钢-混凝土组合梁桥设计优化（论文）.pdf

· 19· 在现代桥梁工程的设计规划以及建设中广泛应用了钢–混 凝土组合梁结构，其不仅可有效提高桥梁组合截面刚度以及 整体结构的稳定性，而且可降低工程造价。在钢 –混凝土组 合梁的实际应用中，虽然目前相关设计方法已较为成熟，然 而仍存在一些问题，部分设计参数的选择取值不合理，不仅 会影响桥梁结构的安全性以及使用寿命，而且会造成建设成 本的浪费。 因此，设计人员应准确把握钢 –混凝土组合梁结构特点， 积极总结钢 –混凝土组合梁桥设计实践经验，不断优化设计 方案，确保各项设计参数科学合理。 1 某桥梁工程基本概况 某桥梁工程为钢 –混凝土组合梁结构，在初步设计方案 中将桥面板厚度、底板厚度、腹板厚度以及上翼缘板厚度分 别设定为 2 5 cm、32 mm、 16 mm以及 20 m m，为进一步提高钢 – 混凝土组合梁桥结构的稳定性和安全性，延长桥梁工程使用 寿命、合理控制工程造价，需对各项设计参数进行对比分析， 以优化设计方案。 2 优化设计钢–混凝土组合梁桥实践研究 2.1 TlV c? O?$ $???? 2.1.1 分析主梁应力变化以优化混凝土板设计厚度变化 在钢–混凝土组合梁结构中，由于中性轴在主梁内 部，因此混凝土板与部分腹板以及翼板共同承受压应力。在 不同混凝土板厚度条件下，对主梁应力以及应变情况进行 计算分析后发现，当混凝土板厚度增加时，组合梁的中性 轴会向上移动后与上翼缘板位置更加接近，这是因作用于 翼缘板的压应力下降，且降幅较大，因此在设计方案中可 适当增加桥面板厚度，确保混凝土抗压能力得到充分的 发挥。 同时，当混凝土板厚度从 200 mm 增加到 350 mm 时， 会 使主梁更多地处于受拉作用区间，且作用于底板截面的拉 应力也显著增加，当桥面板厚度增加时，钢材抗拉性能得 到更好发挥。但由于桥面板承受的主要是压应力，当其结 构自重加大时，跨中弯矩以及抗弯刚度也会相应增加，根 据对计算结果的对比分析可知，增加混凝土板厚度并不能 明显降低压应力的作用，而且根据在不同混凝土板厚度条 件下对截面剪应力以及主梁挠度的计算分析可知，混凝土 板厚度的改变对主梁挠度以及桥面板剪应力并未产生明显 影响。 2.1.2 分析主梁应力变化以优化上翼缘设计厚度变化 在本次设计优化工作中，对不同上翼缘板厚度条件下的 主梁应力以及应变情况进行对比分析可知，当上翼缘板厚度 为 20 mm时，其应力值约为 103.9 MPa，而当上翼缘板厚度达 到35 mm 时，应力明显降低，仅约为 94 MPa。 同时，当上翼缘板厚度加大时，并未影响主梁挠度以及 桥面板剪应力值。因此在设计优化时可在满足上翼缘板应力 要求的基础上将其厚度适当减小，从而达到减少资源消耗、 控制工程造价的目的。 2.1.3 分析主梁应力变化以优化底板设计厚度变化 在本次设计优化时，对不同底板厚度条件下的主梁应力 以及应变情况进行了对比分析。当底板厚度为 16 mm时，其 用钢量在 52 t左右 ；而当厚度加大到 35 mm后，用钢量出现了 明显的增加，达到 70 t以上。 同时，组合梁的截面惯性矩以及抗弯刚度均明显增加， 且底板应力值明显降低。 此外，当底板厚度加大时，全桥钢主梁以及桥面板位置 处的剪应力并未出现明显的变化。 因此，结合计算分析结果，可在保证桥面板和上翼缘应 力要求基础上适当降低底板厚度，以达到降低用钢量以及控 制工程造价的目的。 2.1.4 分析主梁应力变化以优化腹板设计厚度变化 在本次设计优化时，对不同腹板厚度条件下的主梁应力 以及应变情况进行了对比分析。 当腹板厚度从 13 mm增加至 25 mm时，用钢量明显增多， 但截面惯性矩以及中性轴位置并未出现明显的改变。同时， 上翼缘压应力虽然有所加大，但其增幅相对较小。当腹板厚 度为13 mm 时，其底板拉应力约为 158 MPa；而当其厚度达到 25 mm后，底板拉应力下降了约 10 MPa。但腹板厚度的不同 ［摘 要］ )???)?V<??? ，A?函命??n其?? c仙n乔]Q?? Og 。}??? c]Q/ ，1 –a ? ??? c???·r?? ? 。??T?其?s1 –a ? ??? cYN ，}XL????????n乔h ， ?? c]Q?六?劳，sR?????凹??0?圈?堵，?n姚$???#，?坤:??) h? <。 ［关键词］ 1–a ? ? ；?? c ；? c]Q ［中图分类号］ U 442.5bbbbb ［文献标志码］ Bbbbbb ［文章编号］ 1001–523X（2021）21–0019–02 Design Optimization of Steel -concrete Composite Beam Bridge LI Xi-tong ［Abstract ］In order to further promote development of society and economy， China has continuously strengthened construction of bridge and other infrastructure projects in recent years. In modern bridge engineering， steel-concrete composite beam is one of the widely used structural forms. The designer shall strengthen research of the steel-concrete com