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钢-混凝土组合桥面板计算分析 吴骏 【摘要】钢-混凝土组合桥面板是通过剪力连接件将混凝土和钢梁结合在一起的一 种新型组合结构.以某一特大跨度悬索桥钢-混凝土组合桥面板为例,介绍了钢-混凝 土桥面板设计的基本方法,并进行了有限元计算,结果表明设计满足规范要求. 【期刊名称】《交通科技》 【年(卷),期】2012(000)001 【总页数】3 页(P16-18) 【关键词】组合结构;桥面板;剪力连接件 【作者】吴骏 【作者单位】贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵阳 550001 【正文语种】中 文 钢－混凝土组合结构是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构。通 过组合既能弥补单一材料的不足之处，又具有强度高、耐久性好、施工方便、经济 适用等优点。近几年来，组合结构在国内外已广泛应用于工业与民用建筑及桥梁结 构中，取得了很好的经济效益［1 ］。 钢－混凝土组合桥面板是由带螺钉的薄钢板和钢筋混凝土板组合而成。钢板可作为 混凝土浇注的模板，在混凝土硬化后由于组合作用钢板和钢筋混凝土板形成很大的 刚度，共同承担自重和车辆荷载的作用，钢板还起到支承钢梁上翼缘的作用。这种 组合桥面除保持了普通钢－混凝土组合结构的优点外，还具有少模板、加快施工速 度、减少临时支撑等优点［2 ］。 1 工程实例 某特大跨度悬索桥拟采用钢－混凝土组合桥面板的结构形式。根据路基宽度要求， 桥面结构横桥向布置 16 道纵梁。纵梁上设置剪力钉，混凝土桥面板通过剪力钉与 钢梁相连，钢梁纵向及横向均设置加劲板。依据以往的设计经验，钢梁高 660mm ， 腹板厚度 10mm ，上翼缘为380mm×12 mm，下翼缘为 300mm×12mm，混凝 土桥面板厚度为 210mm。钢梁及加劲板采用 Q345 －D 的钢材，混凝土预制板采 用 C40 混凝土，桥面铺装为 6cm 沥青混凝土。桥面结构布置形式见图 1、图 2。 桥面板纵桥向布置为 72×7．5m ＋5 ．984 m ＋72×7．5m 且为简支状态。为计 算方便取其中一块纵向 7 ．5m、横向为全桥宽度的桥面板进行分析计算。 图 1 1 ／2 钢－混凝土组合桥面板平面图 图 2 钢-混凝土组合桥面板横断面图 2 混凝土桥面板受力分析 钢桥的钢筋混凝土桥面板是支承于主梁或纵梁上的板结构，在荷载作用下，由于主 梁或者纵梁的变形，桥面板的受力特性为弹性支承的连续板。要精确分析钢筋混凝 土桥面板的受力比较复杂 ，工程中通常采用一些近似的简化计算方法。目前 ，钢筋 混凝土桥面板的设计主要有以下 2 种简化计算方法 ［3 ］。 （1 ）假设钢筋混凝土桥面板为刚性支承于主梁或纵梁上，同时利用 “荷载有效分 布宽度的概念”把桥面板进一步简化为梁的计算，然后考虑主梁的约束作用对计算 结果进行修正的方法。我国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 （JTG D62 －2004 ）中关于桥面板的设计计算就是采用这种方法。 （2 ）采用经验公式的设计计算方法。如美国 AASHTO 和日本《道路桥示方书》 中有关钢筋混凝土桥面板的设计计算方法的规定就是采用经验公式的计算方法。 依据上述 2 种方法，设计人员可方便地对混凝土桥面板进行受力分析或配筋设计。 3 钢梁的受力分析 组合梁截面分析方法有弹性理论方法和考虑截面塑性变形发展的塑性理论计算方法。 一般采用塑性设计方法对组合梁的承载力进行极限状态设计，但对承受直接动力荷 载的组合梁及其钢梁截面受压板件不符合塑性条件要求的组合梁，仍然采用弹性设 计方法。对于该桥，钢梁翼缘和腹板的板件宽厚比为 b ／t ＝（380 －10 ）×0．5 ／12 ＝15 ．42 ＞不符合塑性条件设计［4 ］。 3 ．1 模型的建立 钢－混凝土组合桥面板空间有限元模型采用大型通用有限元软件 ANSYS 建立，见 图 3。模型全部采用 shell91 壳单元，整个模型共 47 591 个单元，147 160 个节 点。计算模型中包含了横桥向 16 道工字钢梁、纵横向加劲板及其相关的混凝土桥 面板。桥面板纵向 7 ．5m ，横向26 ．65m。由于实际中通过剪力钉使钢梁和混凝 土板共同受力，模型中采用共用节点的方式使其达到这种效果。 图 3 钢－混凝土组合桥面板空间有限元模型 根据结构不同部位的受力状况 ，分析如下几种车辆加载情况 （钢梁编号按从左至右 顺序 ）：①工况一，中间 8、9 号工字钢梁受力最不利加载 ；②工况二 ，4 号以及 13 号工字钢梁受力