钢-混凝土组合梁结构安全分析.pdf

2 0 1 1 年 5 月第 5 期 城 市道桥 与防 洪 桥梁结构 7 7 钢 一 混凝士组合梁结构安全分析 吴 健 ( 深圳 市综合 交通设 计研 究院 ， 广 东 深 圳 5 1 8 0 0 3) 摘 要 ： 该 文结合一座 上 二 跨一交通 繁忙路 口的钢一 混凝土组 合连续箱梁 ， 详细介绍 钢一 混凝 土组合 连续 梁的结 构没 汁、 施 工工序 并 采用合 理的计算理论 、 模 型进 行结构安全分析 ， 总结 了钢一 混凝土组合连续梁 的优 点 ， 对今后 同类 型桥梁的 设计提 供参考 。 关 键词 ： 钢一 混 凝土组合 梁 ； 安全 分析 ； 设计 ； 深 圳市 中图分 类号 ： U 4 4 8 2 1 6 文献 标识 码 ： B 文童编 号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 7 7 0 3 1 概 况 3施工 工序 近年来 ， 在城 市立交桥建设 中， 钢一 混凝 土组 合梁桥被大量采用 。与其它桥 型相 比， 钢一 混凝土 组合梁桥充 分发挥钢材的高强度和混凝土的抗压 强度 ，具有造 型轻巧美观 、跨 越能力大 、施工便 捷 、 节省模板 、 不 中断桥 下交 通 、 造 价低 、 行 车噪 音小等优点 。 深圳市 布龙路 五和立交 为分离 式立交桥 ， 上 跨交通繁忙 的五和大道 。两条道路均为城市一级 主干路 ，双向6 车道 。桥梁全长2 6 6 m，主桥采用 ( 3 5 + 4 0 + 3 5 ) i n 钢一 混凝土组合梁 ， 引桥采用53 0 m 预应力混凝 土简支转 连续 小箱梁 。本文仅对钢 一 混凝土组 合梁的结构安全分析进行介 绍。 2 结构设 计 单幅桥 宽 1 3 5 1 m， 净 宽 1 2 2 5 1 i l ， 两侧分 别设 0 6 3 m宽防撞护栏 。跨 中横断面如图1 所示 。 上部 结构采用单 箱双室断面 ，桥面横坡 由腹 板变高度形成 。 组合梁 由钢箱梁 、 预应力混凝土桥 面板及桥面系组成 。梁高1 7 m， 预制钢 箱梁桥梁 高为 I 3 1 3 4 5 m， 翼板 宽0 6 m、 厚 2 5 m m， 腹 板厚 2 0 In to， 底板宽3 0 6 e I n 、 厚2 5 m m， 底板在 支点处加 厚至4 0 m l n ；桥 面板箱 梁腹板处厚 度为4 0 c n l ， 箱 中心处厚度 为3 2 c m， 预制模板厚8 c m。桥面板 与 钢箱梁 通过焊 钉ML 1 5 圆柱头 焊钉连 接形 成组 合 截面 。钢梁材质 为Q3 4 5 q c， 桥面板混凝 土为c 5 o 补偿收缩混凝 土 ，并在 钢梁支点段 现浇c s o b 偿 收缩混凝土进行配重 。 为 防止 支点 负弯矩段 桥面混凝 土开裂 ，在桥 面 板 中施 加 纵 向 预 应 力 。预 应 力 钢 束 为 3 0 束 1 5 2 0 钢绞线 ， 采用塑料 波纹 管成孔 、 真空法 压 浆 。桥面板按预应力A类构件进行设计 。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 1 1 0 8 作者简 介： 吴健 ( 1 9 7 8 一) ， 男 ， 广 东人 ， 工程 师 从 事交 通 工 程 设计 I 作 ： 钢箱梁分成5 个制作段施 工 ， 共3 类。A制作 段 为两边跨段 ， 长1 9 m； B 制作段为中支点段 ， 长2 5 m； C 制作段 为中跨跨 中段 ， 长2 2 m。各制作段在工厂 完成制作 ， 运至施工现场进行拼装 ， 接缝采用摩 擦 型高强螺栓连接 。各施工 阶段划分及主要作用详 见 表 1 所 列 。 表 1施工 阶段划 分表 施 序 主要施 工内容描述 主要作用 l 钢箱梁吊装 2 钢梁栓接 3 浇筑钢梁内配重混凝土 现浇 负弯矩 区钢 束相关单 元的 。 桥面板 一 负弯矩 区钢束相 关单元 形成组 合截面 6 张拉 负弯矩 区钢束 一 浇筑通长 束相关单 元 的混凝土 ( 第 4阶段 已经浇筑的除外 ) 8 通长柬相关单元形成组合截面 9 张拉通长束 ， 浇筑边跨无钢柬区域的桥面板， 形成组合截面 ， 无钢柬 区域 的桥 面板形 成组合 一 截面 l 2 拆除临时支撑 完成桥 面铺 装 、 防撞 栏 、 防抛 网 等二期恒载 1 4 运营阶段 各制作段 自重 结构体系转换 配重混凝土 自重 桥面板 自重 应力重新 分配 施加负弯矩 区预应力 桥面板 自重 应力重新 分配 施加通长束预应力 桥面板 自重 应力重新分 配 应力重新分配 二期恒载 汽车荷载收缩 、 徐变等 4结构 安全 性分 析 4 1 计算软件 该桥为直线等宽桥 ， 可按平 面杆 系理论计算 。 计算软件采用 桥梁博士 计算程序。 计算时将钢箱部分作为 主截面 ，桥面板作为 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 8 桥梁结构 城 市道桥 与防洪 2 0 1 1 年 5 月第 5 期 图1 跨中横断 面图( 单位 ： c m ) 附加截面 ， 按组合构件考虑 。 钢箱梁按容许应力法 验算 ， 桥面板按承载能 力极限状态法验算。 4 2 基本假 设 ( 1 ) 将钢材和混凝 土均视为理想 的弹性体 ， 其 应力应变关系成正 比； ( 2 ) 钢梁与混凝土板之间具有可靠 的连接 ， 相 对滑移很小 ， 可忽略不计 ； ( 3 ) 组合梁 的截面变形符合平截面假设 ； ( 4 ) 不考虑受拉面混凝土参与工作 。 4 3 主要设计参数 结构重要性 系数 1 1 ； 设计荷载 为公路 一I 级 ； 张拉控 制力 1 3 3 9 2 MP a ，预应力 孑 L 道 摩擦 系数 x = 0 1 5 ， 偏差 系数k = 0 0 0 1 5 ， 一端锚具变形 及回缩 值 1 = 6 m m； 体 系温度 变化范 同 3 0 c c； 日照温 差按 公路桥涵设计通用规范 考虑； 支座不均匀 沉降1 e m。 在组合梁 的弹性设计 中，通 常混凝土板换算 为等效 的钢截面。 = E - = 6 0 8 7 。截面特性如表 2 所 列 。 表 2截面 特性表 4 4 承载能力验算结果 承载能力极 限状态基本组合作 用下 ，弯矩包 络图、 剪力包络 图如 图2 所示 。 4 4 1正弯矩 区抗弯承载力验算 受 压 区高度 = 4 厂 6 ， = = 0 2 5 3 ( I n ) = 2 0 0 5 9 k N l I l 4 。 4 。 2 负弯矩区抗弯承载力 钢 箱 梁 塑 性 中 和 轴 高 度 Y= 3 7 2 m m； S = 1 46 7 2 0 7 9 4 1 mm ； 5 = 4 2 2 4 7 3 5 3 mm 。 M = ( 5 1 + S 2 )f = ( 1 4 6 7 2 0 7 9 4 1 + 4 2 2 4 7 3 5 3 ) x 6 2 1 o 1 0= 3 1 6 9 8 5 6( k N I n) 在桥面板内设置1 7 0 根 1 6 钢筋， A ， = 3 4 1 8 7 iT l m ， 钢筋合力作用点离梁底 1 5 5 0 m m；桥面板 内设置 3 0 束 1 5 1 5 2 0 钢 绞 线 ， A = 6 2 5 5 0 m m ， 离 梁底 l 5 7 0 ra m； 钢筋、 钢绞线合力作用点离梁底1 5 6 7 8 mm 。 则组合梁塑性 中和轴高度 ： 3 4l 7 28 0 l 5 5 0 +6 2 55 0 x l Z O U 1 )7 0 + 4 5 4 8 0 1 1 xZl 0 x 3 3 9 3 41 8 72 8 0 + 6 2 5 5 0 x l 2 6 0 + 4 5 4 8 0 021 0 =9 29 6( mm) 纵 向钢筋 、钢束截面形 心至组合梁塑性中和 轴 的距离Y 1 5 6 7 8 9 2 9 6 = 6 3 8 2 ( m m) ； 组合 梁塑性 中和轴至钢梁塑性中和轴的距离 Y 4 = 9 2 9 6 3 7 2 - 8 9 2 5 ( mm) 。 V M = + ( 4 ，- 厂 + 4 P ) ( y 3 +J 4 ) = 3 1 6 9 8 5 6 + 二 ( 3 4 1 8 7 X 2 8 0 + 6 2 5 5 0 X 1 2 6 0 ) ( 6 3 8 2 + 8 9 2 5 2 ) X 1 0 - = 1 2 7 5 4 7 7 1 ( k N 1T I ) = 7 3 8 5 0 k N I l l 4 4 3 正截面抗剪承载力计算 受弯构件的剪力 假定 由腹板承受 ， 则 ： V = =1 2 3 5 X 8 0 X 1 2 0 X 1 0 = 1 1 8 5 6 ( k N) =7 6 8 9 k N 4 5 应力验算 ( 1 ) 正常使用阶段钢箱梁正应力O w m x = 1 4 6 8 MP a =2 1 0 MP a ；最大 剪应力tr = 7 1 MP a 7 _ = 1 2 0 MPa。 ( 2 ) 混凝土桥面板应力验算 ： 在长期效应组合 作用下正截面拉应力 (t - = 1 5 ( MP a ) ； 在短期效 应组 合作用下正截 面拉 应力 s t - 0 = 1 1 ( MP a ) 0 1 8 5 5 MP a ， 斜截面拉应力 = 1 1 MP a 0 5 f , = 1 3 2 5 MP a ；在标准组合作用下主压应力 + = 1 0 8 M P a 0 ， = 1 6 2 M P a 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年 5 月第 5 期 城 市道桥 与防洪 桥梁结构 7 9 7 6 64 h 承载能力组合一 剪力包络 k N 图2内力 包络 图 5 结语 益 ， 因而具有广泛的应用价值。 ( 1 ) 钢一 混凝土组 合梁桥充分发挥钢材 的高强 度 和 混 凝 土 的抗 压 强 度 。 ( 2 ) 减小 中支点 负弯矩影 响的技术措施有 ： 调 整混凝土 浇筑顺序 、 预加 配重 、 张拉 预应力钢筋 、 中支座竖 向位移法 。 ( 3 ) 钢一 混凝土组合梁桥在施1 二 时不影 响桥 下 交通 ， 施工周期短 ， 具有 明显 的经济效益和社会效 参 考 文 献 【 1 J T J 0 2 5 8 6， 公路 桥涵 钢结构 及木 结构设 计规 范【 s f 2 J G J l1 7 8 2 0 0 9 ， 补偿 收缩 混凝 土应用 技术 规程f s 3 黄侨 编 桥梁 钢一 混 凝土 组合 结构 没计 原理 M】 E 京 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 3 4 吴平 平 、 王祖 珍 、 江 雪岭 毫州 枢纽 互 通 区的桥 梁设 计 J 1 交通 标 准化， 2 0 0 7 ， ( 5 ) 中国成功研发核污水处理新技术 近 日， 在郑州 国际会展 中心 ， 由漯河市政府举 办 的项 目落地发 布会宣布 ： 一项可快速 、 高效吸附 、 过滤核污染废水 的新技术在我 国研制成功 ， 可用于 防治放射性物质碘 一 1 3 1及其 他放射性碘 同位素 的扩散 ， 可广泛应用 于核事故应 急 、 核废 水处理 、 核设 施防护 、 医疗放射 性废水处理等方 面。这项高科技重大科技成果 ， 将在河南省 漯河市迅速转化为生产力和经 济效益 。 “ 这种材料对碘 一 1 3 1的吸附效率之高是令人震惊 的。” 中国原子能科学研究 院的研究 人员说 ，该 院的检测报告显示 ，将 1 0 g利用这一新技术 制作的新 材料催化生物 陶颗 粒 ，浸 泡在 含有 1 2 6 4 0 B q L的放 射性 碘 一 1 3 1的核废 水 中 2 0 m i n ，可 以吸附 固定 高达 9 9 9 7 的放射性物质碘 一 1 3 l 。同时 ， 中国科 学院高能物理研究所核 分析技术重点实验室 的检测 显示 ， 利用这种新材 料过滤放射性 高达 1 8 5万 B q L的碘 一1 2 5废水 ， 仅用 5 rai n ， 放 射性碘 一 1 2 5去除率 高达 9 2 。 这种新材料 叫做催化生物 陶 ， 但它不是一般意义上的陶瓷 ， 也不 同于传统的吸附材料。 利用 这种新技术制作 的颗粒 ， 是 一种具有 定 向选 择性功能 的高效 吸附材料 ， 可 以快速 、 简 便 、 高效地吸附固定 放射性物质碘 一 1 3 1 和碘 一 1 2 5等碘放射性离子 。这一技术 的核心部分 是在材料上实现定 向、 选择性 吸附和固定功能 。 目前 ， 该技术项 目已经在河南 投资 了 1 亿元 人 民币 ， 一条 自动化 生产线 已经建成并具 备 了规模生产能力 ， 将 于近期投产 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m