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摘 要

钢桁腹预应力混凝土组合梁桥是近年来发展的一种新型组合结构，由于其具有质轻且腹杆屈曲强度高等优势，成为未来中等跨径桥与大跨径桥梁的又一发展方向，具有较高的研究价值和工程意义。

本文以我国首座钢桁腹预应力混凝土组合梁桥——南京绕越公路东北段江山车行天桥为工程背景，采用有限元分析软件Midas Civil 2017对其主桥上部结构进行空间有限元计算分析。由于该桥型在国内应用较少，尚无具体规范对其结构计算进行规定，故根据其结构及受力特性，采用现行相近的规范及公式进行验算复核。验算内容包括持久状况承载极限状态验算、正常使用极限状态验算以及应力、稳定性验算。经过对结果的计算分析及复核，江山桥各单元受力明确、合理，所有验算均可满足现行桥梁设计规范的要求。

关键词：钢桁腹，组合梁桥，有限元法

Abstract

Steel truss-web concrete composite girder bridge is a new type of composite structure developed in recent years. Because of its advantages of light weight and high buckling strength of web bar, it has become another development direction of medium span bridge and long span bridge in the future with high research value and engineering significance.

This paper is based on engineering background of the first steel truss-web concrete composite girder bridge in China: JiangShan vehicular overpass in the northeast section of Nanjing overpass highway. The finite element analysis software Midas Civil 2017 is used to calculate and analyze the superstructure of the main bridge by spatial finite element method.

Since this type of bridge is seldom used in our country and there is no specific code for calculating its structure, the current similar codes and formulas are used in this paper to check and review JiangShan brige according to its structure and mechanical characteristics. The checking calculation includes carrying limit state checking calculation, normal use limit state checking calculation and stress and stability checking calculation. Through the calculation, analysis and review of the results, the force of each element of Jiangshan Bridge is clear, and all the checking calculations can satisfy the requirements of the current bridge design code.

KEY WORDS: steel truss webs, composite girder bridge, finite element method

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 3

1.1 钢桁腹PC组合梁桥概述 3

1.2 钢桁腹PC组合梁桥的发展 3

1.3 本文主要工作 5

第二章 工程背景 6

2.1 江山桥工程概况 6

2.1.1 桥型布置 6

2.1.2 截面形式 6

2.1.3 节点构造 7

2.1.4 钢束布置 8

2.2 主要技术标准 9

第三章 模型选择与有限元建模 10

3.1 有限元分析基本原理 10

3.2 钢桁腹预应力混凝土箱梁桥的解析模型选择 10

3.3 空间桁架模型建模 11

3.3.1 单元划分 11

3.3.2 特性值 11

3.3.3 边界条件 13

3.4 作用与作用组合 14

3.4.1 作用 14

3.4.2 作用组合 15

3.5 PSC设计 15

第四章 江山桥承载能力极限状态计算 18

4.1 支承反力 18

4.2 桁腹杆承载力验算 18

4.2.1 拉杆承载能力验算 18

4.2.2 压杆承载能力验算 19

4.3 混凝土顶底板承载力验算 21

4.3.1 偏心受压构件验算 22

4.3.2 偏心受拉构件验算 24

第五章 江山桥正常使用极限状态计算 26

5.1 江山桥混凝土顶底板抗裂性验算 26

5.2 江山桥混凝土顶底板挠度验算 28

第六章 应力及稳定性验算 30

6.1 混凝土顶底板应力验算 30

6.1.1 应力验算理论 30

6.1.2 验算结果 31

6.2 压杆稳定性验算 32

第七章 总结与展望 34

7.1 总结 34

7.2 不足与展望 34

参考文献 36

致谢 37

绪论

钢桁腹PC组合梁桥概述

钢桁腹PC组合梁桥是近年来新兴的一种组合结构桥型。上部结构中传统的混凝土箱梁桥结构中的混凝土腹板以钢桁腹杆构件取代，钢桁腹杆构件的末端直接与上下缘的混凝土相连，并通过节点传力形成共同受力体系。主梁预应力筋布置通常为体内预应力筋与体外预应力筋相结合或全部配置体外预应力钢筋。在组合结构中，混凝土顶底板、钢桁腹杆构件、体外和（或）体内预应力钢束共同受力。

图1-1 钢桁腹预应力混凝土梁桥基本结构示意图

钢桁腹PC组合梁桥结构的受力性能明确，顶底板、腹杆构件均以受轴力为主。腹杆的轴力承担截面所承受的剪力，对于受压桁腹杆，可在钢管内灌注混凝土从而形成抗压强度较高的钢管混凝土。截面所承受的弯矩转化为顶底板的轴力，并在混凝土截面内布置纵向钢束以提高承载能力。组合后的结构充分发挥了混凝土的抗压性能以及钢材的抗拉性能。结构的通透性使体外预应力束的布置成为可能，从而简化了混凝土预埋管道的施工工序，降低了预应力钢束的用量，增大了桥梁的跨越能力。

总体来说，钢桁腹PC组合梁桥具有质轻、观赏性强、生产效率高、受力特性明确合理等优点，与各桥型相比都有显著的优势。相比传统混凝土箱梁，采用钢桁腹杆替代混凝土腹板，材质轻，自重增幅小，相应地跨越能力得以提升。节约材料，经济效益高。此外，由于不存在混凝土腹板开裂的问题，钢桁腹杆结构的耐久性较高。相比波形钢腹板组合梁腹板的薄壁结构，钢桁腹的抗剪屈曲强度高，主梁高度限制减弱，更加适应于大中跨径桥梁。钢桁腹板的使用有效地降低了风力作用，增强了结构的抗风性能。相比钢桁架梁桥，采用钢筋混凝土板节省了钢材的用量，具有良好的经济效益。

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