钢－混凝土组合梁的应用方法

钢-混凝土组合梁是在钢结构和混凝土结构的基础上发展起来的一种新型结构。主要是通过设置剪力连接件(栓钉、槽钢等。)在钢梁和混凝土翼缘板之间，以抵抗它们之间界面处的剪力和相对滑移，使它们作为一个整体共同工作。与钢筋混凝土梁相比，钢-混凝土组合梁可以减轻结构自重，减小地震作用，减小截面尺寸，提高空的有效利用率，节省支模工序和模板，缩短工期，提高梁的延性。与钢梁相比，可以减少用钢量，增加刚度，增加稳定性和整体性，增强结构的耐火性和耐久性。
近年来，钢-混凝土组合梁在我国城市跨线桥和建筑结构中得到了广泛应用，并正在向大跨度方向发展。钢-混凝土组合梁在我国的应用实践表明，它兼有钢结构和混凝土结构的优点，具有显著的技术、经济和社会效益，适合我国基本建设的国情，是未来结构体系的主要发展方向之一。
项目概况
新疆阿克苏热电厂通过阿克苏西桥水库向阿克苏市供热。热力管道首先要穿越胜利渠，胜利渠是阿克苏西桥电站的排水渠道，也是阿克苏主要的农业灌溉渠道。热力管道桥位为阿克苏西桥水电站上游400m，引水闸门下游100m，渠道两侧混凝土护坡。坡比1∶1.5，渠槽宽46m，渠深5m。胜利渠不允许断水，故采用单孔桥方案，跨度52m，净宽2.5m..运河两岸地质条件较好，为碎石土，一般粒径3～5cm，不超过20cm，地层承载力200kPa。渡槽支架布置图和管道断面图如图1和图2所示。
项目区冻土深度为111cm；最低极端温度为零下23.2℃，极端温度为39.6℃，年平均温度为8.9℃。风速26s/m，基本风压0.65 kn/m2；；年平均降水量60.4mm，年平均蒸发量1198.4mm海拔1102-1104m，积雪深度0.14m，基本雪压0.2 kn/m2；；热力管道的设计压力为1.6MPa，设计温度为313℃。地震烈度为8度，当地公路自然区划为VI2区。
方案选择
简支梁桥净距52m，是比较大的跨度。如果采用传统的钢筋混凝土梁，梁的截面很大，桥梁本身的自重不利于抗震。梁截面承载力主要用于承受自重，施工周期长，模板支撑等现场施工工作量大，影响渠道正常供水。如果采用预应力钢筋混凝土梁，虽然可以降低截面高度和自重，但施工复杂，造价高。如果采用钢梁，由于其刚度较低，为了满足刚度要求，截面高度会比较大，另外还有防腐的问题。钢-混凝土组合梁由于具有较高的截面承载力和刚度，可以大大降低截面高度，减轻自重，节约材料，加快施工进度。而且由于组合梁中钢梁暴露于空气体的表面积比钢梁小，防腐比纯钢梁更容易解决。因此，综合比较和考虑各种因素后，决定采用钢-混凝土简支组合梁。
钢-混凝土组合梁的计算原理来源:www.examda.com
在钢-混凝土组合梁的弹性分析中，采用了以下假设:1 .钢和混凝土都是理想的弹性体。2.钢筋混凝土翼缘板与钢梁之间存在可靠的连接相互作用，相对滑移很小，可以忽略不计。3.平截面的假设仍然有效。4.不考虑混凝土翼缘板中的钢筋。钢-混凝土组合梁的弹性分析采用换算截面法。如图3所示，(a)表示转换前的横截面，(b)表示转换后的横截面。截面法的基本原理是将混凝土翼缘板按相同的总力和总应变换算成弹性模量为Es、应力为бs的钢材等效截面面积。计算时，为保持换算前后混凝土截面重心高度不变，换算时混凝土翼缘板厚度不变，仅用翼缘板有效翼缘宽度be除以α E(钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比)，得到图3(b)。
得到等效钢梁截面后，可根据材料力学的方法计算截面的抗弯承载力。假设换算截面的惯性矩为I换算，换算截面的形心到钢梁底部的距离为Y换算，组合梁的总高度为Y换算，作用在截面上的弯矩为M，剪力为，则钢梁底部和混凝土翼缘板处的正应力和剪应力分别为
。对于组合梁挠度的计算，根据换算截面的惯性矩计算组合梁的刚度，然后用结构力学的方法计算梁的挠度。