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钢-混凝土组合梁桥设计方法在中外规范下的对比分析

刘真  
【摘要】:钢结构桥梁因其强度高、自重轻、塑性和韧性好、施工快捷、容易拆卸等优点受到了工程界的青睐。钢-混凝土组合梁桥更是发挥了钢材和混凝土两种材料的优良力学性能,逐渐成为优化桥梁构造形式的一种合理选择。然而,指导我国钢结构桥梁设计的《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ 025-86)却仍以容许应力法为基础,部分内容已经显得过时,其中对钢-混组合梁桥的设计条文也过于简单,可操作性不强。以概率极限状态设计方法为基础的中国《公路钢结构桥梁设计规范》目前还处在征求意见阶段。另外,随着我国综合国力的提高和国际影响力的增强,一大批土木建筑公司走出国门,承担的道路桥梁工程项目越来越多。由于气候、地理等条件的差异,桥梁设计与施工需要参考多国规范进行。各国规范从整体分析到局部计算,从荷载效应到结构抗力,都有不同的力学模型和分析方法。本文就中国公路钢桥设计规范与美国《AASHTO LRFD桥梁设计规范》、英国BS5400《钢桥、混凝土桥及结合桥》规范以及欧洲Eurocodes系列规范的设计方法和相关计算进行对比分析,主要成果如下:1、对中国、美国、英国和欧洲规范公路钢桥设计方法做了比较,除了我国《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ 025-86)仍采用容许应力法外,其他规范均采用概率极限状态法;欧洲规范4是一部较完整的专门指导钢-混组合梁设计的规范,我国对钢-混组合梁的设计条文只有一章,内容不能满足设计需要,需补充和完善。2、运用概率论知识,将描述极限状态设计方法的功能函数求解问题,转化为以可靠度理论为基础的可靠指标求解问题,并且推导了可靠指标与中心安全系数和分项安全系数的关系,论证了用分项安全系数表示的概率极限状态设计法相比用中心安全系数表示的容许应力法的先进性;3、计算并比较了组合钢板梁和非组合钢板梁的受力,发现组合钢板梁相比非组合钢板梁,刚度和强度都得到了明显提高;推导了钢-混组合梁在荷载、温差、收缩、徐变作用下截面应力的计算式;以奇阿瓦大桥为例,分析了其在不同施工阶段的力学状态,发现对于钢-混组合连续梁桥,支点负弯矩较大,会使桥面混凝土板拉应力过大、出现裂纹,而且由于混凝土板的温差、收缩、徐变使主梁产生的较大应力,设计时要注意;4、分别对几国规范下的汽车荷载、梯度温度、收缩、徐变荷载,进行计算分析比较,发现在汽车荷载作用下,中、欧规范产生的内力相差不大,英国规范偏大,美国规范偏小;在温度梯度作用下,按中、美规范计算的作用效应小于英、欧规范;在收缩作用下,美国规范计算的次内力远小于中、欧规范;在徐变作用下,中、欧规范计算的次内力远小于美国规范;5、从材料性能、混凝土板有效宽度、在正常使用极限状态下的裂缝宽度、挠度、承载能力极限状态抗弯和抗剪验算等方面,对中外规范做了比较,发现对于裂缝宽度的计算,中、英、欧都通过裂缝宽度限值来控制裂缝,美国规范则通过钢筋间距来控制裂缝宽度。对于抗弯承载力的计算,中、英、欧规范按弹性方法计算,美国规范按塑性方法计算,对于抗剪承载力,各国规范都只考虑钢梁的抗剪作用。


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