鋼-混疊合連續(xù)梁負(fù)彎矩區(qū)計(jì)算分析

楊新剛，劉鵬

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海 200092）

鋼-混疊合連續(xù)梁負(fù)彎矩區(qū)計(jì)算分析

楊新剛，劉鵬

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海 200092）

通過分析鋼-混疊合連續(xù)梁受力特點(diǎn)，運(yùn)用雙截面法實(shí)例分析負(fù)彎矩區(qū)受力狀態(tài)，通過M idas有限元軟件研究了疊合梁負(fù)彎矩區(qū)混凝土開裂情況下鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布情況。

疊合梁；連續(xù)梁；負(fù)彎矩區(qū)

1 概述

城市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)發(fā)展，直接影響著一座城市的內(nèi)部環(huán)境和對外溝通聯(lián)系。各種市政橋梁和高架橋的建設(shè)，大大減輕了城市日益嚴(yán)峻的交通擁堵問題。但是,由于城市空間、施工要求以及施工期間交通不中斷等要求，公路上應(yīng)用較為普遍的鋼筋混凝土橋受到很多制約。鋼-混疊合梁橋采用的是工廠預(yù)制和現(xiàn)場澆注相結(jié)合，能發(fā)揮兩種施工工藝的優(yōu)點(diǎn)；且因其結(jié)構(gòu)自重輕、跨越能力大、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，市場應(yīng)用前景十分廣闊。

鋼-混疊合梁是主梁采用鋼箱梁、鋼板梁或者工字鋼梁，在主梁上鋪設(shè)鋼筋混凝土或預(yù)制混凝土板的一種橋梁形式。組合鋼梁可以通過工廠預(yù)制，現(xiàn)場拼接；混凝土板可以現(xiàn)澆，也可以預(yù)制。預(yù)制與現(xiàn)澆靈活的結(jié)合，能夠?yàn)楣こ痰目焖偈┕ぬ峁┲T多便利。疊合梁最開始出現(xiàn)的時候，由于其剛度大、重量輕的特點(diǎn)，往往應(yīng)用于大跨度的簡支梁，隨著工程技術(shù)不斷進(jìn)步，疊合連續(xù)梁也逐漸應(yīng)用到實(shí)際工程中，越來越多地發(fā)揮出疊合梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。而連續(xù)梁在墩頂負(fù)彎矩區(qū)有較大的負(fù)彎矩，此位置的混凝土板容易開裂，而鋼-混疊合連續(xù)梁由于采用兩種材料，墩頂?shù)挠?jì)算分析就更加復(fù)雜。本文以實(shí)際工程為依托，討論了鋼-混疊合連續(xù)梁負(fù)彎矩區(qū)的計(jì)算分析方法，為其他類似工程的研究提供了理論和實(shí)際依據(jù)。

2 工程概況

本工程鋼-混疊合連續(xù)梁橋跨徑為(25+35+25)m，橋面寬10m?？傮w布置圖如下所示：

圖1 某工程鋼-混疊合連續(xù)箱梁總體布置圖

疊合梁高1.8m，縱向采用箱形雙主梁形式。鋼梁橫向采用橫梁支撐形式，橫梁標(biāo)準(zhǔn)間距6m。支點(diǎn)處橫梁與主梁等高布置。全橋范圍各部位均采用Q345qD。

本橋在全長范圍內(nèi)，設(shè)置25cm等厚度橋面板，材料為C50混凝土?；炷翗蛎姘蹇v、橫向均為普通鋼筋混凝土體系。墩頂段為了控制裂縫開展采用較高的配筋率；正、負(fù)彎矩交匯段以及跨中正彎矩區(qū)段采用相對較低的配筋率。

疊合梁標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖2所示。

圖2 疊合梁標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

3 計(jì)算分析

3.1 計(jì)算原則

1）組合梁內(nèi)力計(jì)算可不考慮鋼梁和混凝土橋面板之間的滑移效應(yīng)。

2）應(yīng)考慮截面開裂引起的內(nèi)力重分布：

（1）截面抗彎剛度分為未開裂截面剛度EI1和開裂截面剛度EI2，計(jì)算開裂截面剛度時，不考慮受拉區(qū)混凝土對剛度的影響，但計(jì)入混凝土板有效寬度內(nèi)縱向鋼筋的作用；

（2）采用開裂分析方法，中間支座左、右兩側(cè)一定范圍內(nèi)組合梁截面剛度取開裂截面剛度EI2，其余區(qū)段組合梁截面剛度取未開裂截面剛度EI1。

3.2 開裂區(qū)域確定

組合梁橋整體計(jì)算中應(yīng)考慮混凝土開裂引起內(nèi)力重分配問題，混凝土開裂區(qū)長度取支點(diǎn)兩側(cè)各15%的跨徑長度作為開裂區(qū)長度，本次計(jì)算中跨跨徑為35m，故混凝土開裂長度按支點(diǎn)兩側(cè)各5.5m計(jì)算。

3.3 墩頂截面

墩頂截面分為未開裂截面和開裂截面。未開裂截面只考慮混凝土板和鋼箱梁的截面剛度；開裂截面中，忽略了混凝土板的作用，將板內(nèi)鋼筋等效為相同面積的鋼板，其截面剛度為鋼板和鋼箱梁的截面剛度。二者的截面特性如表1所示。

表1 兩種截面的特性

4 計(jì)算結(jié)果

計(jì)算采用M idasCivil有限元計(jì)算模型，對雙主梁疊合連續(xù)鋼箱梁進(jìn)行分析計(jì)算。計(jì)算分析采用開裂和未開裂兩種模式，因而建立兩個模型。計(jì)算模型如圖3所示。

圖3 計(jì)算模型

計(jì)算結(jié)果如圖4～圖6所示。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)荷載組合-疊合連續(xù)梁內(nèi)力圖

圖5 基本荷載組合-疊合連續(xù)梁內(nèi)力圖

圖6 標(biāo)準(zhǔn)荷載組合-疊合連續(xù)梁應(yīng)力圖

5 結(jié)果分析

通過計(jì)算分析可以看出，對于鋼-混疊合連續(xù)梁來說，主梁鋼箱梁上下緣的最大拉、壓應(yīng)力分別為 116MPa和-142MPa，滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范?；炷猎诙枕斕幊霈F(xiàn)拉應(yīng)力，最大拉應(yīng)力達(dá)到2.1MPa。對于C50混凝土來說，2.1MPa超過了強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，混凝土出現(xiàn)裂縫。為了分析此時的墩頂負(fù)彎矩區(qū)，就需要使用開裂模型。用開裂截面代替未開裂截面，考慮混凝土板里邊的加密鋼筋的作用。

提取開裂模型中長期荷載和短期荷載，及未開裂模型中溫度梯度荷載，計(jì)算墩頂負(fù)彎矩區(qū)裂縫。計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 裂縫計(jì)算表格

由以上計(jì)算結(jié)果可知，裂縫寬度為0.148mm。對于較為不利的Ⅲ類和Ⅳ類環(huán)境的鋼筋混凝土構(gòu)件來說，滿足0.15mm裂縫寬度限值，滿足規(guī)范規(guī)定。

6 結(jié)語

本文論述了鋼-混疊合連續(xù)梁的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀，對其負(fù)彎矩區(qū)裂縫進(jìn)行了計(jì)算分析，并結(jié)合工程實(shí)例論述該計(jì)算方法的可行性及對工程實(shí)踐的指導(dǎo)意義，為今后類似工程提供了參考。

【1】邵長宇.梁式組合結(jié)構(gòu)橋梁[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

【2】吳沖.現(xiàn)代鋼橋[M].北京：人民交通出版社，2006.

【3】GB 50917—2013鋼-混凝土組合橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

【4】CJJ11—2011城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)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

楊新剛（1984～），男，河北石家莊人，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)與研究，（電子信箱）10796795@qq.com。