组合结构桥梁设计新理念
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组合钢板梁桥
组合结构桥梁设计新理念
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组合钢板梁桥 —主要内容
组合梁与非组合梁在力学上的相异点
组合钢板梁的分类及其特点
钢板梁
组合钢板梁桥的现状及其发展
钢板梁与混凝土桥面板的连接
桥面板
连续组合钢板梁桥
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组合钢板梁桥 —组合梁与非组合梁
非组合梁 组合梁
应力
变形
24
3
bh
PL??
(b)组合梁(a) 非组合梁
组合梁与非组合梁的截面应力
连接件
◇ 组合梁与非组合梁 在力学上的相异点
28
3
bh
PL??
3
3
8
1
Ebh
PL??
3
3
32
1
Eb h
PL??
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组合钢板梁桥 —组合梁的分类及其特点
◇ 组合梁的 定义, 当钢梁与混凝土桥面板之间用连接件接
合在一起,两者间不能自由发生相对滑移,共同承担纵桥
向弯矩时，称为组合梁。
◇ 组合钢板梁的定义,是指用 3块钢板焊接成截面为 I形钢
梁的组合梁。
◇ 关于组合梁
的某些名称
◆ 叠合梁 ?
◆ 联合梁
◆ 结合梁
◆ 组合梁 ★
连接件
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组合钢板梁桥 —组合梁的分类及其特点
◇ 组合梁的分类
◆ 按照连接刚度
◆ 按照施工方法
◆ 按照主梁结构体系
◆ 刚性组合梁
◆ 弹性组合梁
◆ 柔性组合梁
◆ 活荷载组合梁
◆ 死活荷载组合梁
◆ 简支组合梁
◆ 连续组合梁
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组合钢板梁桥 —组合梁连接刚度分类
◇ 刚性组合梁,梁板接合面上使用的是刚性连接件，两者间 不发生相
对滑移,截面应变变化连续，平截面假定成立，计算比较简单。
◇ 弹性组合梁,梁板接合面上使用的是弹性连接件，允许两者间 发生
一定程度的相对滑移,截面应变变化不连续，计算比较复杂。
◇ 柔性组合梁,梁板接合面上使用的是柔性连接件，允许两者间 发生
相当程度的相对滑移,截面应变变化不连续，计算比较复杂。
刚度不同时相对滑移量的分布
刚性连接
弹性连接
无连接
P
柔性连接
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组合钢板梁桥 —组合梁的施工方法分类
◇ 活荷载组合梁, 不用脚手架施工、直接在钢梁上拼装模板、浇筑混凝土桥面板时，
钢梁及其桥面板等前期死荷载由钢梁承担，而路面铺装等比较小的后期死荷载由混凝土
桥面板已经硬化的组合梁承担,即承担后期死荷载及其活荷载的组合梁 。
◇ 死活荷载组合梁, 用脚手架施工、在桥面板完全硬化后撤除脚手架时，钢梁、桥面、
路面铺装等死荷载都由组合梁承担,即承担所有死荷载与活荷载的组合梁 。
按照施工方法分类
桥面板
钢 梁
活荷载
桥面板浇灌 桥面板浇灌
撤除支撑
路面铺装 路面铺装
(a) 活荷载组合 (b)死活荷载组合
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组合钢板梁桥 —组合梁的结构体系分类
◇ 简支组合梁,简支组合梁的钢梁下翼缘承受拉应力，
而混凝土桥面板可以设计成仅仅承受压应力，完全没有
拉应力作用。
◇ 连续组合梁,连续组合梁在桥墩上受到很大的负弯矩
作用，其桥面板如何承受拉应力、防止发生有害裂缝是
一个未完全解决的课题。
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组合钢板梁桥 —组合钢板梁桥的现状与发展
◇ 非组合钢板梁桥,横撑、竖撑，加劲肋等辅助构件很多
非组合钢板梁桥的承重体系
(a) 立面图
(b) 平面图
(c) 截面图
翼缘板
加劲肋
支座
加劲肋 加劲肋
翼缘板 横撑
横撑
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组合钢板梁桥 —组合钢板梁桥的现状与发展
◇ 组合钢板梁桥 — 欧洲设计上的变迁
简化加劲肋
简化横撑体系
增大主梁间距
减少主梁根数
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组合钢板梁桥 —组合钢板梁桥的现状与发展
◇ 组合钢板梁桥 — 欧洲设计上的变迁
◇ Hopital桥
（ 法国,4跨连续，最大跨 64m）
连接件
预应力
钢筋
◇ Hopital桥的横截面
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组合钢板梁桥 —组合钢板梁桥的现状与发展
◇ 组合钢板梁桥 — 日本设计上的变迁
◇ 日本 早川桥
相邻 2座桥（ 4根主梁 --2根主梁）
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组合钢板梁桥 —组合钢板梁桥的现状与发展 优点
◆ 采用预应力混凝土桥面板，减少主梁根数；
◆ 不设或少设横撑、腹板加劲肋 ；
◆ 维护容易，造价大幅度降低。
改进前 改进后
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组合钢板梁桥 —组合钢板梁桥的现状与发展 优
点
◇ 组合钢板梁桥 的发展趋势
◆ 采用预应力混凝土桥面板，减少主梁根数；
◆ 对承重体系加以改进，不设或少设横撑、腹板加劲肋；
◆ 采用高强钢材、轻质或钢纤维混凝土等新型建筑材料；
◆ 采用预制预应力混凝土桥面板，实行构件工厂化；
◆ 推广使用 耐候钢,节省防锈等维护费用；
◆ 用等高或连续变截面压延钢板翼缘，代替多层或间断变
截面钢板翼缘；
◆ 实行多跨连续，少设或不设伸缩缝；
◆ 使用橡胶支座，使各桥墩减少水平地震荷载；
◆ 把钢梁与混凝土桥墩刚接，节省支座维护费用。
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组合钢板梁桥 —钢板梁
钢板梁的屈曲形式
(c)压缩翼缘的扭转屈曲 (d)梁整体横向屈曲
(a) 腹板局部屈曲 (b)压缩翼缘的竖向屈曲
◇ 非组合钢板梁的承载性能 --屈曲形式
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组合钢板梁桥 —钢板梁
◇ 非组合钢板梁的承载性能 — 防止屈曲失稳的措施
◆ 腹板的局部屈曲：加大腹板厚度、设横纵向加劲肋
◆ 压缩翼缘的竖向屈曲：限制腹板宽度与厚度比
◆ 压缩翼缘的扭转屈曲：限制翼缘宽度与厚度比
◆ 梁整体横向屈曲：调整翼缘与腹板截面积的比，
设竖向横撑
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组合钢板梁桥 —组合钢板梁
◇ 组合钢板梁的承载性能 — 承载性能方面的特点
◆ 在 弯矩作用区间，中性轴位置向桥面板侧上移，终局时钢梁
截面压缩区范围很小,可以不设纵向加劲肋 。
◆ 在弯矩作用区间，即使把横向加劲肋的间距增大、即纵横比
加大到 a=3，还有 增大腹板高厚比的余地 。
◆ 组合钢板梁试件的最大荷载，与把截面假定完全塑性状态算
出的抗弯承载力较接近,能够发挥密实截面的承载性能 。
◆ 在组合钢板梁的剪力作用较大区间，腹板屈曲后的剪切强度
很难提高，还 不宜加大纵横比或减小腹板厚度的限值 。
◆ 组合钢板梁桥面板的混凝土、钢筋能够承担一部分剪力，其
抗剪承载力比纯钢板梁大约增大 16%。
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组合钢板梁桥 —组合钢板梁设计
◇ 以 2主梁桥为例的钢板梁设计要点
◆ 在组合钢板梁的弯矩作用区间，中性轴位置向桥面板侧上移，终局时钢梁
截面压缩区范围很小，可以不设纵向加劲肋。这种情况下，如果钢板梁
腹板厚度过大，设置一列纵向加劲肋、使腹板厚度统一起来是可行的。
◆ 正弯矩区的钢板梁受到的剪力较小，再加上由于省略纵向加劲肋后钢板变
厚、剪应力相对地减小。为此，横向加劲肋的纵横比可以加大到 a=3，
即横梁之间不设置横向加劲肋是可能的。但是中间桥墩附近等剪力较大
的区间，横向加劲肋的间距还有待进一步研究。
◆ 伴随着钢板翼缘及其混凝土桥面板的厚度都相应增大，翼缘受到桥面板的
约束及其腹板受到翼缘的约束都变大，屈曲强度也增大。在组合钢板梁
的正弯矩作用区间，即使把横向加劲肋的间距增大、即纵横比加大到
a=3，还有增大腹板高厚比的余地，其上限可以设为 h0/tw=180。
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组合钢板梁桥 —组合钢板梁设计
◇ 以 2主梁桥为例的 横梁布置设计要点
◆ 将横梁布置在横断面上部比布置在中部，主梁下翼缘的水平位移与弯曲应力大约高出
5倍,3倍，当布置在下部时进一步减小。考虑到桥面板等的施工，把横梁布置在
横断面中部或稍微偏下的位置比较妥当。
◆ 横梁间距越大，下翼缘的水平位移也越大，但是，即使是间距大到 30m其位移也未达
到 3mm，反而桥墩附近的弯曲应力随之减小。调查已建桥梁可知，横梁间距大致
在 5~10m，而桥墩附近即负弯矩作用区一般都比较小，大致为 5m。
◆ 横梁截面刚度越大其位移也减小。调查已建桥梁可知，横梁一般都使用 I形钢，基本
上依据施工时的荷载及其安定性来决定截面尺寸。但同时为了防止负弯矩区的钢
梁整体横向屈曲，要确保横梁的截面刚度。
◆ 为了防止钢梁整体横向屈曲，要保证横梁与横向加劲肋构成的 U形刚构具有一定的刚
度，特别要验算支座上的 U形刚构的刚度，确保由桥面板传来的横向荷载有效地传
给支座。
◆ 横梁在使用荷载作用下的应力极其小，与主梁接合部的疲劳问题不突出，接合方式等
可以考虑施工性来决定。
◆ 要考虑横梁在施工时的作用进行设计，兼作桥面板施工的支架等等。
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组合钢板梁桥 —桥面板
◇ 桥面板的分类与特点
◆ 混凝土桥面板
◆ 钢桥面板
◆ 钢与混凝土组合结构桥面板
桥面板的分类
(a) 混凝土桥面板 (b) 钢桥面板 (c) 组合结构桥面板
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组合钢板梁桥 —混凝土桥面板
◇ 桥面板的分类与特点
◆ 混凝土桥面板
◆ 现浇
◆ 预制
◆ 预应力
◆ 非预应力
◆ 直线底面型
◆ 曲线底面型
◆ 固定支架施工
◆ 移动支架施工
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组合钢板梁桥 —混凝土桥面板
◇ 现浇桥面板的早期裂缝的特点
◆ 施加预应力之前，后浇混凝土段接缝附近桥面底板产生斜裂缝
后浇混凝土的约束所致
◆ 施加预应力之后，后浇混凝土段的桥面底板产生横向裂缝
预应力、支架移动、钢板梁约束所致
桥面板的早期裂缝的特点(a) 斜裂缝
(b) 横向裂缝
先浇后浇 先浇后浇
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组合钢板梁桥 —混凝土桥面板
◇ 现浇桥面板的早期裂缝的特点
◆ 施加预应力一段时间后，在横梁正上方桥面底板产生横向裂缝
预应力钢筋偏心配置后，桥面板上拱，同时主梁上翼缘受到横梁与横
向加劲肋的约束而不能随桥面板协调变形，使横梁正上方的连接件受拉，
从而在横向预应力作用发生横向裂缝。
横梁正上方的横向裂缝
(a) 裂缝形态 (b) 裂缝产生机理
接缝
焊钉受拉
上拱力
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组合钢板梁桥 —混凝土桥面板
◇ 现浇桥面板的早期裂缝的预防
◆ 抑制混凝土发热量,尽可能减少水泥单位用量，或使用发热小的水泥。要保
持桥面板上面的湿度，加强保温，下面尽可能采用木制模板。
◆ 添加适量膨胀剂,一般伴随着降温，混凝土会发生体积缩小，通过使用膨胀
剂能够某种程度地抑制体积缩小。
◆ 分级施加预应力,可考虑在初期阶段，将预应力仅施加能够保证支架移动的
部分，其余的待混凝土完全硬化后再施加。
◆ 固定支架浇灌,支架移动所引起的应力加剧了早期裂缝的发生，将移动支架
改为固定支架浇灌混凝土也是可以选择的施工方法之一。
◆ 增加钢筋用量,钢筋用量的增加一般不会直接防止裂缝的发生，但是会减小
裂缝宽度及其间距。为此，可以采取在钢板梁上方沿着纵向配置中段钢筋，
在接缝附近增加横向钢筋等措施。
◆ 适当地设置连接件,防止横梁正上方的桥面底板产生横向裂缝的方法之一，
是要在横梁处正上方合理设置连接件。
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组合钢板梁桥 —混凝土桥面板
◇ 现浇桥面板的损坏机理
◆ 桥面板的收缩变形受到钢板梁的约束，在施工阶段就可能产生了沿着纵桥向的附加
拉应力，甚至出现了肉眼观察不到的微细裂缝。
◆ 通行后的车辆荷载引起的拉应力与早期发生的拉应力合成，就会在桥面板底面产生
横向裂缝，如图 (a)所示。
◆ 随着车辆荷载的长期作用，产生纵向裂缝后形成纵横交错的形状，并贯通到桥面板
上表面，如图 (b)所示。
现浇钢筋混凝土桥面板的损坏过程
(a) 早期横向裂缝 (b)纵横交错裂缝
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组合钢板梁桥 —混凝土桥面板
◇ 现浇桥面板的损坏机理
◆ 伴随着裂缝面间骨料咬合力的丧失，桥面板的抗剪性能逐渐降低，产生更多裂缝，
如图 (c)所示。
◆ 当车辆荷载超过其抗剪强度后，混凝土就开始脱落而损坏，如图 (d)所示。一般
认为导致最终的破坏是剪切疲劳。
现浇钢筋混凝土桥面板的损坏过程
(b)骨料咬合力丧失 (c)混凝土脱落
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组合钢板梁桥 —混凝土桥面板
◇ 预制桥面板的技术特点
◆ 从现浇混凝土桥面板的损坏过程可以认识到，损坏一般起因于非荷载作用所引起的裂缝，要
确保其耐久性就必须对早期裂缝的发生加以防止。
◆ 预制桥面板在浇灌后到铺设，都放置一定的期间加以养护，其水合热引起的温度应变及其干
燥收缩变形都未受到外界的约束，产生的应力极小，预制桥面板的推广使用很有必要。
◆ 当预制桥面板单向配筋、既仅在桥梁横向配置预应力钢筋的情况下，即使已出现裂缝其裂缝
面间的磨损速度也大幅下降。
◆ 仅在桥梁横向配置预应力钢筋，预制桥面板不仅可以防止早期裂缝的发生，而且其抗疲劳强
度也大幅度提高，当然采用双向配置预应力钢筋的话其性能将更加被改善。
预制桥面板的布置形式
(a) 多主梁桥时 (b) 2主梁桥时
钢梁
焊钉
预埋孔
接缝 接缝
焊钉
钢梁
接缝
预应力
钢筋
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组合钢板梁桥 —混凝土桥面板
◇ 预制桥面板的接缝形式
◆ 摩擦型
一般在桥梁纵向施加预应力时使用的形式之一，弯矩由预应力钢筋负担，而剪力假设
由两者间的摩擦负担。接缝间涂上胶结剂，达到防水的目的。
◆ 剪力键型
在两块板的接合面上做成槽形，并填充砂浆，使其发挥剪力键的功能。填充的砂浆要
确保不会收缩，有时使用无收缩砂浆或加入若干膨胀剂。与摩擦型类似，无需繁杂的施工
工序，一般在桥梁纵向施加预应力。
(a) 摩擦型
接缝
(b) 剪力键型
填充砂浆
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组合钢板梁桥 —混凝土桥面板
◇ 预制桥面板的接缝形式
(c) 环形钢筋型
钢筋钢筋
预应力钢筋
(d) 钢管键型
填充砂浆钢管
填充树脂
◆ 环形钢筋型
在间距很大的接缝中，把两块板的钢筋各自做成环形并相互交错，然后填充混凝土。桥
梁纵向无需施加预应力，基本上具有与桥面板同等的强度性能。
◆ 钢管键型
把填充砂浆了的方钢管作为剪力键，并在接缝之间灌注能够防水的树脂。用到桥梁纵
向未施加预应力的人行天桥桥面板上后，未发现漏水等事故，非常完好。
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组合钢板梁桥 —组合结构 桥面板
◇ 组合结构桥面板
◆ 用焊钉,弯折钢板、钢管等等都可以作为连接件的连接件型组合。
◆ 格构型组合板是用型钢代替一部分钢筋然后浇灌混凝土，一般用较薄的钢板
作为底模板并构成一体。
连接件型组合板
底钢板
钢管连接
弯折钢板
主梁
底钢板
焊钉
主梁
I型钢
加腋板
上层钢筋
下层钢筋
格构式组合板
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组合钢板梁桥 —组合结构 桥面板
◇ 组合结构桥面板
◆ 用开孔钢板连接件
◆ 夹层式组合
开孔钢板
底钢板
连接孔
钢筋
底层钢板
上层钢板
加劲板
混凝土 焊钉
主梁
(a) 用开孔钢板连接件组合 (b) 夹层式组合
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组合钢板梁桥 —钢板梁与混凝土桥面板的连接
◇ 组合梁截面应力计算 — 桥面板的有效宽度
◆ 主梁 Ga与 Gb之间的桥面板截面内应力 ?(y)
在主梁上成为最大、即达到 ?max，越到
跨中变得越小，通常将这一现象称为 剪
力滞 。精确计算是比较复杂的，一般用
桥面板有效宽度考虑。
◆ 桥面板有效宽度,假设桥面板跨中某宽度
的截面是不发挥作用的，仅某宽度 λ 范
围内的截面承担荷载。即有效宽度依据
应力分布面积相等，用下式计算：
有效宽度计算模式m a x
0
)(
?
?
? ??
b
dyy
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组合钢板梁桥 —钢板梁与混凝土桥面板的连接
◇ 组合梁截面应力计算 — 截面分力法
◆ 将截面上作用的弯矩 M
分解成，分别作用
在钢梁与桥面板截
面上的弯矩 Ms,Mc
及其轴力 Ns,Nc。
即采用截面分力法，
依据梁理论，桥面
板上、下缘及其钢
板梁上、下缘的应
力用下列各式计算。
截面分力法
(a) 组合截面 (b)应变分布
?
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M
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??
组合结构桥梁设计新理念
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截面分力法
(a) 组合截面 (b)应变分布
组合结构桥梁设计新理念
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组合钢板梁桥 —钢板梁与混凝土桥面板的连接
◇ 组合梁截面应力计算 — 荷载引起的截面力
◆ 作用力平衡式、截面转角及其轴向变形条件式为：
?
?
?
?
???
sc
ssc
NN
MdNMM
?
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??
?
d
IE
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M
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ss
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cc
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s
cc
c
◆ 依此可以推导出 Ms,Mc,Ns,Nc的计算式为：
MnIIMMIIM
v
c
c
v
s
s ??,
M
nI
dAM
I
dANN
v
cc
v
ss
cs ???
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组合钢板梁桥 —钢板梁与混凝土桥面板的连接
◇ 组合梁截面应力计算 — 徐变引起的截面力
◆ 组合梁在弯矩 M的作用下，混凝土桥面板截面上分担了弯矩 Mc及其轴力 Nc。当桥面板不受到钢
梁约束时，其截面中性轴上会因徐变而自由地产生应变 e1（图 b）；当使桥面板的截面返回
到当初的应变状态时，施加的拉力为 N1（图 c）
◆ 实际上桥面板受到了约束而必须与钢梁的变形保持协调，为此将拉力 N1释放，因徐变其组合截
面上产生轴力 N1及其弯矩 M1，由下式计算。 Φ 1为徐变系数。
徐变的影响
(a) 组合截面 (b)自由状态 (c)结合状态 (d)应变分布
cccc NAEN
1
1
111 2
2
?
?e
???
)( 111 edNM c ??
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组合钢板梁桥 —钢板梁与混凝土桥面板的连接
◇ 组合梁截面应力计算 — 干燥收缩引起的截面力
◆ 收缩变形与徐变一样也是混凝土所特有的性质，伴随着收缩变形徐变也发生，且徐变系数 ?2比
持续荷载作用下的 ?1大许多,?2=2?1。则混凝土的弹性模量为 Ec2=Ec/(1+?2/2),与此相对
应，弹性模量比为 n2=n(1+?2/2)。当桥面板不受到钢梁约束时，其截面中性轴上会因收缩变
形而自由地产生应变 e2；当使桥面板的截面返回到当初的应变状态时，施加的拉力为 N2。
◆ 因收缩变形，组合截面上产生轴力 N2及其弯矩 M2由下式计算。
22 / nAEN csse? 222 c
dNM ?
收缩变形的影响
(a) 组合截面 (b)自由状态 (c)结合状态 (d)应变分布
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组合钢板梁桥 —钢板梁与混凝土桥面板的连接
◇ 组合梁截面应力计算 — 温差引起的截面力
◆ 在钢板梁与桥面板间的连接件时温差的影响也不容忽视。即使对于简支梁体系，钢梁
与混凝土桥面板的温度升降不同（导热率不同），两者间必然产生温差 DT，可以
不考虑徐变的影响，即混凝土的弹性模量不因温差而改变。
◆ 设钢材与混凝土的热膨胀系数都为 a，因温差组合截面上产生轴力 N3及其弯矩 M3为,
TAEN cc D? a3 cdNM 33 ?
温差分布
◆ 当求出由徐变、收缩及其温差引起的组合截面作用力后，计算桥面板上、下缘及
其钢板梁上、下缘的应力,并与荷载作用下的应力相组合加以验算。
组合结构桥梁设计新理念
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组合钢板梁桥 —钢板梁与混凝土桥面板的连接
◇ 组合梁截面应力计算 — 应力验算
◆ 当求出由徐变、收缩及其温差引起的组合截面作用力后，计算桥面板上、下缘及
其钢板梁上、下缘的应力,并与荷载作用下的应力相组合加以验算。
◆ 设某组合截面梁上作用弯矩 M=1500kNm，收缩应变为 e2=20× 10-5，温差为
DT=10℃,组合截面上由徐变、收缩及其温差引起的应力分布为：
应力分布示意
(a) 组合截面 (b)徐变应力 (c)收缩应力 (d)温差应力
组合结构桥梁设计新理念
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组合钢板梁桥 —钢板梁与混凝土桥面板的连接
◇ 连接件上剪切作用力的计算 — 荷载作用时
◆ 在剪力 S作用下，钢板梁与桥面板间单位长度上作用的纵向剪力的计算：
SnI dAdxdMnI dAdxdNq
v
cc
v
ccc ???
组合结构桥梁设计新理念
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组合钢板梁桥 —钢板梁与混凝土桥面板的连接
◇ 连接件上剪切作用力的计算 — 徐变、收缩、温差的影响
◆ 由徐变、收缩、温差产生的钢梁与桥面板间剪力一般在梁端部最大，离梁端越远即
达到某个长度 lh时几乎为零，假设剪力分布为三角形,a为主梁间距,L为跨度。
h
c
h
c
h
c
l
N
l
N
l
Nq 321
1
222 ???
)10/,m i n (l h La?
◆ 由徐变、收缩及其温差引起的桥面板上作用的轴力求出之后，钢板梁与桥面板间单
位长度上的纵向水平剪力用下式计算：
◆ 当求出由徐变、收缩及其温差引起的，钢板梁与桥面板间单位长度上的纵向水平剪
力后,并与荷载作用下的剪力相组合，加以验算连接件的数量 。
组合结构桥梁设计新理念
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组合钢板梁桥 —连续组合钢板梁
◇ 连续组合梁的分类 --按照负弯矩区组合梁设计方法分类
◆ 连续组合梁在跨中附近即正弯矩作用下,截面拉伸区是抗拉强度高的钢材板、
压缩区是抗压强度高的混凝土桥面板,组合后性能进一步得到了提高。
◆ 在桥墩附近受到很大的负弯矩作用,截面拉伸区是桥面板、压缩区是钢板,不
仅两种材料的性能未能有效地发挥，而且桥面板处于最不利受力位置。
◆ 根据对负弯矩区桥面板的性能要求，可以分成 不允许拉应力发生, 不允许裂缝
产生, 限制裂缝宽度 的 3种设计方法。
◆ 如果继续细分的话，又可以分成在 包括活荷载、及其不包括活荷载 的荷载组合
下，不允许拉应力或裂缝发生。
◆ 在不采取任何措施的情况下，负弯矩区桥面板发生裂缝是不可避免的,问题是
要确保裂缝宽度不要发展到有害的程度是设计原则。
组合结构桥梁设计新理念
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组合钢板梁桥 —连续组合钢板梁
◇ 连续组合梁的分类 --按照负弯矩区是否沿着纵向施加预应力分类
◆ 配置预应力钢筋法
依据 PC钢材直接给桥面板施加预应力，可以在桥面板
与钢梁已组合后，也可以在组合前进行施加预应力的施工。
要注意的是在组合后施加的预应力一部分将被钢梁分担，施
加的压力比较大。采用该法能够有效地施加预应力，减小钢
梁截面，但是，在现场施加预应力并不容易、施工周期也长，
今后对桥面板的局部翻新也比较困难。
组合结构桥梁设计新理念
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组合钢板梁桥 —连续组合钢板梁
◇ 连续组合梁的分类 --按照负弯矩区是否沿着纵向施加预应力分类
◆ 支座顶升法,将中间支座
上的钢梁预先抬升某个高度，
然后浇筑混凝土桥面板，待
硬化后使钢梁返回到设计位
置。这是使支座上的钢梁预
先作用正弯矩，间接地给桥
面板施加预压应力。当对多
跨桥梁的所有中间支座上的
钢梁同时顶升时，顶升高度
较大，安全性难以保证，施
工成本也上升。这种情况下，
可以采取逐个支座顶升及其
浇筑混凝土桥面板的施工法，
其顶升高度将大幅度下降。
支座顶推法
(a) 架设钢梁及打设混凝土
(b) 桥墩上的千斤顶卸载
(c) 千斤顶卸载引起的弯矩
组合结构桥梁设计新理念
44
组合钢板梁桥 —连续组合钢板梁
◇ 连续组合梁的分类 --按照负弯矩区是否沿着纵向施加预应力分类
◆ 加载配重法
利用钢梁的弯曲变形恢复性能，首先浇筑正弯矩区的混凝土桥面板，待硬
化后加载配重；然后浇筑负弯矩区的混凝土桥面板，待硬化后撤去配重。
加载配重法
配重
钢梁
桥面板
组合结构桥梁设计新理念
45
组合钢板梁桥 —连续组合钢板梁
◇ 连续组合梁的分类 --按照负弯矩区是否沿着纵向施加预应力分类
物部川铁路桥
各跨跨径：
46.9m+2*47.5m+46.9m
桥面板：轻质混凝土桥面板
钢材：耐候钢
连接件：负弯矩区用 开孔钢板
连接件
◆ 负弯矩区使用钢纤维混凝土
组合结构桥梁设计新理念
46
组合钢板梁桥 —连续组合钢板梁
◇ 连续组合梁的分类 --按照组合是否沿着桥梁全长连续分类
◆ 沿着桥梁全长用刚性连接件连接、即组合连续，桥墩上桥面板就发生很大的拉应力。
◆ 要减少这个拉应力，将负弯矩区设计为非组合或柔性组合、即组合断续。
◆ 采取组合断续的连续梁，在均匀分布荷载作用下，支座上桥面板拉应力能够降低。
◆ 在这里值得要说明的是桥面板仍然是连续的，仅仅是钢梁与桥面板的组合是断续的。
桥面板 轴力分布的比较
组合非组合
刚性组合梁
柔性组合梁
间断组合梁
桥面板轴力
连续梁
(a) 刚性组合梁
(b) 柔性组合梁
(c) 间断组合梁
柔性连接
组合结构桥梁设计新理念
47
组合钢板梁桥 —设计施工实例
Horonai River 桥 总长 107m；跨径
2× 53m；桥宽 10m；平面线型：
R=1000m；桥面板为预应力桥面
板；耐候钢； 施工方法：桥面板
钢筋预绑扎，然后吊装用移动支
架浇筑混凝土。
0
组合钢板梁桥
组合结构桥梁设计新理念
1
组合钢板梁桥 —主要内容
组合梁与非组合梁在力学上的相异点
组合钢板梁的分类及其特点
钢板梁
组合钢板梁桥的现状及其发展
钢板梁与混凝土桥面板的连接
桥面板
连续组合钢板梁桥
组合结构桥梁设计新理念
2
组合钢板梁桥 —组合梁与非组合梁
非组合梁 组合梁
应力
变形
24
3
bh
PL??
(b)组合梁(a) 非组合梁
组合梁与非组合梁的截面应力
连接件
◇ 组合梁与非组合梁 在力学上的相异点
28
3
bh
PL??
3
3
8
1
Ebh
PL??
3
3
32
1
Eb h
PL??
组合结构桥梁设计新理念
3
组合钢板梁桥 —组合梁的分类及其特点
◇ 组合梁的 定义, 当钢梁与混凝土桥面板之间用连接件接
合在一起,两者间不能自由发生相对滑移,共同承担纵桥
向弯矩时，称为组合梁。
◇ 组合钢板梁的定义,是指用 3块钢板焊接成截面为 I形钢
梁的组合梁。
◇ 关于组合梁
的某些名称
◆ 叠合梁 ?
◆ 联合梁
◆ 结合梁
◆ 组合梁 ★
连接件
组合结构桥梁设计新理念
4
组合钢板梁桥 —组合梁的分类及其特点
◇ 组合梁的分类
◆ 按照连接刚度
◆ 按照施工方法
◆ 按照主梁结构体系
◆ 刚性组合梁
◆ 弹性组合梁
◆ 柔性组合梁
◆ 活荷载组合梁
◆ 死活荷载组合梁
◆ 简支组合梁
◆ 连续组合梁
组合结构桥梁设计新理念
5
组合钢板梁桥 —组合梁连接刚度分类
◇ 刚性组合梁,梁板接合面上使用的是刚性连接件，两者间 不发生相
对滑移,截面应变变化连续，平截面假定成立，计算比较简单。
◇ 弹性组合梁,梁板接合面上使用的是弹性连接件，允许两者间 发生
一定程度的相对滑移,截面应变变化不连续，计算比较复杂。
◇ 柔性组合梁,梁板接合面上使用的是柔性连接件，允许两者间 发生
相当程度的相对滑移,截面应变变化不连续，计算比较复杂。
刚度不同时相对滑移量的分布
刚性连接
弹性连接
无连接
P
柔性连接
组合结构桥梁设计新理念
6
组合钢板梁桥 —组合梁的施工方法分类
◇ 活荷载组合梁, 不用脚手架施工、直接在钢梁上拼装模板、浇筑混凝土桥面板时，
钢梁及其桥面板等前期死荷载由钢梁承担，而路面铺装等比较小的后期死荷载由混凝土
桥面板已经硬化的组合梁承担,即承担后期死荷载及其活荷载的组合梁 。
◇ 死活荷载组合梁, 用脚手架施工、在桥面板完全硬化后撤除脚手架时，钢梁、桥面、
路面铺装等死荷载都由组合梁承担,即承担所有死荷载与活荷载的组合梁 。
按照施工方法分类
桥面板
钢 梁
活荷载
桥面板浇灌 桥面板浇灌
撤除支撑
路面铺装 路面铺装
(a) 活荷载组合 (b)死活荷载组合
组合结构桥梁设计新理念
7
组合钢板梁桥 —组合梁的结构体系分类
◇ 简支组合梁,简支组合梁的钢梁下翼缘承受拉应力，
而混凝土桥面板可以设计成仅仅承受压应力，完全没有
拉应力作用。
◇ 连续组合梁,连续组合梁在桥墩上受到很大的负弯矩
作用，其桥面板如何承受拉应力、防止发生有害裂缝是
一个未完全解决的课题。
组合结构桥梁设计新理念
8
组合钢板梁桥 —组合钢板梁桥的现状与发展
◇ 非组合钢板梁桥,横撑、竖撑，加劲肋等辅助构件很多
非组合钢板梁桥的承重体系
(a) 立面图
(b) 平面图
(c) 截面图
翼缘板
加劲肋
支座
加劲肋 加劲肋
翼缘板 横撑
横撑
组合结构桥梁设计新理念
9
组合钢板梁桥 —组合钢板梁桥的现状与发展
◇ 组合钢板梁桥 — 欧洲设计上的变迁
简化加劲肋
简化横撑体系
增大主梁间距
减少主梁根数
组合结构桥梁设计新理念
10
组合钢板梁桥 —组合钢板梁桥的现状与发展
◇ 组合钢板梁桥 — 欧洲设计上的变迁
◇ Hopital桥
（ 法国,4跨连续，最大跨 64m）
连接件
预应力
钢筋
◇ Hopital桥的横截面
组合结构桥梁设计新理念
11
组合钢板梁桥 —组合钢板梁桥的现状与发展
◇ 组合钢板梁桥 — 日本设计上的变迁
◇ 日本 早川桥
相邻 2座桥（ 4根主梁 --2根主梁）
组合结构桥梁设计新理念
12
组合钢板梁桥 —组合钢板梁桥的现状与发展 优点
◆ 采用预应力混凝土桥面板，减少主梁根数；
◆ 不设或少设横撑、腹板加劲肋 ；
◆ 维护容易，造价大幅度降低。
改进前 改进后
组合结构桥梁设计新理念
13
组合钢板梁桥 —组合钢板梁桥的现状与发展 优
点
◇ 组合钢板梁桥 的发展趋势
◆ 采用预应力混凝土桥面板，减少主梁根数；
◆ 对承重体系加以改进，不设或少设横撑、腹板加劲肋；
◆ 采用高强钢材、轻质或钢纤维混凝土等新型建筑材料；
◆ 采用预制预应力混凝土桥面板，实行构件工厂化；
◆ 推广使用 耐候钢,节省防锈等维护费用；
◆ 用等高或连续变截面压延钢板翼缘，代替多层或间断变
截面钢板翼缘；
◆ 实行多跨连续，少设或不设伸缩缝；
◆ 使用橡胶支座，使各桥墩减少水平地震荷载；
◆ 把钢梁与混凝土桥墩刚接，节省支座维护费用。
组合结构桥梁设计新理念
14
组合钢板梁桥 —钢板梁
钢板梁的屈曲形式
(c)压缩翼缘的扭转屈曲 (d)梁整体横向屈曲
(a) 腹板局部屈曲 (b)压缩翼缘的竖向屈曲
◇ 非组合钢板梁的承载性能 --屈曲形式
组合结构桥梁设计新理念
15
组合钢板梁桥 —钢板梁
◇ 非组合钢板梁的承载性能 — 防止屈曲失稳的措施
◆ 腹板的局部屈曲：加大腹板厚度、设横纵向加劲肋
◆ 压缩翼缘的竖向屈曲：限制腹板宽度与厚度比
◆ 压缩翼缘的扭转屈曲：限制翼缘宽度与厚度比
◆ 梁整体横向屈曲：调整翼缘与腹板截面积的比，
设竖向横撑
组合结构桥梁设计新理念
16
组合钢板梁桥 —组合钢板梁
◇ 组合钢板梁的承载性能 — 承载性能方面的特点
◆ 在 弯矩作用区间，中性轴位置向桥面板侧上移，终局时钢梁
截面压缩区范围很小,可以不设纵向加劲肋 。
◆ 在弯矩作用区间，即使把横向加劲肋的间距增大、即纵横比
加大到 a=3，还有 增大腹板高厚比的余地 。
◆ 组合钢板梁试件的最大荷载，与把截面假定完全塑性状态算
出的抗弯承载力较接近,能够发挥密实截面的承载性能 。
◆ 在组合钢板梁的剪力作用较大区间，腹板屈曲后的剪切强度
很难提高，还 不宜加大纵横比或减小腹板厚度的限值 。
◆ 组合钢板梁桥面板的混凝土、钢筋能够承担一部分剪力，其
抗剪承载力比纯钢板梁大约增大 16%。
组合结构桥梁设计新理念
17
组合钢板梁桥 —组合钢板梁设计
◇ 以 2主梁桥为例的钢板梁设计要点
◆ 在组合钢板梁的弯矩作用区间，中性轴位置向桥面板侧上移，终局时钢梁
截面压缩区范围很小，可以不设纵向加劲肋。这种情况下，如果钢板梁
腹板厚度过大，设置一列纵向加劲肋、使腹板厚度统一起来是可行的。
◆ 正弯矩区的钢板梁受到的剪力较小，再加上由于省略纵向加劲肋后钢板变
厚、剪应力相对地减小。为此，横向加劲肋的纵横比可以加大到 a=3，
即横梁之间不设置横向加劲肋是可能的。但是中间桥墩附近等剪力较大
的区间，横向加劲肋的间距还有待进一步研究。
◆ 伴随着钢板翼缘及其混凝土桥面板的厚度都相应增大，翼缘受到桥面板的
约束及其腹板受到翼缘的约束都变大，屈曲强度也增大。在组合钢板梁
的正弯矩作用区间，即使把横向加劲肋的间距增大、即纵横比加大到
a=3，还有增大腹板高厚比的余地，其上限可以设为 h0/tw=180。
组合结构桥梁设计新理念
18
组合钢板梁桥 —组合钢板梁设计
◇ 以 2主梁桥为例的 横梁布置设计要点
◆ 将横梁布置在横断面上部比布置在中部，主梁下翼缘的水平位移与弯曲应力大约高出
5倍,3倍，当布置在下部时进一步减小。考虑到桥面板等的施工，把横梁布置在
横断面中部或稍微偏下的位置比较妥当。
◆ 横梁间距越大，下翼缘的水平位移也越大，但是，即使是间距大到 30m其位移也未达
到 3mm，反而桥墩附近的弯曲应力随之减小。调查已建桥梁可知，横梁间距大致
在 5~10m，而桥墩附近即负弯矩作用区一般都比较小，大致为 5m。
◆ 横梁截面刚度越大其位移也减小。调查已建桥梁可知，横梁一般都使用 I形钢，基本
上依据施工时的荷载及其安定性来决定截面尺寸。但同时为了防止负弯矩区的钢
梁整体横向屈曲，要确保横梁的截面刚度。
◆ 为了防止钢梁整体横向屈曲，要保证横梁与横向加劲肋构成的 U形刚构具有一定的刚
度，特别要验算支座上的 U形刚构的刚度，确保由桥面板传来的横向荷载有效地传
给支座。
◆ 横梁在使用荷载作用下的应力极其小，与主梁接合部的疲劳问题不突出，接合方式等
可以考虑施工性来决定。
◆ 要考虑横梁在施工时的作用进行设计，兼作桥面板施工的支架等等。
组合结构桥梁设计新理念
19
组合钢板梁桥 —桥面板
◇ 桥面板的分类与特点
◆ 混凝土桥面板
◆ 钢桥面板
◆ 钢与混凝土组合结构桥面板
桥面板的分类
(a) 混凝土桥面板 (b) 钢桥面板 (c) 组合结构桥面板
组合结构桥梁设计新理念
20
组合钢板梁桥 —混凝土桥面板
◇ 桥面板的分类与特点
◆ 混凝土桥面板
◆ 现浇
◆ 预制
◆ 预应力
◆ 非预应力
◆ 直线底面型
◆ 曲线底面型
◆ 固定支架施工
◆ 移动支架施工
组合结构桥梁设计新理念
21
组合钢板梁桥 —混凝土桥面板
◇ 现浇桥面板的早期裂缝的特点
◆ 施加预应力之前，后浇混凝土段接缝附近桥面底板产生斜裂缝
后浇混凝土的约束所致
◆ 施加预应力之后，后浇混凝土段的桥面底板产生横向裂缝
预应力、支架移动、钢板梁约束所致
桥面板的早期裂缝的特点(a) 斜裂缝
(b) 横向裂缝
先浇后浇 先浇后浇
组合结构桥梁设计新理念
22
组合钢板梁桥 —混凝土桥面板
◇ 现浇桥面板的早期裂缝的特点
◆ 施加预应力一段时间后，在横梁正上方桥面底板产生横向裂缝
预应力钢筋偏心配置后，桥面板上拱，同时主梁上翼缘受到横梁与横
向加劲肋的约束而不能随桥面板协调变形，使横梁正上方的连接件受拉，
从而在横向预应力作用发生横向裂缝。
横梁正上方的横向裂缝
(a) 裂缝形态 (b) 裂缝产生机理
接缝
焊钉受拉
上拱力
组合结构桥梁设计新理念
23
组合钢板梁桥 —混凝土桥面板
◇ 现浇桥面板的早期裂缝的预防
◆ 抑制混凝土发热量,尽可能减少水泥单位用量，或使用发热小的水泥。要保
持桥面板上面的湿度，加强保温，下面尽可能采用木制模板。
◆ 添加适量膨胀剂,一般伴随着降温，混凝土会发生体积缩小，通过使用膨胀
剂能够某种程度地抑制体积缩小。
◆ 分级施加预应力,可考虑在初期阶段，将预应力仅施加能够保证支架移动的
部分，其余的待混凝土完全硬化后再施加。
◆ 固定支架浇灌,支架移动所引起的应力加剧了早期裂缝的发生，将移动支架
改为固定支架浇灌混凝土也是可以选择的施工方法之一。
◆ 增加钢筋用量,钢筋用量的增加一般不会直接防止裂缝的发生，但是会减小
裂缝宽度及其间距。为此，可以采取在钢板梁上方沿着纵向配置中段钢筋，
在接缝附近增加横向钢筋等措施。
◆ 适当地设置连接件,防止横梁正上方的桥面底板产生横向裂缝的方法之一，
是要在横梁处正上方合理设置连接件。
组合结构桥梁设计新理念
24
组合钢板梁桥 —混凝土桥面板
◇ 现浇桥面板的损坏机理
◆ 桥面板的收缩变形受到钢板梁的约束，在施工阶段就可能产生了沿着纵桥向的附加
拉应力，甚至出现了肉眼观察不到的微细裂缝。
◆ 通行后的车辆荷载引起的拉应力与早期发生的拉应力合成，就会在桥面板底面产生
横向裂缝，如图 (a)所示。
◆ 随着车辆荷载的长期作用，产生纵向裂缝后形成纵横交错的形状，并贯通到桥面板
上表面，如图 (b)所示。
现浇钢筋混凝土桥面板的损坏过程
(a) 早期横向裂缝 (b)纵横交错裂缝
组合结构桥梁设计新理念
25
组合钢板梁桥 —混凝土桥面板
◇ 现浇桥面板的损坏机理
◆ 伴随着裂缝面间骨料咬合力的丧失，桥面板的抗剪性能逐渐降低，产生更多裂缝，
如图 (c)所示。
◆ 当车辆荷载超过其抗剪强度后，混凝土就开始脱落而损坏，如图 (d)所示。一般
认为导致最终的破坏是剪切疲劳。
现浇钢筋混凝土桥面板的损坏过程
(b)骨料咬合力丧失 (c)混凝土脱落
组合结构桥梁设计新理念
26
组合钢板梁桥 —混凝土桥面板
◇ 预制桥面板的技术特点
◆ 从现浇混凝土桥面板的损坏过程可以认识到，损坏一般起因于非荷载作用所引起的裂缝，要
确保其耐久性就必须对早期裂缝的发生加以防止。
◆ 预制桥面板在浇灌后到铺设，都放置一定的期间加以养护，其水合热引起的温度应变及其干
燥收缩变形都未受到外界的约束，产生的应力极小，预制桥面板的推广使用很有必要。
◆ 当预制桥面板单向配筋、既仅在桥梁横向配置预应力钢筋的情况下，即使已出现裂缝其裂缝
面间的磨损速度也大幅下降。
◆ 仅在桥梁横向配置预应力钢筋，预制桥面板不仅可以防止早期裂缝的发生，而且其抗疲劳强
度也大幅度提高，当然采用双向配置预应力钢筋的话其性能将更加被改善。
预制桥面板的布置形式
(a) 多主梁桥时 (b) 2主梁桥时
钢梁
焊钉
预埋孔
接缝 接缝
焊钉
钢梁
接缝
预应力
钢筋
组合结构桥梁设计新理念
27
组合钢板梁桥 —混凝土桥面板
◇ 预制桥面板的接缝形式
◆ 摩擦型
一般在桥梁纵向施加预应力时使用的形式之一，弯矩由预应力钢筋负担，而剪力假设
由两者间的摩擦负担。接缝间涂上胶结剂，达到防水的目的。
◆ 剪力键型
在两块板的接合面上做成槽形，并填充砂浆，使其发挥剪力键的功能。填充的砂浆要
确保不会收缩，有时使用无收缩砂浆或加入若干膨胀剂。与摩擦型类似，无需繁杂的施工
工序，一般在桥梁纵向施加预应力。
(a) 摩擦型
接缝
(b) 剪力键型
填充砂浆
组合结构桥梁设计新理念
28
组合钢板梁桥 —混凝土桥面板
◇ 预制桥面板的接缝形式
(c) 环形钢筋型
钢筋钢筋
预应力钢筋
(d) 钢管键型
填充砂浆钢管
填充树脂
◆ 环形钢筋型
在间距很大的接缝中，把两块板的钢筋各自做成环形并相互交错，然后填充混凝土。桥
梁纵向无需施加预应力，基本上具有与桥面板同等的强度性能。
◆ 钢管键型
把填充砂浆了的方钢管作为剪力键，并在接缝之间灌注能够防水的树脂。用到桥梁纵
向未施加预应力的人行天桥桥面板上后，未发现漏水等事故，非常完好。
组合结构桥梁设计新理念
29
组合钢板梁桥 —组合结构 桥面板
◇ 组合结构桥面板
◆ 用焊钉,弯折钢板、钢管等等都可以作为连接件的连接件型组合。
◆ 格构型组合板是用型钢代替一部分钢筋然后浇灌混凝土，一般用较薄的钢板
作为底模板并构成一体。
连接件型组合板
底钢板
钢管连接
弯折钢板
主梁
底钢板
焊钉
主梁
I型钢
加腋板
上层钢筋
下层钢筋
格构式组合板
组合结构桥梁设计新理念
30
组合钢板梁桥 —组合结构 桥面板
◇ 组合结构桥面板
◆ 用开孔钢板连接件
◆ 夹层式组合
开孔钢板
底钢板
连接孔
钢筋
底层钢板
上层钢板
加劲板
混凝土 焊钉
主梁
(a) 用开孔钢板连接件组合 (b) 夹层式组合
组合结构桥梁设计新理念
31
组合钢板梁桥 —钢板梁与混凝土桥面板的连接
◇ 组合梁截面应力计算 — 桥面板的有效宽度
◆ 主梁 Ga与 Gb之间的桥面板截面内应力 ?(y)
在主梁上成为最大、即达到 ?max，越到
跨中变得越小，通常将这一现象称为 剪
力滞 。精确计算是比较复杂的，一般用
桥面板有效宽度考虑。
◆ 桥面板有效宽度,假设桥面板跨中某宽度
的截面是不发挥作用的，仅某宽度 λ 范
围内的截面承担荷载。即有效宽度依据
应力分布面积相等，用下式计算：
有效宽度计算模式m a x
0
)(
?
?
? ??
b
dyy
组合结构桥梁设计新理念
32
组合钢板梁桥 —钢板梁与混凝土桥面板的连接
◇ 组合梁截面应力计算 — 截面分力法
◆ 将截面上作用的弯矩 M
分解成，分别作用
在钢梁与桥面板截
面上的弯矩 Ms,Mc
及其轴力 Ns,Nc。
即采用截面分力法，
依据梁理论，桥面
板上、下缘及其钢
板梁上、下缘的应
力用下列各式计算。
截面分力法
(a) 组合截面 (b)应变分布
?
?
?
?
?
?
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????
????
,
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t
s
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M
A
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I
M
A
N
??
??
组合结构桥梁设计新理念
33
截面分力法
(a) 组合截面 (b)应变分布
组合结构桥梁设计新理念
34
组合钢板梁桥 —钢板梁与混凝土桥面板的连接
◇ 组合梁截面应力计算 — 荷载引起的截面力
◆ 作用力平衡式、截面转角及其轴向变形条件式为：
?
?
?
?
???
sc
ssc
NN
MdNMM
?
?
?
?
?
?
?
??
?
d
IE
M
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N
AE
N
IE
M
IE
M
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s
ss
s
cc
c
ss
s
cc
c
◆ 依此可以推导出 Ms,Mc,Ns,Nc的计算式为：
MnIIMMIIM
v
c
c
v
s
s ??,
M
nI
dAM
I
dANN
v
cc
v
ss
cs ???
组合结构桥梁设计新理念
35
组合钢板梁桥 —钢板梁与混凝土桥面板的连接
◇ 组合梁截面应力计算 — 徐变引起的截面力
◆ 组合梁在弯矩 M的作用下，混凝土桥面板截面上分担了弯矩 Mc及其轴力 Nc。当桥面板不受到钢
梁约束时，其截面中性轴上会因徐变而自由地产生应变 e1（图 b）；当使桥面板的截面返回
到当初的应变状态时，施加的拉力为 N1（图 c）
◆ 实际上桥面板受到了约束而必须与钢梁的变形保持协调，为此将拉力 N1释放，因徐变其组合截
面上产生轴力 N1及其弯矩 M1，由下式计算。 Φ 1为徐变系数。
徐变的影响
(a) 组合截面 (b)自由状态 (c)结合状态 (d)应变分布
cccc NAEN
1
1
111 2
2
?
?e
???
)( 111 edNM c ??
组合结构桥梁设计新理念
36
组合钢板梁桥 —钢板梁与混凝土桥面板的连接
◇ 组合梁截面应力计算 — 干燥收缩引起的截面力
◆ 收缩变形与徐变一样也是混凝土所特有的性质，伴随着收缩变形徐变也发生，且徐变系数 ?2比
持续荷载作用下的 ?1大许多,?2=2?1。则混凝土的弹性模量为 Ec2=Ec/(1+?2/2),与此相对
应，弹性模量比为 n2=n(1+?2/2)。当桥面板不受到钢梁约束时，其截面中性轴上会因收缩变
形而自由地产生应变 e2；当使桥面板的截面返回到当初的应变状态时，施加的拉力为 N2。
◆ 因收缩变形，组合截面上产生轴力 N2及其弯矩 M2由下式计算。
22 / nAEN csse? 222 c
dNM ?
收缩变形的影响
(a) 组合截面 (b)自由状态 (c)结合状态 (d)应变分布
组合结构桥梁设计新理念
37
组合钢板梁桥 —钢板梁与混凝土桥面板的连接
◇ 组合梁截面应力计算 — 温差引起的截面力
◆ 在钢板梁与桥面板间的连接件时温差的影响也不容忽视。即使对于简支梁体系，钢梁
与混凝土桥面板的温度升降不同（导热率不同），两者间必然产生温差 DT，可以
不考虑徐变的影响，即混凝土的弹性模量不因温差而改变。
◆ 设钢材与混凝土的热膨胀系数都为 a，因温差组合截面上产生轴力 N3及其弯矩 M3为,
TAEN cc D? a3 cdNM 33 ?
温差分布
◆ 当求出由徐变、收缩及其温差引起的组合截面作用力后，计算桥面板上、下缘及
其钢板梁上、下缘的应力,并与荷载作用下的应力相组合加以验算。
组合结构桥梁设计新理念
38
组合钢板梁桥 —钢板梁与混凝土桥面板的连接
◇ 组合梁截面应力计算 — 应力验算
◆ 当求出由徐变、收缩及其温差引起的组合截面作用力后，计算桥面板上、下缘及
其钢板梁上、下缘的应力,并与荷载作用下的应力相组合加以验算。
◆ 设某组合截面梁上作用弯矩 M=1500kNm，收缩应变为 e2=20× 10-5，温差为
DT=10℃,组合截面上由徐变、收缩及其温差引起的应力分布为：
应力分布示意
(a) 组合截面 (b)徐变应力 (c)收缩应力 (d)温差应力
组合结构桥梁设计新理念
39
组合钢板梁桥 —钢板梁与混凝土桥面板的连接
◇ 连接件上剪切作用力的计算 — 荷载作用时
◆ 在剪力 S作用下，钢板梁与桥面板间单位长度上作用的纵向剪力的计算：
SnI dAdxdMnI dAdxdNq
v
cc
v
ccc ???
组合结构桥梁设计新理念
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组合钢板梁桥 —钢板梁与混凝土桥面板的连接
◇ 连接件上剪切作用力的计算 — 徐变、收缩、温差的影响
◆ 由徐变、收缩、温差产生的钢梁与桥面板间剪力一般在梁端部最大，离梁端越远即
达到某个长度 lh时几乎为零，假设剪力分布为三角形,a为主梁间距,L为跨度。
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◆ 由徐变、收缩及其温差引起的桥面板上作用的轴力求出之后，钢板梁与桥面板间单
位长度上的纵向水平剪力用下式计算：
◆ 当求出由徐变、收缩及其温差引起的，钢板梁与桥面板间单位长度上的纵向水平剪
力后,并与荷载作用下的剪力相组合，加以验算连接件的数量 。
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组合钢板梁桥 —连续组合钢板梁
◇ 连续组合梁的分类 --按照负弯矩区组合梁设计方法分类
◆ 连续组合梁在跨中附近即正弯矩作用下,截面拉伸区是抗拉强度高的钢材板、
压缩区是抗压强度高的混凝土桥面板,组合后性能进一步得到了提高。
◆ 在桥墩附近受到很大的负弯矩作用,截面拉伸区是桥面板、压缩区是钢板,不
仅两种材料的性能未能有效地发挥，而且桥面板处于最不利受力位置。
◆ 根据对负弯矩区桥面板的性能要求，可以分成 不允许拉应力发生, 不允许裂缝
产生, 限制裂缝宽度 的 3种设计方法。
◆ 如果继续细分的话，又可以分成在 包括活荷载、及其不包括活荷载 的荷载组合
下，不允许拉应力或裂缝发生。
◆ 在不采取任何措施的情况下，负弯矩区桥面板发生裂缝是不可避免的,问题是
要确保裂缝宽度不要发展到有害的程度是设计原则。
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组合钢板梁桥 —连续组合钢板梁
◇ 连续组合梁的分类 --按照负弯矩区是否沿着纵向施加预应力分类
◆ 配置预应力钢筋法
依据 PC钢材直接给桥面板施加预应力，可以在桥面板
与钢梁已组合后，也可以在组合前进行施加预应力的施工。
要注意的是在组合后施加的预应力一部分将被钢梁分担，施
加的压力比较大。采用该法能够有效地施加预应力，减小钢
梁截面，但是，在现场施加预应力并不容易、施工周期也长，
今后对桥面板的局部翻新也比较困难。
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组合钢板梁桥 —连续组合钢板梁
◇ 连续组合梁的分类 --按照负弯矩区是否沿着纵向施加预应力分类
◆ 支座顶升法,将中间支座
上的钢梁预先抬升某个高度，
然后浇筑混凝土桥面板，待
硬化后使钢梁返回到设计位
置。这是使支座上的钢梁预
先作用正弯矩，间接地给桥
面板施加预压应力。当对多
跨桥梁的所有中间支座上的
钢梁同时顶升时，顶升高度
较大，安全性难以保证，施
工成本也上升。这种情况下，
可以采取逐个支座顶升及其
浇筑混凝土桥面板的施工法，
其顶升高度将大幅度下降。
支座顶推法
(a) 架设钢梁及打设混凝土
(b) 桥墩上的千斤顶卸载
(c) 千斤顶卸载引起的弯矩
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组合钢板梁桥 —连续组合钢板梁
◇ 连续组合梁的分类 --按照负弯矩区是否沿着纵向施加预应力分类
◆ 加载配重法
利用钢梁的弯曲变形恢复性能，首先浇筑正弯矩区的混凝土桥面板，待硬
化后加载配重；然后浇筑负弯矩区的混凝土桥面板，待硬化后撤去配重。
加载配重法
配重
钢梁
桥面板
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组合钢板梁桥 —连续组合钢板梁
◇ 连续组合梁的分类 --按照负弯矩区是否沿着纵向施加预应力分类
物部川铁路桥
各跨跨径：
46.9m+2*47.5m+46.9m
桥面板：轻质混凝土桥面板
钢材：耐候钢
连接件：负弯矩区用 开孔钢板
连接件
◆ 负弯矩区使用钢纤维混凝土
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组合钢板梁桥 —连续组合钢板梁
◇ 连续组合梁的分类 --按照组合是否沿着桥梁全长连续分类
◆ 沿着桥梁全长用刚性连接件连接、即组合连续，桥墩上桥面板就发生很大的拉应力。
◆ 要减少这个拉应力，将负弯矩区设计为非组合或柔性组合、即组合断续。
◆ 采取组合断续的连续梁，在均匀分布荷载作用下，支座上桥面板拉应力能够降低。
◆ 在这里值得要说明的是桥面板仍然是连续的，仅仅是钢梁与桥面板的组合是断续的。
桥面板 轴力分布的比较
组合非组合
刚性组合梁
柔性组合梁
间断组合梁
桥面板轴力
连续梁
(a) 刚性组合梁
(b) 柔性组合梁
(c) 间断组合梁
柔性连接
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组合钢板梁桥 —设计施工实例
Horonai River 桥 总长 107m；跨径
2× 53m；桥宽 10m；平面线型：
R=1000m；桥面板为预应力桥面
板；耐候钢； 施工方法：桥面板
钢筋预绑扎，然后吊装用移动支
架浇筑混凝土。
