鋼—混凝土組合簡支梁橋動力特性分析與探討

陶英　蘇航　滕書發

【摘要】鋼-混凝土組合梁式鋼結構和混凝土結構基礎上發展起來的一種新型結構型式。該結構型式較傳統結構型式而言有較大的優勢。本文通過鋼-混凝土結合梁與普通結構型式梁橋對比分析，對鋼-混凝土組合簡支梁動力特性方面進行相關的探討。

【關鍵詞】鋼-混凝土組合梁；動力特性

【Abstract】Steel - concrete composite beam steel and concrete structures developed on the basis of a new structure type. The structure type in terms of the more traditional structure type have a greater advantage. In this paper， steel - concrete composite girder bridge structure type with the ordinary comparative analysis of steel - concrete composite Charpy-related aspects of dynamic characteristics discussed.

【Key words】Steel - concrete composite beam；Dynamic characteristics

1. 鋼——混凝土組合梁簡介

1.1鋼——混凝土組合梁是在鋼結構和混凝土結構基礎上發展起來的一種新型結構型式，其與木結構、砌體結構、鋼筋混凝土結構和鋼結構并列，已經擴展成為第五大結構，它是通過連接件把鋼筋和混凝土板連接成整體而共同工作的受彎構件。在荷載作用下，混凝土板受壓而鋼梁受拉，充分發揮鋼材和混凝土的材料特性。該組合梁和鋼筋混凝土梁相比，可以減輕結構自重，減小地震作用，減小截面尺寸，增加有效使用空間等優點。和鋼梁相比，可以減小用鋼量，增大穩定性和整體性，增強結構耐久性等優點。結合上述優點，近年來，鋼——混凝土組合梁在我國城市立交橋梁及建筑結構中得到了越來越廣泛的發展，并且正朝著大跨方向發展。

1.2組合結構的應用和研究至今已有近百年的歷史。目前分析方法可以分為解析法、半解析法和有限元法。其中有限元法分為3類：（1）按空間板殼單元進行完全的三維空間分析。（2）按空間或者平面梁計算。（3）在普通梁單元基礎上考慮滑移，以初等梁節點的6個自由度為基礎，增加自由度以考慮組合梁界面滑移，按換算后的組合梁段單元計算。

2. 工程概況簡介

本論文依托于某市地鐵1號線1期項目，該項目由于地域的特殊性，在某段需要跨鐵路線（由于鐵路線附近經常有火車行駛，固該段的震動情況較其他正常城市區間更大），固該區間設計為30米跨鋼——混凝土組合簡支梁結構，其結構斷面如圖1所示。該市地鐵其余區間30米跨則采用預應力鋼筋混凝土梁結構，其結構斷面如圖2所示。

3. 計算模型的建立

利用橋梁專用有限元計算軟件MIDAS/CIVIL，并結合相關設計資料，分別對典型30米鋼——混凝土組合簡支梁和典型30米預應力鋼筋混凝土簡支梁進行建模分析。其中將鋼——混凝土組合簡支梁離散為138個節點和128個單元，結構離散圖如圖3所示；將預應力鋼筋混凝土簡支梁離散為18個節點和15個單元，結構離散圖如圖4所示。

4. 動力特性分析及結果

4.1特征值分析。

自振是指彈性系作用下形成的振動。橋梁結構的自振頻率不僅和結構剛度、質量有關，而且還和結構形式、材料阻尼特性、邊界條件有關。同時橋梁結構自振特性與結構承載能力有著一定的內在聯系，自振頻率與橋跨剛度結構撓度檢驗系數存在一定關系。結構剛度、邊界條件和結構橫向聯系等是影響結構承載能力的直接因素，因此，還可以通過結構實測自振特性，從宏觀上了解一座橋梁的現行運營狀況和承載能力。本文通過MIDAS軟件特征值分析，典型30米鋼——混凝土組合簡支梁：2.48Hz，其中自振模態如圖5所示；典型30米預應力鋼筋混凝土簡支梁的一階自振頻率為：4.36Hz，其中自振模態如圖6所示。

4.2結論。

（1）通過上訴兩典型標準梁一階頻率的計算，可以得到鋼——混凝土組合簡支梁的自振頻率較預應力鋼筋混凝土簡支梁的自振頻率小，固可以得出，鋼——混凝土組合簡支梁的剛度比預應力鋼筋混凝土簡支梁的大。同時，鋼——混凝土組合簡支梁截面尺寸更小，材料用量更為節約。在跨越鐵路線這些振動較大的的確較普通預應力梁更有優勢。

（2）同時，鋼——混凝土組合梁在我國的應用實踐表明，鋼——混泥土組合結構以其良好的受力性能和施工性能，廣泛應用于各類建筑結構中，具有廣闊的發展前景，同事鋼——混凝土組合結構具有顯著的技術經濟效益和社會效益，適合我國基本建設的國情，是未來結構體系的主要發展方向之一。

參考文獻

[1]范立礎 橋梁工程 人民交通出版社 2010.

[2]葉見曙 結構設計原理 人民交通出版社 2009.

[3]邱順冬 橋梁工程軟件midas Civil應用工程實例 人民交通出版社 2011.