鋼-混疊合連續梁負彎矩區計算分析

楊新剛，劉鵬

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海 200092）

鋼-混疊合連續梁負彎矩區計算分析

楊新剛，劉鵬

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海 200092）

通過分析鋼-混疊合連續梁受力特點，運用雙截面法實例分析負彎矩區受力狀態，通過M idas有限元軟件研究了疊合梁負彎矩區混凝土開裂情況下鋼結構應力分布情況。

疊合梁；連續梁；負彎矩區

1 概述

城市基礎設施的建設發展，直接影響著一座城市的內部環境和對外溝通聯系。各種市政橋梁和高架橋的建設，大大減輕了城市日益嚴峻的交通擁堵問題。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制和現場澆注相結合，能發揮兩種施工工藝的優點；且因其結構自重輕、跨越能力大、施工周期短等優點，市場應用前景十分廣闊。

鋼-混疊合梁是主梁采用鋼箱梁、鋼板梁或者工字鋼梁，在主梁上鋪設鋼筋混凝土或預制混凝土板的一種橋梁形式。組合鋼梁可以通過工廠預制，現場拼接；混凝土板可以現澆，也可以預制。預制與現澆靈活的結合，能夠為工程的快速施工提供諸多便利。疊合梁最開始出現的時候，由于其剛度大、重量輕的特點，往往應用于大跨度的簡支梁，隨著工程技術不斷進步，疊合連續梁也逐漸應用到實際工程中，越來越多地發揮出疊合梁結構的優勢。而連續梁在墩頂負彎矩區有較大的負彎矩，此位置的混凝土板容易開裂，而鋼-混疊合連續梁由于采用兩種材料，墩頂的計算分析就更加復雜。本文以實際工程為依托，討論了鋼-混疊合連續梁負彎矩區的計算分析方法，為其他類似工程的研究提供了理論和實際依據。

2 工程概況

本工程鋼-混疊合連續梁橋跨徑為(25+35+25)m，橋面寬10m。總體布置圖如下所示：

圖1 某工程鋼-混疊合連續箱梁總體布置圖

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，橫梁標準間距6m。支點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，設置25cm等厚度橋面板，材料為C50混凝土。混凝土橋面板縱、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、負彎矩交匯段以及跨中正彎矩區段采用相對較低的配筋率。

疊合梁標準斷面如圖2所示。

圖2 疊合梁標準斷面圖

3 計算分析

3.1 計算原則

1）組合梁內力計算可不考慮鋼梁和混凝土橋面板之間的滑移效應。

2）應考慮截面開裂引起的內力重分布：

（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，計算開裂截面剛度時，不考慮受拉區混凝土對剛度的影響，但計入混凝土板有效寬度內縱向鋼筋的作用；

（2）采用開裂分析方法，中間支座左、右兩側一定范圍內組合梁截面剛度取開裂截面剛度EI2，其余區段組合梁截面剛度取未開裂截面剛度EI1。

3.2 開裂區域確定

組合梁橋整體計算中應考慮混凝土開裂引起內力重分配問題，混凝土開裂區長度取支點兩側各15%的跨徑長度作為開裂區長度，本次計算中跨跨徑為35m，故混凝土開裂長度按支點兩側各5.5m計算。

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 計算結果

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

圖3 計算模型

計算結果如圖4～圖6所示。

圖4 標準荷載組合-疊合連續梁內力圖

圖5 基本荷載組合-疊合連續梁內力圖

圖6 標準荷載組合-疊合連續梁應力圖

5 結果分析

通過計算分析可以看出，對于鋼-混疊合連續梁來說，主梁鋼箱梁上下緣的最大拉、壓應力分別為 116MPa和-142MPa，滿足鋼結構設計規范。混凝土在墩頂處出現拉應力，最大拉應力達到2.1MPa。對于C50混凝土來說，2.1MPa超過了強度設計值，混凝土出現裂縫。為了分析此時的墩頂負彎矩區，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，計算墩頂負彎矩區裂縫。計算結果如表2所示。

表2 裂縫計算表格

由以上計算結果可知，裂縫寬度為0.148mm。對于較為不利的Ⅲ類和Ⅳ類環境的鋼筋混凝土構件來說，滿足0.15mm裂縫寬度限值，滿足規范規定。

6 結語

本文論述了鋼-混疊合連續梁的應用及研究現狀，對其負彎矩區裂縫進行了計算分析，并結合工程實例論述該計算方法的可行性及對工程實踐的指導意義，為今后類似工程提供了參考。

【1】邵長宇.梁式組合結構橋梁[M].北京：中國建筑工業出版社，2015.

【2】吳沖.現代鋼橋[M].北京：人民交通出版社，2006.

【3】GB 50917—2013鋼-混凝土組合橋梁設計規范[S].

【4】CJJ11—2011城市橋梁設計規范[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，從事橋梁設計與研究，（電子信箱）10796795@qq.com。