组合梁桥结构的计算理论剖析.pdf

第七章 组合梁桥结构的计算理论 7.1 组合结构概述 组合结构是指将两种及两种以上的建筑材料相互结合在一起，并且形成更加合理的构件或结构 体系。从工程建设的经济性、使用性考虑，组合结构代表性的建筑材料主要是钢材与混凝土，因此 一般所说的组合结构，就是指由这两种材料通过粘结、机械咬合或连接件相互结合，并且能够共同 承受作用力的构件或结构。 在桥梁工程中常用的组合结构是钢与混凝土的组合结构。钢-混凝土组合结构的定义：用型钢或 钢板焊接（或冷压）钢截面，在其上面、四周或内部浇筑混凝土，使混凝土与型钢形成整体，并且 共同受力的结构。 目前国内外常用的钢-混凝土组合结构有以下六种类型： （1）压型钢板与混凝土组合楼板 利用锻压形成的钢板铺在钢梁（次梁）上，通过连接件（或称剪力键）和钢梁的上翼缘焊牢， 然后在压形钢板上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。 这种形式的组合 结构主要在建筑结构 的楼板结构中采用， 最近在公路的组合梁 桥中，桥面也有采用 类似形式的结构。 图7-1 压型钢板组合结构 （2） 钢-混凝土组合梁 由外露的钢梁与混凝土桥面板形成的 组合结构。在钢梁与混凝土板之间设置剪 力键，以保证在荷载作用下混凝土板与钢 梁的共同受力。 钢-混凝土组合梁在桥梁结构中应用 比较广泛，特别是在城市立交桥和大跨度 桥梁中，为加快施工速度和减轻结构自重， 图7-2 钢混凝土组合梁 采用组合结构具有较大的优势。 （3）型钢混凝土结构 242 由混凝土包裹型钢做成的组合结构。也有称之为混凝土包钢结构、钢骨钢筋混凝土结构、劲性 钢筋混凝土结构，其特征是钢完全由混凝土包裹，结构防腐性能好。这种结构广泛用于受压的柱式 结构，在要求低高度的梁中，采用此种结构也具有经济性的优势。 图7-1 型钢混凝土结构 a)实腹式型钢混凝土柱； b) 空腹式型钢混凝土柱； c) 实腹式型钢混凝土梁； d) 空腹式型钢混凝土梁； （4）钢管混凝土结构 将普通混凝土填入薄壁圆形钢管中而形成的组合结构。这种结构借助内填混凝土增强钢管壁的 稳定性，借助钢管对核心混凝土的约束作用，使核心 混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更 高的抗压强度和变形能力。 在钢管混凝土结构中，钢管具有如下功能： 1） 钢管本身是耐侧压的模板； 2） 钢管本身可代替钢筋承担拉力和压力； 3） 钢管本身是劲性承重骨架； 4） 钢管可提高核心混凝土的抗压强度。 图7-4 钢管混凝土结构 （5） 外包钢混凝土结构 外包钢混 凝土结构是外 部配置钢板、型 钢的混凝土结 构。它是在克服 装配式混凝土结 图7-5 外包钢混凝土结构 243 构的一些缺点的基础上发展起来的。这种结构的受力主筋由包钢结构代替，内侧箍筋等设计可与外 部钢结构结合考虑。 （6）预弯组合梁结构 预弯组合梁是利用配置在混凝土里的钢梁自身的变 形，对混凝土施加预应力的型钢混凝土结构。预弯组合 梁由预弯曲的工字形钢梁、一期混凝土结构和二期混凝 土结构组成，具有钢结构、钢筋混凝土结构以及预应力 混凝土结构的特点。 在桥梁结构中，广泛应用的组合结构是钢-混凝土组 合梁、钢管混凝土结构和预弯组合梁，本章主要介绍结 合梁计算分析的一些关键问题。 图7-6 预弯组合梁结构 7.2 钢-混凝土结合梁的弹性设计与计算 7.2.1 概念与构造 1）基本设计思想 对于简支梁桥，在上缘设置混