钢-组合梁桥桥面板厚度研究

钢-组合梁桥桥面板厚度研究

翟战胜

湖州交通规划设计院 浙江 湖州 313000

摘要：在正弯矩作用下，钢-混凝土组合梁充分合理地发挥了钢材抗拉性能好和混凝土抗压强度高的优势。与纯钢梁相比，减小了钢梁截面，节省钢材；截面惯性矩较大，减小了挠度；此外混凝土翼板的约束作用提高了钢梁的稳定性。相比与混凝土梁，组合梁可降低梁高，减轻自重，而且便于工厂生产，施工速度快，钢材可部分回收利用，具有经济性好、环保、可持续发展的优点。本文根据某钢-混凝土简支组合梁桥设计资料，结合国内相关规范，对钢-组合梁桥面板厚度进行分析。

关键词：钢-叠合梁；桥面板厚度；钢梁强度

钢-混凝土组合梁的结构形式主要有钢-现浇混凝土组合梁、钢-预制混凝土组合梁和钢-混凝土叠合板组合梁。20世纪50年代以后钢-混凝土组合梁桥得到了迅速发展，从中小跨径梁桥到跨径近千米的斜拉桥，都有组合梁的应用[1]。当跨径在35m以内时，多采用简支组合梁桥；我国在20世纪五六十年代，开始将钢-混凝土组合梁结构应用到桥梁工程中。随着我国对桥梁建设的适用性、经济性和综合效益的要求越来越高，近20年来钢-混凝土组合梁桥得到了快速发展，修建了一大批钢-混凝土组合梁桥，取得了良好的技术经济效益和社会效益。

本文根据实际工程背景，建立有限元模型，根据桥面板厚度对钢-组合梁的影响。

1、设计概况

本项目的背景工程为某钢-混凝土简支组合梁桥。如下图所示，该桥全长38.2m，桥宽12.14m，上部结构采用简支钢-混凝土组合梁（简称S-RC组合梁），下部结构为桩接盖梁式桥墩、台，并采用了无伸缩缝桥台，基础使用了直径100cm的钻孔灌注桩（单排2桩）。

桥型布置图

主梁标准横断面如图2-2所示。主梁为 Q345钢材和整体现浇C40混凝土桥面板组成的叠合梁。混凝土桥面板宽12.14m，0.25m；工字钢梁高758mm，尺寸为HN758 mm×303 mm×16 mm×28mm，横向布置8片，间距为1.58 m；板外侧悬臂长度为0.54m。为加强组合梁间的横向联系，在支座处设置C40混凝土横梁。抗剪连接件采用栓钉。

标准横断面图

2、模型建立

根据设计资料采用迈达斯软件建立有限元模型进行计算，空间梁单元模拟梁体，一般支撑模拟支座。

钢-普通混凝土组合梁有限元模型

3、计算结果

3.1、施工阶段计算

在浇筑桥面板混凝土前，工字钢梁需单独受力，需计算此阶段钢梁的强度、稳定性及刚度。钢梁抗剪强度依据《钢-混凝土组合桥梁设计规范》(GB 50917—2013)[2]公式5.2.1验算，钢梁稳定性依据《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64—2015)[3]公式5.3.2验算，钢梁挠度依据《钢结构设计规范》(GB 50017—2021)[4]表A.1.1验算。

由表可知：在施工阶段中，钢梁强度、稳定性和刚度均满足规范要求。

3.2、正常使用极限状态应力验算

根据《钢-混凝土组合桥梁设计规范》(GB 50917—2013) [1]第4.3.2条规定，应力验算的作用（或荷载）应采用标准组合，作用效应组合如下：

1）工况一：结构重力+收缩徐变+汽车荷载+正温度梯度+整体升温

2）工况二：结构重力+收缩徐变+汽车荷载+负温度梯度+整体降温

验算结果如下：

由上表可知，钢梁最大拉应力为111.3MPa，最大压应力为-98.6MPa，均小于钢材容许应力250MPa。桥面板最大拉应力为2.17MPa，接近容许拉应2.4MPa，最大压应力为-3.45MPa，小于容许应力26.8，应力验算满足要求。经计算桥梁结构刚度，应力和挠度均满足要求。

4、桥面板厚度分析

根据之前的有限元模型，调整桥面板厚度，研究桥面板厚度对钢-组合梁结构的影响。

根据《钢-混凝土组合桥梁设计规范》(GB 50917-2013)[1]规定桥面板厚度不宜小于180mm，原桥桥面板厚度为250mm，因此本文设定桥面板厚度定在160mm-250mm之间，以20mm间隔递增进行分析，以探讨合适的板厚对组合梁的影响。如下表所示：

桥面板厚度与最大弯矩的关系

桥面板厚度与桥面板下缘应力的关系

从表中可以看出，随着桥面板厚度的增加，主梁能承受的最大弯矩值增加值有限，而桥面板下缘拉应力随着桥面板厚度的增大，呈现先减小后增大的趋势，根据计算结果显示，桥面板厚度为200mm时，桥面板下缘拉应力最小。

5、结论

根据研究，本桥钢-组合梁承载力随着桥面板厚度的增大而提高，但提高有限，但不同跨径的组合梁有不同的最优桥面板厚度，在此桥面板厚度下，桥面板拉应力最小。

参考文献

[1] 项海帆.世界桥梁发展中的主要技术创新[J].广西交通科技,2003,28(5):1-7.

[2] （GB 50917-2013）钢-混凝土组合桥梁设计规范 [S].北京:中国计划出版社,2013.

[3] （JTG D64-2015）公路钢结构桥梁设计规范[S]. 北京: 人民交通出版社, 2015.

[4] （GB 50017-2021）钢结构设计规范[S]. 北京: 中国计划出版社,2003.

姓名：翟战胜（1990.12--）；性别：男，民族：汉 籍贯：浙江湖州人，学历：研究生，毕业于福州大学；现有职称：中级工程师；研究方向：桥梁与隧道工程。