梁。

图4 组合梁承重按施工分类

六、组合梁结构体系分类

简支组合梁：简支组合梁的钢梁下翼缘承受拉应力，而混凝土桥面板可以设计成仅仅承受压应力，完全没有拉应力作用。

连续组合梁：连续组合梁在桥墩上受到很大的负弯矩作用，其桥面板如何承受拉应力、防止发生有害裂缝是一个未完全解决的课题。

七、组合钢板梁桥的现状与发展非组合钢板梁桥：横撑、竖撑，加劲肋等辅助构件很多

图5 非组合钢板梁桥的承重体系

组合钢板梁桥—欧洲设计上的变迁

采用预应力混凝土桥面板，减少主梁根数；不设或少设横撑、腹板加劲肋；

维护容易，造价大幅度降低。

组合钢板梁桥的发展趋势

采用预应力混凝土桥面板，减少主梁根数；

对承重体系加以改进，不设或少设横撑、腹板加劲肋；

采用高强钢材、轻质或钢纤维混凝土等新型建筑材料；

推广使用耐候钢，节省防锈等维护费用；

用等高或连续变截面压延钢板翼缘，代替多层或间断变截面钢板翼缘；实行多跨连续，少设或不设伸缩缝；

使用橡胶支座，使各桥墩减少水平地震荷载；

把钢梁与混凝土桥墩刚接，节省支座维护费用。

八、钢板梁

非组合钢板梁的承载性能--屈曲形式

图6 钢板梁屈曲形式

非组合钢板梁的承载性能—防止屈曲失稳的措施

腹板的局部屈曲：加大腹板厚度、设横纵向加劲肋

压缩翼缘的竖向屈曲：限制腹板宽度与厚度比

压缩翼缘的扭转屈曲：限制翼缘宽度与厚度比

梁整体横向屈曲：调整翼缘与腹板截面积的比，设竖向横撑

九、组合钢板梁

组合钢板梁的承载性能—承载性能方面的特点

在弯矩作用区间，中性轴位置向桥面板侧上移，终局时钢梁截面压缩区范围很小，可以不设纵向加劲肋。

弯矩作用区间，即使把横向加劲肋的间距增大、即纵横比加大到a=3，还有增

大腹板高厚比的余地。

组合钢板梁试件的最大荷载，与把截面假定完全塑性状态算出的抗弯承载力较

接近，能够发挥密实截面的承载性能。

在组合钢板梁的剪力作用较大区间，腹板屈曲后的剪切强度很难提高，还不宜

加大纵横比或减小腹板厚度的限值。

组合钢板梁桥面板的混凝土、钢筋能够承担一部分剪力，其抗剪承载力比纯钢

板梁大约增大16%。

以2主梁桥为例的钢板梁设计要点

在组合钢板梁的弯矩作用区间，中性轴位置向桥面板侧上移，终局时钢梁截面

压缩区范围很小，可以不设纵向加劲肋。这种情况下，如果钢板梁腹板厚度过大，设置一列纵向加劲肋、使腹板厚度统一起来是可行的。

正弯矩区的钢板梁受到的剪力较小，再加上由于省略纵向加劲肋后钢板变厚、

剪应力相对地减小。为此，横向加劲肋的纵横比可以加大到a=3，即横梁之间

不设置横向加劲肋是可能的。但是中间桥墩附近等剪力较大的区间，横向加劲

肋的间距还有待进一步研究。

伴随着钢板翼缘及其混凝土桥面板的厚度都相应增大，翼缘受到桥面板的约束

及其腹板受到翼缘的约束都变大，屈曲强度也增大。在组合钢板梁的正弯矩作

用区间，即使把横向加劲肋的间距增大、即纵横比加大到a=3，还有增大腹板

高厚比的余地，其上限可以设为h0/tw=180。

以2主梁桥为例的横梁布置设计要点

将横梁布置在横断面上部比布置在中部，主梁下翼缘的水平位移与弯曲应力大

约高出5倍、3倍，当布置在下部时进一步减小。考虑到桥面板等的施工，把

横梁布置在横断面中部或稍微偏下的位置比较妥当。

横梁间距越大，下翼缘的水平位移也越大，但是，即使是间距大到30m其位移

也未达到3mm，反而桥墩附近的弯曲应力随之减小。调查已建桥梁可知，横梁

间距大致在5~10m，而桥墩附近即负弯矩作用区一般都比较小，大致为5m。

横梁截面刚度越大其位移也减小。调查已建桥梁可知，横梁一般都使用I形钢，基本上依据施工时的荷载及其安定性来决定截面尺寸。但同时为了防止负弯矩

区的钢梁整体横向屈曲，要确保横梁的截面刚度。