预应力型钢混凝土组合桥梁
路途姚远
2022年09月26日 15:44:03
来自于桥梁工程
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一 引言   型钢混凝土(Steel reinforcedconcrete,简称SRC)结构是指在型钢周围布置钢筋,并浇筑混凝土的结构,是钢与混凝土组合结构的重要结构形式之一,可分为实腹式和空腹式两种。它承载力高、刚性大并具有良好的延性和耗能性能,因此具有良好的抗震性能,而且自重轻、梁高小、跨度大、构件整体性好,比纯钢结构的用钢量少、稳定性均更好,同时外包的混凝土使结构有了更好的耐火性和耐久性。

引言

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  型钢混凝土(Steel reinforcedconcrete,简称SRC)结构是指在型钢周围布置钢筋,并浇筑混凝土的结构,是钢与混凝土组合结构的重要结构形式之一,可分为实腹式和空腹式两种。它承载力高、刚性大并具有良好的延性和耗能性能,因此具有良好的抗震性能,而且自重轻、梁高小、跨度大、构件整体性好,比纯钢结构的用钢量少、稳定性均更好,同时外包的混凝土使结构有了更好的耐火性和耐久性。

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型钢混凝土梁   

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型钢混凝土柱

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理论计算

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   对于型钢混凝土构件的计算,国内外许多规范或规程都对其计算进行了规定。比如美国HEHRP规范、ACI规范,日本的《铁骨铁筋コンクリト计算规准·同解说》(AIJ-SRC)等等,但各国的规范不尽一致,尤其是当型钢混凝土构件中配置有预应力后,其承载能力如何计算,并没有统一的说法。本课题组依托于工程实践对型钢混凝土组合梁开展了系列的研究,得到了适合于工程实践应用的计算体系和方法。

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2.1

承载能力极限状态计算

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型钢混凝土梁可理解为钢梁和钢筋混凝土梁二者的复合,其正截面承载力设计方法各国不尽相同。一个多世纪以来,对于型钢混凝土梁的正截面抗弯承载力计算国内外已经进行了大量的研究工作,目前型钢混凝土结构计算理论有三种:

(1)按钢结构设计方法计算,这种方法主要是欧美国家采用;

(2)假定型钢和混凝土是一个整体,考虑型钢应力分布的影响后按钢筋混凝土构件方法计算,前苏联采用这种方法;

(3)“强度叠加法”,将型钢部分和钢筋混凝土部分的承载力叠加,日本规范主要采用这种方法。

本文建议预应力型钢混凝土的正截面抗弯承载力可在如下假定基础上进行计算:

(1)截面应变保持平面;

(2)不考虑混凝土的抗拉强度;

(3)受压区边缘混凝土极限应变 取0.003,相应的最大压应力取混凝土轴心抗压强度设计值,受压区应力图形简化为等效的矩形应力图,其高度取实际受压区倍,矩形应力图的应力取为混凝土轴心抗压强度设计值的倍;

(4)普通钢筋和型钢应力取等于钢筋应变与其弹性模量的乘积,但不大于其强度设计值;

(5)预应力钢筋应力取等于其应变与其弹性模型的乘积,但不大于其条件屈服强度值;

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2.2

正常使用极限状态计算

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结构构件在正常使用期间如果变形过大或者出现较大开裂,容易遭受损伤至完全丧失使用功能,同时会使人们产生不安全感。为了保证结构构件在使用期间达到预期的要求,应对其变形和裂缝宽度加以适当控制。结构设计规范规定,结构在规定的设计使用年限内,除了要满足正常施工和正常使用时可能出现的各种作用外,还要保证正常使用时具有良好的工作性能,如不出现过大的变形或过宽的裂缝等,在实际设计工作中,变形往往对构件的设计起着控制作用。对于允许出现裂缝的构件,为了满足结构的耐久性要求,裂缝宽度也是计算要考虑的重点。因此对型钢混凝土梁的设计,应对构件挠度和裂缝宽度加以限制。

对于弹性材料组成的构件,在使用阶段应力应变呈直线关系,刚度E为常数,而型钢混凝土构件是弹塑性构件,随着荷载的变化,构件刚度变化,且受配钢率等因素影响。通常若求得构件的刚度值B,即可采用结构力学方法求其变形,因此计算型钢混凝土梁的变形问题,可以归结为如何计算型钢混凝土梁的刚度问题。


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工程应用

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松江有轨电车示范线工程为混合路权,供城市车辆和有轨电车共同通行,其中某三跨简支结构,边跨跨径16m,中跨跨径22m,设计荷载有城-B荷载和有轨电车荷载。

   由于该工程绿色化建造,要对老桥结构进行利用,仅对中间部分梁体进行改造,考虑到有轨电车使用荷载的增加,对结构的刚度和强度提出了更高的要求,在与空心板梁相同梁高的情况下,采用了承载能力和刚度更大的型钢混凝土组合梁,对空心板梁进行了替换,同时很好的解决了有轨电车承轨台的构造问题。

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现场施工照片

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结语

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在城市桥梁及立交桥中,采用型钢混凝土结构具有更大优势,由于桥梁其自重往往占总荷载中的大部分,釆用型钢混凝土梁可减小自重和降低截面高度,提高桥梁结构刚度,增加桥下净空,增大桥跨,减少桥墩,更为重要是增加了桥梁使用寿命,降低平时的维护费用,从而获得经济效益。

可见,随着我国经济的不断发展,型钢混凝土结构在我国将会进一步得到应用,对型钢混凝土结构受力性能及计算理论进行研究具有现实意义。

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