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组合结构桥梁的发展与应用


20世纪80年代以来,国际桥梁及结构工程协会 (IBASE)多次召开国际学术会议,对组合结构 桥梁在研究、设计、施工等方面的发展进行交流 和研讨,进一步促进了组合结构桥梁的发展;
在法国,组合结构桥梁最具竞争力的跨径范围为 30~110m,跨度在40~100m范围内的公路桥梁中 85%都是组合结构桥梁;而TGV高速铁路桥梁中 组合结构桥梁的比例占45%,之后建设的高速铁 路桥梁中组合结构桥梁的比例更高;
形成中国组合结构桥梁的研究与实践都与其国际 发展水平有明显差距的原因有:
1)简单的认为:因钢结构或组合结构的养护费 用高而组合结构桥梁造价就高;
2)简单的认为:钢材较贵,同时我国劳动力较 低;
3)深入研究表明:同等的设计理论、方法以及 当前国内施工水平,在40~100m甚至更大的跨度 范围内,组合结构完全可以在造价上与预应力混 凝土结构竞争。
组合结构设计理念
长江三峡库区向家坝大桥为43.3m+72.2m+43.3m三跨连 续钢桁架组合梁,其材料费用指标与附近基本相同跨径、桥 宽、桥高的峡口二号大桥对比如下表:
桥名 指标
向家坝大桥 峡口二号大桥
主梁混凝土总用量


主梁预应力钢材用量

桥 主梁钢管、型钢、钢筋用量

全桥造价(2000年)
组合梁截面应力计算—桥面板的有效宽度
20世纪70年代,欧美及日本等国家又投入大量资 金进行基础性理论研究及试验,制定组合结构规 范;目前国外几个主要规范都包含组合结构桥梁 设计部分,如:EURO CODE、BS5400、DIN、 AASHTO等;
同时,在深入研究的基础上,结合工程实践,发 展了一些新的设计方法和施工工艺;
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组合结构桥梁在国外的发展
1950年前后欧美及日本等国开始发展组合桥梁 研究; 二战后,20世纪60年代,欧美及日本等国的桥 梁建设黄金期间,组合结构桥梁以其整体受力 的经济性、发挥两种材料各自优势的合理性、 便于施工的突出优点而得到广泛应用,大量各 种形式的组合结构桥梁建成;
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英国,大多数20~160m及以上跨径的公路桥,组 合结构桥梁竞争力很强;德国及美国组合结构桥 梁应用更广泛;
总之,组合结构桥梁由于其整体受力的经济性、 发挥钢与混凝土两种材料各自优势的合理性、以 及便于施工的突出优点,在欧美、日本等国的桥 梁建设中占有重要地位,德国、美国的应用范围 更加广泛,取得了世人瞩目的成就。
主要内容:
1、组合结构桥梁的发展 2、组合结构桥梁的设计 3、组合结构桥梁的主要类型 4、我院组合结构桥梁的应用情况 5、组合结构桥梁在我国的发展展望
1、组合结构桥梁的发展
组合结构桥梁的特点 组合结构桥梁在国外的发展 组合结构桥梁在国内的发展现状
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钢-混组合结构定义
将截面上作用的弯矩M分解成分别作用在钢梁与桥面板截 面上的弯矩Ms、Mc及其轴力Ns、Nc,即采用截面分力法。
(a) 组合截面
(b) 应变分布
截面分力法
组合梁截面应力计算—轴向变形的条件为:
由上述组合截面的作用力平衡与位移条件式,可以推导出Ms、Mc、 Ns、Nc的计算式为:
应考虑以下三种设计状况:①持久状况;②短 暂状况;③偶然状况。
组合梁内力计算
组合梁的作用(或荷载)效应按弹性理论进行算,截 面抗力计算除有更为精确的非线性分析方法外应采用弹性分 析方法。
按弹性理论计算钢-混凝土组合梁: 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。 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。 组合梁的截面变形符合平截面假设。 不考虑受拉区混凝土参与工作。
2、组合结构桥梁的设计
组合结构关键技术 组合结构设计理念 钢-混组合梁桥设计总则 组合梁内力计算 组合梁截面应力计算 组合梁桥设计计算框图
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组合结构关键技术
组合结构桥梁的整体受力性能; 负弯矩区的力学性能; 桥面板的合理构造; 钢与混凝土的连接性能; 连接件的滑移影响与力学性能; 钢结构屈服稳定与构造要求。
0.33 m3 11.2 kg 182.5 kg 2834元
0.66 m3 46.1 kg 96.0 kg 4167元
钢-混组合梁桥设计总则
采用以概率理论为基础的极限状态设计方法, 按分项系数的设计表达式进行设计。
设计基准期为100年。
主体结构的设计使用年限宜为100年。
应进行承载能力极限状态 、正常使用极限状态 设计。
组合梁截面应力计算
组合梁截面应力的计算上有截面合力法与截面 分力法两种方法。 钢-混凝土组合梁中,我们习惯于把混凝土截 面用等效的钢截面代替,并将这种换算后的截 面称为换算截面。这样,按换算截面的几何特 征值,直接利用材料力学公式即可计算组合梁 的截面应力和变形,是为截面分力法。
组合梁截面应力计算—截面分力法
在型钢或钢板焊接(或冷压)钢构件,上面、四周 或内部浇筑混凝土,使混凝土与钢构件形成整体, 共同受力的结构,统称为钢-混凝土组合结构。
由钢梁和混凝土板通过连接件连成整体而共同受力 的承重构件是为钢-混组合梁。
组合结构桥梁的特点
钢-混凝土结合结构桥梁的主要特点是:
组合结构桥梁可以充分合理地发挥钢与混凝土两种材料的 各自优势,可以最大程度地实现工厂化制造,减少现场操 作,因而具有整体受力的经济性与工程质量的可靠性。 与钢桥相比有:①节省钢材;②降低建筑高度;②减少冲 击,耐疲劳;④减少钢梁腐蚀;⑤减少噪音;⑥维修养护 工作量较少等。 与混凝土桥相比有:①重量较轻;②制造安装较为容易; ③施工速度快,工期短等。
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组合结构桥梁在国内的发展现状
在国内,三十多年来: 一方面,在寻求跨度突破的巨大技术需求推动下, 大跨度桥梁得以快速发展并屡创世纪记录; 另一方面,在大量中小跨度桥梁中,混凝土及预 应力混凝土的桥梁占据绝对数量优势; 组合结构桥梁的技术水平落后于国际先进水平。
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