混合结构
吴冲
同济大学桥梁工程系
cwu@tongji.edu.cn
适用范围
钢-混凝土混合梁斜拉索塔端钢-混凝土锚固钢-混凝土混合塔柱
钢横梁（钢斜撑）与混凝土塔柱结合钢塔柱与混凝土承台结合钢-混凝土混合拱肋
钢拱肋与混凝土基座结合桁架钢-混凝土混合杆件钢-混凝土混合桥面板
及其它混合结构结合部的设计
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1
8.2 结合部连接形式
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2
8.2 结合部连接形式
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3
8.2 结合部连接形式
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4
8.2 结合部连接形式
受弯为主的混合梁钢-混凝土连接构造
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5
8.2 结合部连接形式
部分截面连接承压传剪式前后面承压板式
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斜拉索塔端钢-混凝土锚固结构形式内置式钢锚箱公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015
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斜拉索塔端钢-混凝土锚固结构形式外露式钢锚箱公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015
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斜拉索塔端钢-混凝土锚固结构形式钢锚梁公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015
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混合塔柱（拱肋）钢-混凝土结合部连接形式完全承压式公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015
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混合塔柱（拱肋）钢-混凝土结合部连接形式承压传剪式公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015
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钢横梁（钢斜撑）与混凝土塔柱结合部连接形式
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钢塔柱与混凝土承台（钢拱肋与混凝土基座）结合部连接台完全承压式公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015
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钢塔柱与混凝土承台（钢拱肋与混凝土基座）结合部连接基座承压传剪式公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015
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钢桁架混合杆件结合部连接形式完全承压式承压传剪式
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混合桥面板连接构造形式
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钢主梁与混凝土塔柱连接
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钢-混凝土抗剪连接件
宜采用焊钉和开孔板连接件➢开孔板连接件
孔内不设钢筋的开孔板连接件（图8.3.1a）
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钢-混凝土抗剪连接件
采用焊钉和开孔板连接件➢开孔板连接件
孔内设置钢筋的开孔板连接件（图8.3.1b）
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混合结构设计原则
1 应根据桥位环境、结构受力、工程造价、施工、耐久性、景观等因素，综合确定钢-混凝土结合部位置及结构形式。
2 钢-混凝土结合部应连接可靠，结合区域的截面刚度过渡应均匀、平顺，以保证能较顺畅地传递截面内力及变形。3 承压连接的结合面混凝土与承压钢板应紧密结合。
4 对同一受力构件，结合面两侧的钢、混凝土截面的重心位置宜设置一致；在此基础上，截面相对应的顶板、底板、腹板的重心位置宜设置一致。
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混合结构设计原则
5 对处于全截面受压状态的以承受轴向力为主的结合部➢应采取合理、有效的构造将轴向力由截面面积较小的钢截面平顺、流畅地传递到面积较大的混凝土截面中去。6 对承受弯矩较大的结合部
➢应采用施加预应力措施来平衡截面弯矩，使结合部处于全截面受压状态。
7 斜拉索塔端锚固区钢-混凝土结合部
➢应采取合理、有效的构造将斜拉索的竖向分力和水平分力（或部分水平分力）有效地由钢结构传递到混凝土塔柱中去。8 混合梁、混合塔柱及混合拱肋的结合连接处宜设置横隔板。9 开孔板连接件
➢构造宜通过理论分析与试验研究综合确定
➢且开孔板厚度、孔径、孔中心距、钢筋直径、混凝土强度应相匹配。
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混合结构设计原则
10 结合部连接构造➢应确保具有良好的抗开裂性、抗疲劳性和耐久性。11 结合部钢结构设计
➢应符合现行《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64）的规定➢应避免应力集中和局部失稳。
12 结合部构造设计应充分考虑方便施工与养护。
13 必要时宜开展钢-混凝土结合部整体比例缩尺模型和（或）局部足尺模型试验研究。
14 对需要保证钢板与混凝土间接触率的部位或构造
➢宜开展混凝土浇筑或压浆工艺试验研究。
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钢-混凝土混合梁结合部构造要求
1 焊钉➢设置于箱梁顶板、底板，传递轴向力及拉拔力➢设置于箱梁腹板，传递轴向力和竖向剪力➢设置于承压板，传递竖向剪力
➢焊钉面内纵、横向间距宜为其直径的10～15 倍➢距侧面钢板的净距宜为其直径的5～10 倍
➢焊钉高度应满足抗剪和抗拉拔的要求，宜为其直径的5～7 倍。2 开孔板
➢连接件沿板件纵向承受剪力，应根据传力需要设置其位置斜拉桥主梁应在顶板、底板和腹板上沿纵桥向布置梁桥主梁
►应在顶板、底板处沿纵桥向布置►在腹板处宜沿竖向布置。
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钢-混凝土混合梁结合部构造要求
3 开孔板➢厚度应以抗剪连接件破坏时，孔中混凝土不发生割裂破坏为基准，可取16～50mm。
开孔板可以是沿其高度方向连续的整块板
也可是焊于顶、底板上的板条，板条的高度应不小于开孔中心距。
➢孔中心距以抗剪连接件破坏时，两孔之间钢板不发生破坏为基准，可取220～250mm。
孔径应确保混凝土骨料能够进入孔洞。
孔距钢板边缘的净距宜不小于孔中心距的一半。开孔板中钢筋直径可采用Φ12～25mm。
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钢-混凝土混合梁结合部构造要求
4 承压钢板➢厚度应根据受力计算确定
完全承压式连接的承压钢板可采用60～80mm承压传剪式连接的承压钢板可采用22～36mm。5 全截面连接完全承压式承压板
➢加劲构造应布置成格构式➢并在板的端部切削成弧形。
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钢-混凝土混合梁结合部构造要求
6 钢梁顶板、底板、腹板可采用T 型肋（图8.3.2-1）或π 型肋（图8.3.2-2）进行截面加强和刚度过渡
➢T 型或π 型加劲肋根部截面面积与被加强范围的U肋及钢板面积之和的比值宜为80%，高度变化坡度角θ 宜小于15°➢T 型肋板
宜伸入U 肋内部，厚可采用16～25mm➢π 型肋
宜焊接在U 肋面板上，厚可采用8～12mm。
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钢-混凝土混合梁结合部构造要求
7 填充混凝土式连接的钢箱梁顶板、底板、腹板可采用钢格室构造（图8.3.2-3）➢钢格室高度宜为600～1000mm，且不宜超过梁高的1/3➢每个格室宽度宜为800～1200mm
➢长度根据受力计算确定，可取高度的2～3 倍
➢钢格室设计应考虑其内部混凝土浇筑要求。应结合施工工艺，在格室的顶板、腹板设置混凝土布料、振捣的连通孔，宜在封闭死角处设置一定数量的排气孔，宜预留一定数量的后期压浆孔。
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钢-混凝土混合梁结合部构造要求
8 结合部宜设置平衡截面外力弯矩的预应力钢束。9 结合部应设置必要的加强钢筋。
10 结合部钢梁各板件的厚度及加厚范围应满足受力及刚度过渡需要。
11 钢梁承压板与其两侧的顶板、底板、加劲板、格室腹板应采用坡口熔透焊缝，其余各板件之间的连接可采用坡口角焊缝，并应确保焊接质量。
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8.3.3 混合塔柱（拱肋）结合部➢焊钉设置于截面的顶板、底板、腹板及其加劲板上
➢开孔板连接件沿塔柱（拱肋）轴向承受剪力，应根据传力需要设置其位置，应在截面的顶板、底板、腹板及其加劲板上沿塔柱（拱肋）轴向布置
➢焊钉和开孔板构造可参考混合梁结合部构造要求。8.3.4 钢塔柱（拱肋）与混凝土承台（基座）结合部
➢完全承压式连接构造的承压钢板应保证不发生局部翘曲，厚度可采用35～150mm。
8.3.5 其他混合结构结合部构造可参考混合梁和混合塔（拱）构造要求，并宜通过理论分析与试验研究综合确定。
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简化计算方法
承压板与混凝土梁接触面位置的钢与混凝土荷载分配结合部荷载分配计算图示公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015
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简化计算方法
式中，M，N ——钢混结合部承压板钢梁侧截面承担的弯矩及轴力，M 以上缘受压为正，N 以受压为正。
ya——所取单位宽度计算区域形心距截面形心间距。I，Acb——混凝土梁截面抗弯惯矩及截面积。tc——混凝土梁顶(底)板厚度。
Neff——结合部截面钢梁顶、底板区域的单位宽度等效轴力。对顶板区域，式（8-3）取正；对底板区域，式（8-3）取负。Fc——承压板与混凝土接触面位置混凝土结构所承担荷载。
Fs——承压板与混凝土接触面位置钢结构所承担荷载，对有钢格室的构造，Fs= Fs0+ Fs1。
φ ——荷载分配系数，开孔板连接件φ=1.0；焊钉连接件φ=1.05；焊钉与开孔板混合连接件φ=0.95。
Fs0、Fs1——承压板与混凝土接触面位置钢格室顶、底板所承担荷载。
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简化计算方法
抗剪连接件最大剪力按下式计算公路钢结构桥梁设计规范JTGD64-2015
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简化计算方法
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简化计算方法
ks——抗剪连接件抗剪刚度，当采用式（8-6）所述混合连接件布置时，可换算为焊钉连接件计算，此时
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➢kss——焊钉连接件抗剪刚度；➢kps——开孔板连接件抗剪刚度；➢nss——焊钉连接件总数量；➢nps——开孔板连接件总数量；➢ls——抗剪连接件纵向间距；
➢n ——钢梁顶(底)板抗剪连接件纵向数量；➢L ——剪力传递长度，L=ls×n；➢Ec——混凝土弹性模量；➢E——钢材弹性模量；
➢Ase——单位宽度钢梁顶(底)板截面面积，取为顶(底)板厚度；
➢Ace——单位宽度混凝土梁截面面积，取为钢补强加劲肋根部或钢格室高度。Tongji University, Wu Chong 同济大学吴冲
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8.4.2 在进行简化计算的基础上，应建立空间模型，进行结合部节段和局部受力计算分析，各项计算应力值应满足相关规范要求。➢由于结合部构造和受力的复杂性，应建立空间模型，进行结合部节段和局部受力计算分析
➢空间模型节段计算用以分析结合部总体在各种荷载组合作用下的传力机理、应力分布及大小，为局部计算提取荷载及边界条件
➢空间模型局部计算用以分析结合部各部构件的承载分担比例、应力分布及大小，以合理设计承压板和连接件。
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8.4.3 作用（或荷载）➢按现行《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60）规定取值
➢应通过全桥总体计算得出最不利作用组合下轴力最大、弯矩最大、剪力最大对应的内力组合，分别进行结合部的节段模型和局部模型的受力计算分析。
8.4.4 进行钢-混凝土结合部节段模型的应力及变形计算时，节段模型在构件长度方向的范围应合理取值，以消除模拟节段边界条件对计算结果的影响。
➢混合梁、混合塔柱、混合拱肋的计算节段模型在钢构件侧和混凝土构件侧的长度范围分别不宜小于截面高度的4 倍或结合部长度的8 倍
➢斜拉索塔端锚固区节段模型在竖向高度范围不宜小于本计算节段上下共5 个斜拉索锚固范围。
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8.4.5 应选择代表部位的钢格室或抗剪单元进行局部模型的应力及变形计算
➢局部模型应包括钢格室、承压板、抗剪连接件等所有构造➢可采用接触单元模拟钢与混凝土间的连接
➢采用弹簧支承模拟连接件时，宜通过连接件抗剪试验或其他可靠方法取用连接件的刚度值。
8.4.6 应在局部模型计算的基础上，进行抗剪连接件的承载力验算。应保证连接件在使用状态下钢与混凝土间不发生过大的相对滑移。
8.4.7 结合部钢构件的疲劳验算根据需要按现行《公路钢结构桥梁设计规范》（JTGD64）的方法进行。
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敬请专家领导给予指导
谢谢！
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