钢-混叠合连续梁负弯矩区计算分析

杨新刚，刘鹏

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海 200092）

钢-混叠合连续梁负弯矩区计算分析

杨新刚，刘鹏

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海 200092）

通过分析钢-混叠合连续梁受力特点，运用双截面法实例分析负弯矩区受力状态，通过M idas有限元软件研究了叠合梁负弯矩区混凝土开裂情况下钢结构应力分布情况。

叠合梁；连续梁；负弯矩区

1 概述

城市基础设施的建设发展，直接影响着一座城市的内部环境和对外沟通联系。各种市政桥梁和高架桥的建设，大大减轻了城市日益严峻的交通拥堵问题。但是,由于城市空间、施工要求以及施工期间交通不中断等要求，公路上应用较为普遍的钢筋混凝土桥受到很多制约。钢-混叠合梁桥采用的是工厂预制和现场浇注相结合，能发挥两种施工工艺的优点；且因其结构自重轻、跨越能力大、施工周期短等优点，市场应用前景十分广阔。

钢-混叠合梁是主梁采用钢箱梁、钢板梁或者工字钢梁，在主梁上铺设钢筋混凝土或预制混凝土板的一种桥梁形式。组合钢梁可以通过工厂预制，现场拼接；混凝土板可以现浇，也可以预制。预制与现浇灵活的结合，能够为工程的快速施工提供诸多便利。叠合梁最开始出现的时候，由于其刚度大、重量轻的特点，往往应用于大跨度的简支梁，随着工程技术不断进步，叠合连续梁也逐渐应用到实际工程中，越来越多地发挥出叠合梁结构的优势。而连续梁在墩顶负弯矩区有较大的负弯矩，此位置的混凝土板容易开裂，而钢-混叠合连续梁由于采用两种材料，墩顶的计算分析就更加复杂。本文以实际工程为依托，讨论了钢-混叠合连续梁负弯矩区的计算分析方法，为其他类似工程的研究提供了理论和实际依据。

2 工程概况

本工程钢-混叠合连续梁桥跨径为(25+35+25)m，桥面宽10m。总体布置图如下所示：

图1 某工程钢-混叠合连续箱梁总体布置图

叠合梁高1.8m，纵向采用箱形双主梁形式。钢梁横向采用横梁支撑形式，横梁标准间距6m。支点处横梁与主梁等高布置。全桥范围各部位均采用Q345qD。

本桥在全长范围内，设置25cm等厚度桥面板，材料为C50混凝土。混凝土桥面板纵、横向均为普通钢筋混凝土体系。墩顶段为了控制裂缝开展采用较高的配筋率；正、负弯矩交汇段以及跨中正弯矩区段采用相对较低的配筋率。

叠合梁标准断面如图2所示。

图2 叠合梁标准断面图

3 计算分析

3.1 计算原则

1）组合梁内力计算可不考虑钢梁和混凝土桥面板之间的滑移效应。

2）应考虑截面开裂引起的内力重分布：

（1）截面抗弯刚度分为未开裂截面刚度EI1和开裂截面刚度EI2，计算开裂截面刚度时，不考虑受拉区混凝土对刚度的影响，但计入混凝土板有效宽度内纵向钢筋的作用；

（2）采用开裂分析方法，中间支座左、右两侧一定范围内组合梁截面刚度取开裂截面刚度EI2，其余区段组合梁截面刚度取未开裂截面刚度EI1。

3.2 开裂区域确定

组合梁桥整体计算中应考虑混凝土开裂引起内力重分配问题，混凝土开裂区长度取支点两侧各15%的跨径长度作为开裂区长度，本次计算中跨跨径为35m，故混凝土开裂长度按支点两侧各5.5m计算。

3.3 墩顶截面

墩顶截面分为未开裂截面和开裂截面。未开裂截面只考虑混凝土板和钢箱梁的截面刚度；开裂截面中，忽略了混凝土板的作用，将板内钢筋等效为相同面积的钢板，其截面刚度为钢板和钢箱梁的截面刚度。二者的截面特性如表1所示。

表1 两种截面的特性

4 计算结果

计算采用M idasCivil有限元计算模型，对双主梁叠合连续钢箱梁进行分析计算。计算分析采用开裂和未开裂两种模式，因而建立两个模型。计算模型如图3所示。

图3 计算模型

计算结果如图4～图6所示。

图4 标准荷载组合-叠合连续梁内力图

图5 基本荷载组合-叠合连续梁内力图

图6 标准荷载组合-叠合连续梁应力图

5 结果分析

通过计算分析可以看出，对于钢-混叠合连续梁来说，主梁钢箱梁上下缘的最大拉、压应力分别为 116MPa和-142MPa，满足钢结构设计规范。混凝土在墩顶处出现拉应力，最大拉应力达到2.1MPa。对于C50混凝土来说，2.1MPa超过了强度设计值，混凝土出现裂缝。为了分析此时的墩顶负弯矩区，就需要使用开裂模型。用开裂截面代替未开裂截面，考虑混凝土板里边的加密钢筋的作用。

提取开裂模型中长期荷载和短期荷载，及未开裂模型中温度梯度荷载，计算墩顶负弯矩区裂缝。计算结果如表2所示。

表2 裂缝计算表格

由以上计算结果可知，裂缝宽度为0.148mm。对于较为不利的Ⅲ类和Ⅳ类环境的钢筋混凝土构件来说，满足0.15mm裂缝宽度限值，满足规范规定。

6 结语

本文论述了钢-混叠合连续梁的应用及研究现状，对其负弯矩区裂缝进行了计算分析，并结合工程实例论述该计算方法的可行性及对工程实践的指导意义，为今后类似工程提供了参考。

【1】邵长宇.梁式组合结构桥梁[M].北京：中国建筑工业出版社，2015.

【2】吴冲.现代钢桥[M].北京：人民交通出版社，2006.

【3】GB 50917—2013钢-混凝土组合桥梁设计规范[S].

【4】CJJ11—2011城市桥梁设计规范[S].

The Computational Analysis of the Negative Moment Area for Composite Continuous Beamw ithSteel-concrete

YANG Xin-gang，LIUPeng
(ShanghaiMunicipalEngineeringDesign Institute（Group）Co.Ltd.,Shanghai 200092,China）

Through analyzing the mechanical characteristics of composite continuous beam with steel-concrete,the negative bending zone'sstressstateisstudiedbyusingdual-sectionmethod,and thestressdistribution isalsodiscussedby finiteelementsoftwareM idaswhen thecompositebeam'snegativemomentareaappearscrack.

compositebeam；continuousbeam；negativemomentarea

U441

A

1007-9467（2016）08-0102-03

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.024

2016-03-18

杨新刚（1984～），男，河北石家庄人，工程师，从事桥梁设计与研究，（电子信箱）10796795@qq.com。