２０１１年５月第５期 城市道桥与防洪 桥梁结构 ７７ 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５１８００３） 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：Ｕ４４８．２１＂６ 文献标识码：Ｂ 文童编号：１００９—７７１６（２０１１）０５—００７７—０３ １ 概况 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２６６ ｍ，主桥采用 （３５＋４０＋３５）ｉｎ钢一混凝土组合梁，引桥采用５×３０ 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１３．５１ ｍ，净宽１２．２５ １ｉｌ，两侧分别设 ０．６３ 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．３～１．３４５ ｍ，翼板宽０．６ ｍ、厚２５ ｍｍ，腹板厚 ２０ Ｉｎｔｏ，底板宽３０６ ｅＩｎ、厚２５ ｍｍ，底板在支点处加 厚至４０ ｍｌ＇ｎ；桥面板箱梁腹板处厚度为４０ ｃｎｌ，箱 中心处厚度为３２ ｃｍ，预制模板厚８ ｃｍ。桥面板与 钢箱梁通过焊钉ＭＬ１５圆柱头焊钉连接形成组合 截面。钢梁材质为Ｑ３４５ｑ—ｃ，桥面板混凝土为ｃ５ｏ 补偿收缩混凝土，并在钢梁支点段现浇ｃｓｏ￣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３０束 １５．２０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：２０１０—１ １—０８ 作者简介：吴健（１９７８一），男，广东人，工程师．从事交通工程 设计Ｉ 作： ３施工工序 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１９ ｍ；Ｂ制作段为中支点段，长２５ ｍ； Ｃ制作段为中跨跨中段，长２２ 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 各制作段自重 ２ 钢梁栓接 结构体系转换 ３ 浇筑钢梁内配重混凝土 配重混凝土自重 ． 现浇负弯矩区钢束相关单元的 。桥面板 桥面板自重 一 负弯矩区钢束相关单元形成组 合截面 应力重新分配 ６ 张拉负弯矩区钢束 施加负弯矩区预应力 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） 桥面板自重 ８ 通长柬相关单元形成组合截面 应力重新分配 ９ 张拉通长束 施加通长束预应力 ， 浇筑边跨无钢柬区域的桥面板， … 形成组合截面 桥面板自重 ，， 无钢柬区域的桥面板形成组合 一 截面 应力重新分配 ｌ２ 拆除临时支撑 应力重新分配 ． 完成桥面铺装、防撞栏、防抛网 ～ 等二期恒载 二期恒载 １４ 运营阶段 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 ７８ 桥梁结构 城市道桥与防洪 ２０１１年５月第５期 图１ 跨中横断面图（单位：ｃｍ） 附加截面，按组合构件考虑。钢箱梁按容许应力法 ｊ ×１０＝８８ ７６７．７１（ｋＮ‘ｍ）＞ …＝２０ ０５９ ｋＮ ｌＩｌ 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１ ３３９．２ ＭＰａ，预应力孑Ｌ道摩擦系数 ／ｘ＝０．１５，偏差系数ｋ＝０．００１ ５，一端锚具变形及回缩 值△１＝６ ｍｍ；体系温度变化范同±３０ ｃｃ；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 ｅｍ。 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 －＝６．０８７。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 ，＝＝０．２５３（Ｉｎ）＜０．４ ｉｎ，塑性 中和轴位于混凝土桥面板内。则抗弯承载能力Ｍ ｂｅｘｆｙ＝１３．５１ Ｘ ０．２５３ Ｘ ２２．４×ｆ１．７—０．２７４／２—０．４１３１ ４。４。２负弯矩区抗弯承载力 钢箱梁塑性中和轴高度Ｙ＝３７．２ ｍｍ；Ｓ ＝ １４６ ７２０ ７９４．１ ｍｍ ；５’＝４ ２２４ ７３５．３ ｍｍ 。 Ｍ ＝（５１＋Ｓ ２）ｆ＝（１４６ ７２０ ７９４．１＋４ ２２４ ７３５．３）ｘ ６ ２１ ｏ／１０＝３１ ６９８．５６（ｋＮ・Ｉｎ） 在桥面板内设置１７０根 １６钢筋，Ａ ，＝３４ １８７ ｉＴｌｍ ， 钢筋合力作用点离梁底１ ５５０ ｍｍ；桥面板内设置 ３０束１５ １５．２０钢绞线，Ａ ＝６２ ５５０ ｍｍ ，离梁底 ｌ ５７０ ｒａｍ；钢筋、钢绞线合力作用点离梁底１ ５６７．８ ｍｍ。 则组合梁塑性中和轴高度： ３４ｌ ７×２８０×ｌ５５０＋６２５５０ｘ ｌＺＯＵ×１）７０＋４５４８０１１ｘＺｌ０ｘ ３３９ ３４１８７×２８０＋６２５５０ ｘ ｌ２６０＋４５４８００×２１０ ＝９２９．６（ｍｍ） 纵向钢筋、钢束截面形心至组合梁塑性中和 轴的距离Ｙ １ ５６７．８—９２９．６＝６３８．２（ｍｍ）； 组合梁塑性中和轴至钢梁塑性中和轴的距离 Ｙ４＝９２９．６—３７．２－－８９２．５（ｍｍ）。 Ｖ Ｍ ＝ ＋（４ ，－厂 ＋４Ｐ ）’（ｙ ３＋—Ｊ ４）＝３１ ６９８．５６＋ 二 （３４ １８７ Ｘ ２８０＋６２ ５５０ Ｘ １２６０）×（６３８．２＋８９２．５／２）Ｘ １０－￣＝１２７ ５４７．７１（ｋＮ・１ＴＩ）＞ … ＝７３ ８５０ ｋＮ・Ｉｌｌ 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 ＝ ＝１ ２３５ Ｘ ８０ Ｘ １２０ Ｘ １０ ＝１１ ８５６（ｋＮ）＞ ． ＝…７ ６８９ ｋＮ ４．５应力验算 （１）正常使用阶段钢箱梁正应力Ｏ＇ｗｍ￣ｘ＝１４６．８ ＭＰａ ＜［ ］＝２１０ ＭＰａ；最大剪应力ｔｒ ＝７１ ＭＰａ＜［７＿］＝ １２０ 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（ＭＰａ）；在短期效 应组合作用下正截面拉应力 ｓｔ－０＂ ＝１．１（ＭＰａ）≤ ０． １．８５５ ＭＰａ，斜截面拉应力 ＝１．１ ＭＰａ￣０．５ｆ， ＝ １．３２５ ＭＰａ；在标准组合作用下主压应力 ＋ ＝ １０．８ ＭＰａ≤０． ，＝ １６．２ ＭＰａ。 ２０１１年５月第５期 城市道桥与防洪 桥梁结构 ７９ ７ ６６４ ｈ．承载能力组合一剪力包络 ｋＮ 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。 参考文献 （２）减小中支点负弯矩影响的技术措施有：调 【１］ＪＴＪ ０２５—８６，公路桥涵钢结构及木结构设计规范【ｓ］． 整混凝土浇筑顺序、预加配重、张拉预应力钢筋、 ｆ２］ＪＧＪ／＂ｌ＂１７８—２００９，补偿收缩混凝土应用技术规程ｆｓ］． ［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 中支座竖向位移法。 出版社，２００３． （３）钢一混凝土组合梁桥在施１二时不影响桥下 ［４］吴平平、王祖珍、江雪岭．毫州枢纽互通区的桥梁设计［Ｊ１．交通 交通，施工周期短，具有明显的经济效益和社会效 标准化，２００７，（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一１３１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。 “这种材料对碘一１３１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１０ 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１２ ６４０ Ｂｑ／Ｌ的放射性碘一１３１的核废水中２０ ｍｉｎ，可以吸附固定高达 ９９．９７％的放射性物质碘一１３ｌ。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１８５万Ｂｑ／Ｌ的碘一１２５废水，仅用５ ｒａｉｎ，放 射性碘一１２５去除率高达９２％。 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一１３１和碘一１２５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。
