工字鋼組合梁整體橋設(shè)計(jì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u19954工字鋼組合梁整體橋設(shè)計(jì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析綜述 1168361.1橋跨布置 1140251.2截面形式 1207311.3橫向聯(lián)系 657831.4橋臺構(gòu)造 7187791.5墩梁連接構(gòu)造 101.1橋跨布置搜集到的現(xiàn)有鋼混組合梁橋標(biāo)準(zhǔn)圖跨徑等差為5~10m、跨徑范圍在30~55m范圍，主要布置情況如表2-1所示。其中，跨徑為30m、35m、45m的連續(xù)工字鋼組合梁橋，按4跨等跨徑布置；跨徑為40m的連續(xù)工字鋼組合梁橋，按3跨等跨徑布置；跨徑為55m的工字鋼組合梁橋按簡支形式布置。采用等跨徑的工字鋼組合梁橋便于預(yù)制和施工，應(yīng)用范圍廣泛，因此本文標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)僅考慮等跨徑的結(jié)構(gòu)布置形式。表2-1鋼混組合梁橋標(biāo)準(zhǔn)圖參數(shù)統(tǒng)計(jì)表跨徑（m）主梁數(shù)量單幅橋面寬度（m）跨數(shù)寬跨比30412.7540.4335212.5040.3635316.5040.4740413.0030.3345212.7540.2845316.5040.3755313.7510.251.2截面形式不同跨徑橋梁典型橫斷面圖如圖2-1所示?？梢钥闯?，工字鋼組合梁橋的橋面寬度對橋跨截面布置影響較大，寬度設(shè)計(jì)與行車和行人的需求相關(guān)，也與主梁數(shù)量、主梁布置間距、跨徑等因素有關(guān)。根據(jù)設(shè)置主梁的數(shù)量，雙主梁組合梁橋的橋面寬度一般在13m以下，多主梁組合梁橋的橋面寬度一般在13m以上。橋?qū)捄椭髁簲?shù)量決定了主梁間距，若主梁間距過大則需要加大橋面板厚度、橫梁和鋼主梁尺寸才能滿足受力要求，施工難度也相應(yīng)提高。如表2-1所示，跨徑為30~55m的工字鋼組合梁橋單幅橋面寬度不一，范圍在12.50m（跨徑35m雙主梁）~16.50m（跨徑35m三主梁、跨徑45m三主梁）之間，寬跨比在0.25~0.47之間。總體而言，跨徑越大，主梁越多，所布置的橋面寬度也越大。(a)30m組合梁橋四主梁跨中標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(b)35m組合梁橋雙主梁跨中標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(c)35m組合梁橋三主梁跨中標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(d)40m組合梁橋四主梁跨中標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(e)45m組合梁橋雙主梁跨中標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(f)45m組合梁橋三主梁跨中標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(g)55m組合梁橋三主梁跨中標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖2-1鋼混組合梁截面形式（單位：mm）

30~55m工字鋼組合梁橋的橋面板和鋼主梁材料信息如表2-2所示，工字鋼主梁采用Q345D、Q345DT和Q345qD三種鋼材，橋面板采用現(xiàn)澆C50鋼纖維混凝土和預(yù)制C50普通混凝土。對各橋截面中的主要橋面板尺寸、鋼主梁尺寸進(jìn)行對比，出于經(jīng)濟(jì)與受力的考慮，鋼主梁的翼緣板厚度、腹板厚度、腹板高度以及橋面板厚度為沿縱橋向的變截面設(shè)計(jì)，而鋼主梁上、下翼緣板寬度為等厚度設(shè)計(jì)。如圖2-2所示，在單跨范圍內(nèi)變截面設(shè)計(jì)多為對稱分布，鋼主梁上翼緣板厚度在20mm~54mm之間，鋼主梁下翼緣板厚度在20mm~64mm之間，鋼主梁腹板厚度在12mm~28mm之間，鋼主梁上翼緣寬度在500mm~800mm之間，鋼主梁下翼緣寬度在600mm~1200mm之間。由于部分跨徑橋面板變厚度處設(shè)置了倒角，因此將橋面板分為翼緣板、工字鋼頂部、工字鋼間三個部分進(jìn)行對比，如圖2-3所示?？梢钥闯觯砭壈逄帢蛎姘搴穸仍?80mm~280mm之間，工字鋼頂部處橋面板厚度在260mm~400mm之間，工字鋼間橋面板厚度在250mm~360mm之間。表2-2鋼混組合梁材料和施工方法統(tǒng)計(jì)跨徑/m鋼主梁數(shù)量鋼主梁材料橋面板混凝土材料施工方法304Q345DC50鋼纖維混凝土現(xiàn)澆352Q345DC50普通混凝土預(yù)制353Q345DC50普通混凝土預(yù)制404Q345DTC50鋼纖維混凝土現(xiàn)澆452Q345DC50普通混凝土預(yù)制453Q345DC50普通混凝土預(yù)制553Q345qDC50普通混凝土預(yù)制(a)鋼梁上翼緣厚度(b)鋼梁下翼緣厚度(c)鋼梁腹板厚度(d)鋼主梁腹板高度(e)鋼主梁上翼緣寬度(f)鋼主梁下翼緣寬度圖2-2不同跨徑鋼主梁組成部件尺寸對比(a)翼緣板處橋面板厚度(b)工字鋼頂部處橋面板厚度(c)工字鋼梁間橋面板厚度圖2-3不同跨徑橋面板尺寸對比1.3橫向聯(lián)系工字鋼組合梁橋橫向聯(lián)結(jié)系主要起到防止結(jié)構(gòu)側(cè)傾失穩(wěn)、分配荷載、抵抗水平荷載的作用，主要有實(shí)腹式梁（橫梁）和空腹式桁架（橫聯(lián)）兩類形式。其中，若橫梁與橋面板存在連接并為橋面板提供支承，稱為“大橫梁”，僅聯(lián)系主梁的稱為“小橫梁”。所選不同跨徑組合梁橋的橫向聯(lián)系布置方法并不相同，如表2-3所示，橫向聯(lián)系選用鋼材主要為Q235、Q345D、Q345qD，跨中橫向聯(lián)系布置間距范圍在4.0m~8.3m之間，支點(diǎn)橫向聯(lián)系布置間距范圍在4.0m~7.0m之間。30m跨徑的組合梁橋支點(diǎn)橫向聯(lián)系采用了小橫梁，跨中橫向聯(lián)系采用橫聯(lián)，其余跨徑組合梁橋支點(diǎn)橫向聯(lián)系采用了大橫梁，跨中橫向聯(lián)系采用了小橫梁。對于跨中橫向聯(lián)系，上翼緣板厚度在16mm~30mm之間，上翼緣板寬度在350mm~700mm之間，腹板高度在700mm~1800mm之間，腹板厚度在12mm~20mm之間，下翼緣板厚度在16mm~24mm之間，上翼緣板寬度在350mm~700mm之間；對于支點(diǎn)橫向聯(lián)系，上翼緣板厚度在16mm~30mm之間，上翼緣板寬度在250mm~800mm之間，腹板高度在746mm~1800mm之間，腹板厚度在12mm~20mm之間，下翼緣板厚度在16mm~24mm之間，上翼緣板寬度在380mm~700mm之間。表2-3橫向聯(lián)系布置方法統(tǒng)計(jì)跨徑（m）主梁數(shù)量跨中橫向聯(lián)系形式跨中橫向聯(lián)系間距（m）跨中橫向聯(lián)系材料支點(diǎn)橫向聯(lián)系形式支點(diǎn)橫向聯(lián)系間距（m）支點(diǎn)橫向聯(lián)系材料304橫聯(lián)5.0Q235小橫梁5.0Q345D352小橫梁7.0Q345D大橫梁7.0Q345D353小橫梁7.0Q345D大橫梁7.0Q345D404小橫梁5.0Q345D大橫梁5.0Q345D452小橫梁8.3Q345D大橫梁6.0Q345D453小橫梁8.3Q345D大橫梁6.0Q345D553小橫梁4.0Q345qD大橫梁4.0Q345qD1.4橋臺構(gòu)造目前，整體橋得到了廣泛的應(yīng)用，不同國家對整體式橋臺型式與節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造的設(shè)計(jì)方法各有異同，尚未形成統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。鋼混組合梁整體橋是多次超靜定結(jié)構(gòu)，上、下部結(jié)構(gòu)共同參與結(jié)構(gòu)受力和變形，且結(jié)構(gòu)-土相互作用對受力和變形都有影響。作為節(jié)點(diǎn)，整體式橋臺主要傳遞彎矩和剪力，主梁和樁基均為軸力、剪力和彎矩共同作用的復(fù)合受力構(gòu)件，樁基受上部結(jié)構(gòu)傳來的彎矩較大，為大偏心受壓構(gòu)件，可能發(fā)生受拉而對結(jié)構(gòu)不利。一般認(rèn)為[56]，整體式橋臺最理想的端部條件是短樁型或樁帽支承型，它提供最大的靈活性，因此循環(huán)溫度作用下對橋梁變形的阻力最小。美國在橋臺節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)上按樁形式可分為混凝土樁和鋼樁[56]，如圖2-4所示。整體式橋臺與樁頂?shù)倪B接通常用剛接或鉸接，并且考慮吸收變形的能力通常只設(shè)置單排樁。圖2-4（a）是半整體橋臺與混凝土樁鉸接的示意圖，鉸接連接使得橋臺向樁傳遞軸力和剪力，但不傳遞彎矩。弗吉尼亞州交通部根據(jù)圖2-4（b）左側(cè)所示接縫處的剪力鍵開發(fā)了類似的鉸接連接。試驗(yàn)表明，這種形式不起鉸接的作用，進(jìn)而修改成圖2-4（b）右側(cè)形式，采用鋼棒形成一種半剛性連接。由于自身柔性更大，在美國更為常見的是用鋼樁與剛性橋臺剛接的連接方式。早期美國設(shè)計(jì)者常將鋼主梁與鋼樁焊接連接，再通過混凝土將上下結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆在一起，如圖2-4（c）所示，然而這種方式需要將埋入式樁設(shè)定到一個精確的位置上，在現(xiàn)場施工中較難控制，所以使用率并不高?，F(xiàn)在常用的另一種方法是在樁帽上布置可以調(diào)平的臨時支承，使鋼梁可以布置在計(jì)劃的位置再將上下結(jié)構(gòu)固定，如圖2-4（d）所示。還可在樁頂布置彎曲的端板并用螺栓將其與樁帽固定，這種裝置可以較好地模擬鉸接效果，如圖2-4（e）所示。(a)半整體式橋臺與混凝土樁鉸接(b)鉸接細(xì)節(jié)及改進(jìn)(c)鋼樁與主梁焊接連接(d)鋼樁帽設(shè)置臨時支承連接(e)鋼樁頂鉸接連接圖2-4文獻(xiàn)[56]中美國組合梁整體式橋臺節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)圖統(tǒng)計(jì)到下部結(jié)構(gòu)采用樁基的整體式橋臺尺寸匯總于表2-4?？梢钥闯?，橋臺高度在1.40~3.22m之間，橋臺厚度在0.76~1.20m之間，橋臺高厚比在2.0~4.2之間。鋼混組合梁整體橋在橋臺位置常采用固接，將鋼主梁端部設(shè)置剪力連接件固定在橋臺上，相較同跨徑下一般組合梁橋具有更好的整體性，去除了伸縮縫和支座，降低主梁跨中彎矩，可以適當(dāng)縮小橋臺，同時降低截面剛度，具有明顯的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化空間。結(jié)構(gòu)尺寸的減小也有利于節(jié)約工程材料，從而取得更好的經(jīng)濟(jì)效益，適于推廣。在我國，由于經(jīng)濟(jì)性和工程習(xí)慣的原因，常規(guī)橋梁多采用現(xiàn)澆混凝土樁。工字鋼組合梁整體橋考慮采用混凝土樁基的情況下，鋼主梁與橋臺連接的常用方法為在鋼主梁端部布置栓釘或開孔連接件，并布置適量橫向鋼筋，通過現(xiàn)澆混凝土形成整體式橋臺。課題組陳洲宇[57]對比分析了不同樁基類型的鋼混組合梁整體式橋臺節(jié)點(diǎn)剛度分配及簡化計(jì)算方法，并通過足尺橋臺節(jié)點(diǎn)模型試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)混凝土樁基可滿足中小跨徑鋼混組合梁縱向變形需要。陳亮等[58]總結(jié)國內(nèi)外常見的鋼梁與整體式橋臺的連接方法，見圖2-5，布置剪力釘或端板等連接件和橫向鋼筋可以合理地分配受力，使用如圖2-6所示推薦的連接方法可以大幅提高連接的剛度與強(qiáng)度。表2-4橋臺尺寸布置橋臺高度（m）橋臺寬度（m）橋臺高厚比1.40~3.220.76~1.202.0~4.2(a)類型Ⅰ(b)類型Ⅱ(c)類型Ⅲ(d)類型Ⅳ(e)類型Ⅴ(f)類型Ⅵ(g)類型Ⅶ(h)類型Ⅷ(i)類型Ⅸ(j)類型Ⅹ(k)類型Ⅺ(l)類型Ⅻ圖2-5鋼梁與整體式橋臺連接方式對比[58]圖2-6文獻(xiàn)[58]推薦的主梁與橋臺連接方式1.5墩梁連接構(gòu)造多跨整體橋需要考慮墩梁連接處的構(gòu)造。整體橋的變形和受力主要集中在橋臺處，但墩梁節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式對整體受力分配有一定影響，設(shè)計(jì)時需要根據(jù)實(shí)際工程條件和構(gòu)造需要考慮橋墩處節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。目前，對于墩梁節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式并沒有統(tǒng)一定論。根據(jù)主梁與橋墩的連接方式，可保留墩上支座，采用半剛性連接或者和整體式橋臺一樣采用墩梁固結(jié)的形式。如圖2-7所示，與連續(xù)梁橋類似，連續(xù)梁式整體橋也在橋墩處設(shè)置固定型支座或滑動型支座，對于主梁在橋墩處的接縫，通常做橫向澆筑混凝土處理，但不與蓋梁連接，但由于上下結(jié)構(gòu)具有相對獨(dú)立性，需要保持一定剛度保證自身的穩(wěn)定性。美國部分地區(qū)對于2~4跨連續(xù)橋規(guī)定中間橋墩要使用固定支座；如果橋梁縱坡不超過1%，中間兩橋墩也可以使用彈性橡膠支座。如圖2-8所示，半剛性連接式多跨整體橋主梁在橋墩處同樣用混凝土澆筑形成結(jié)構(gòu)連續(xù)，達(dá)到去除伸縮縫的效果，節(jié)點(diǎn)處設(shè)計(jì)帶有一定厚度橡膠套外包的鋼棒將混凝土現(xiàn)澆段與蓋梁連接，主梁與蓋梁之間設(shè)置墊層而不直接連接，上部結(jié)構(gòu)受力變形時，在橋墩處經(jīng)過橡膠緩沖，利用鋼棒的屈曲變形能力一定程度釋放內(nèi)力[59]。課題組劉鈺薇[60]對半剛性節(jié)點(diǎn)開展了足尺模型擬靜力試驗(yàn)，建立了考慮不同鋼棒直徑、不同橡膠套厚