组合结构桥梁第1～3章ppt课件

西南交通大学研究生课程组合结构桥梁主讲：赵灿晖教授联系电话：13881914364 西南交通大学研究生课程主讲：赵灿晖 教授一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门作者：聂建国出版社：人民交通出版社教材参考资料一、组合结构入门作者：聂建国教材参考资料一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门1.1组合结构的分类组合结构狭义：叠合梁（或组合梁）受压区以混凝土作为主要 受力材料，受拉区以钢作 为主要受力材料广义：叠合梁，混合结构，钢管 混凝土结构，波形钢腹板 结构，混合-组合结构组合结构：由钢结构和混凝土结构两种结构组合而成的新型结构一、组合结构入门1.1组合结构的分类组合结构狭义：叠合梁（或一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门1.2组合结构的特点1.叠合结构（梁）混凝土板受拉受压叠合梁在受压区使用混凝土结构，受拉区使用钢叠合梁在受压区使用混凝土结构，受拉区使用钢结构，充分发挥了混凝土抗压强度高的优点，避结构，充分发挥了混凝土抗压强度高的优点，避免了在受拉区使用混凝土，充分发挥了钢、混凝免了在受拉区使用混凝土，充分发挥了钢、混凝土两种材料的优点。土两种材料的优点。一、组合结构入门1.2组合结构的特点1.叠合结构（梁）混凝土一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门1.叠合梁用途：简支梁、连续梁、斜拉桥，中承式拱桥桥道梁用途：简支梁、连续梁、斜拉桥，中承式拱桥桥道梁重庆观音岩长江大桥叠合梁一、组合结构入门1.叠合梁用途：简支梁、连续梁、斜拉桥，中承一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门就截面形式而言可分为：板梁、箱梁、桁架梁就截面形式而言可分为：板梁、箱梁、桁架梁 由至少由至少2 2片钢主梁和混凝土板构成，横梁一般采用钢结构，片钢主梁和混凝土板构成，横梁一般采用钢结构，主要有梁式和桁架式两种，需注意的是混凝土顶板既是主要有梁式和桁架式两种，需注意的是混凝土顶板既是主梁的一部分，也是桥面板主梁的一部分，也是桥面板组合板梁1.叠合梁一、组合结构入门就截面形式而言可分为：板梁、箱梁、桁架梁由至一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门多箱截面单箱双室单箱双室带挑臂 由至少由至少1 1片钢主梁和混凝土板构成，钢主梁可为开口箱也片钢主梁和混凝土板构成，钢主梁可为开口箱也可为闭口箱，可根据需要设置成多种截面形式，十分灵可为闭口箱，可根据需要设置成多种截面形式，十分灵活，同样地混凝土顶板既是主梁的一部分，也是桥面板活，同样地混凝土顶板既是主梁的一部分，也是桥面板闭口钢箱开口钢箱双箱截面互通匝道桥采用的斜置双向截面组合箱梁混凝土1.叠合梁一、组合结构入门多箱截面单箱双室单箱双室带挑臂由至少1片钢主一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门 与组合箱梁相比，只是将钢箱换为了桁架，由于桁架的与组合箱梁相比，只是将钢箱换为了桁架，由于桁架的用钢梁较大，目前一般在公、铁两用桥中使用，但桁架用钢梁较大，目前一般在公、铁两用桥中使用，但桁架可以散件拼装，适应山区不便于大件运输的特点，在山可以散件拼装，适应山区不便于大件运输的特点，在山区大跨度桥梁中有发展潜力。区大跨度桥梁中有发展潜力。组合桁架梁钢桁架混凝土板1.叠合梁一、组合结构入门与组合箱梁相比，只是将钢箱换为了桁架，由于桁一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门混合结构是指在结构的不同部分分别使用钢结构和混凝土结构，并通过钢-混结合部将两种结构连接为整体的结构。与叠合梁的区别：整个结构钢、混凝土两种结构构成，但在同一截面内仍为同一种材料。2.混合结构钢梁混凝土混凝土湖北鄂东长江大桥边跨混凝土梁截面中跨钢箱梁截面钢混结合段一、组合结构入门混合结构是指在结构的不同部分分别使用钢结构和一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门重庆观音岩长江大桥2.混合结构钢梁混凝土板钢梁横隔板叠合梁截面一、组合结构入门重庆观音岩长江大桥2.混合结构钢梁混凝土板钢一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门2.混合结构 混合结构用途十分广泛，除用于斜拉桥主梁外，还可用混合结构用途十分广泛，除用于斜拉桥主梁外，还可用于连续刚构桥（主梁）、拱桥（主拱）、斜拉桥、悬索于连续刚构桥（主梁）、拱桥（主拱）、斜拉桥、悬索桥桥塔等桥桥塔等南京长江三桥 钢-混凝土混合索塔一、组合结构入门2.混合结构混合结构用途十分广泛，除用于斜拉一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门2.混合结构重庆石板坡大桥混合梁连续刚构重庆菜园坝大桥混合结构拱桥 特点：在跨度大的中跨（或一部分）采用钢梁，减轻自特点：在跨度大的中跨（或一部分）采用钢梁，减轻自重，增大跨越能力，边跨采用混凝土结构保证边中跨平重，增大跨越能力，边跨采用混凝土结构保证边中跨平衡，也充分发挥了钢、混凝土两种材料的优点。衡，也充分发挥了钢、混凝土两种材料的优点。一、组合结构入门2.混合结构重庆石板坡大桥混合梁连续刚构一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门3.钢管混凝土结构 钢管混凝土结构由外包的钢管和管内混凝土构成，主要钢管混凝土结构由外包的钢管和管内混凝土构成，主要用于以受压为主的结构中，如拱桥、桥墩用于以受压为主的结构中，如拱桥、桥墩一、组合结构入门3.钢管混凝土结构钢管混凝土结构由外包的钢管一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门3.钢管混凝土结构 特点：以钢管包裹混凝土大幅改善了混凝土的性能；钢特点：以钢管包裹混凝土大幅改善了混凝土的性能；钢管既作为结构的一部分也是混凝土施工的模板，在施工管既作为结构的一部分也是混凝土施工的模板，在施工时只需安装重量较轻的钢管结构，解决了大跨拱桥，高时只需安装重量较轻的钢管结构，解决了大跨拱桥，高墩的吊装问题，大大简化了施工。墩的吊装问题，大大简化了施工。钢管混凝土结构发展迅猛，钢管混凝土结构发展迅猛，目前在主梁中也开始应用目前在主梁中也开始应用钢管混凝土结构，并形成钢管混凝土结构，并形成了钢管混凝土叠合结构了钢管混凝土叠合结构一、组合结构入门3.钢管混凝土结构特点：以钢管包裹混凝土大幅一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门4.波形钢腹板结构 波形钢腹板结构以波折形钢腹板取代混凝土箱梁中的混波形钢腹板结构以波折形钢腹板取代混凝土箱梁中的混凝土腹板形成的组合结构，通过波折钢腹板接头与混凝凝土腹板形成的组合结构，通过波折钢腹板接头与混凝土顶、底板连接，在大跨和中等跨度主梁中均有中应用土顶、底板连接，在大跨和中等跨度主梁中均有中应用波形钢腹板一、组合结构入门4.波形钢腹板结构波形钢腹板结构以波折形钢腹一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门4.波形钢腹板结构一、组合结构入门4.波形钢腹板结构一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门4.波形钢腹板结构 波形钢腹板梁从根本上解决了大跨混凝土箱梁的腹板开裂波形钢腹板梁从根本上解决了大跨混凝土箱梁的腹板开裂问题，减轻了结构自重，由于波折钢腹板轴向刚度小，提问题，减轻了结构自重，由于波折钢腹板轴向刚度小，提高了作用于顶底板的预应力效率。高了作用于顶底板的预应力效率。波形钢腹板梁发源于平腹板梁，波形钢腹板梁发源于平腹板梁，但平腹板梁易在主压应力的作用但平腹板梁易在主压应力的作用下屈曲，若设置加劲又将使结构下屈曲，若设置加劲又将使结构复杂化，采用波折钢增大了面外复杂化，采用波折钢增大了面外刚度，解决了稳定问题刚度，解决了稳定问题一、组合结构入门4.波形钢腹板结构波形钢腹板梁从根本上解决了一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门4.波形钢腹板结构 波形钢腹板梁的发展正方兴未艾，在日本、韩国得到了较波形钢腹板梁的发展正方兴未艾，在日本、韩国得到了较为广泛的应用，在我国正处于快速发展之中，先后修建了为广泛的应用，在我国正处于快速发展之中，先后修建了南京滁河大桥等桥梁中得到应用，在正在设计的汶九高速、南京滁河大桥等桥梁中得到应用，在正在设计的汶九高速、雅康高速中也拟大规模使用雅康高速中也拟大规模使用一、组合结构入门4.波形钢腹板结构波形钢腹板梁的发展正方兴未一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门5.组合混合结构 在结构的一部分使用叠合梁，在其余部分使用混凝土梁，在结构的一部分使用叠合梁，在其余部分使用混凝土梁，或钢梁，形成组合混合结构。或钢梁，形成组合混合结构。目前主要用于斜拉桥中目前主要用于斜拉桥中叠合梁混凝土梁一、组合结构入门5.组合混合结构在结构的一部分使用叠合梁，在一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门5.组合混合结构 根据工程需要在结构的不同部分灵活使用钢结构或混凝土根据工程需要在结构的不同部分灵活使用钢结构或混凝土结构已成为桥梁设计的一种基本思想，也给工程师提供了结构已成为桥梁设计的一种基本思想，也给工程师提供了充分发挥其构思的空间，组合结构是目前桥梁工程中发展充分发挥其构思的空间，组合结构是目前桥梁工程中发展最为活跃的领域之一。最为活跃的领域之一。叠合梁钢梁一、组合结构入门5.组合混合结构根据工程需要在结构的不同部分一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门一、组合结构入门6.组合结构桥梁的研究内容组合结构整体结构行为：如研究叠合简支梁的刚度、剪力滞，混合梁斜拉桥的稳定，钢管混凝土拱桥地震响应剪力键（抗剪连接件）：如剪力栓钉的力学性能（承载能力，刚度），PBL连接件的力学性能，新型连接件的研发钢-混接头：如混合结构的钢-混结合部构造、力学行为、设计方法，叠合梁混凝土板与钢梁的连接一、组合结构入门6.组合结构桥梁的研究内容组合结构整体结构行二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则组合结构的设计方法主要有容许应力法和极限状态法两类，目前以极限状态法为主，无论哪一种设计方法，其原则都已为大家所熟知组合结构桥梁所采用材料主要是钢和混凝土两类，混凝土和普通钢材（含钢筋）的力学性能也是大家所熟知的内容，这里我们只对高性能钢材做一介绍至于组合结构桥梁所需考虑的荷载及其组合，所采用的支座与钢结构桥梁、混凝土结构桥梁并无差异，这里也不做介绍二、组合结构桥梁设计原则组合结构的设计方法主要有容许应力法和二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则高性能钢材高屈服点钢材（屈服强度大于685MPa）屈服点与厚度无关钢材抗层状撕裂钢低预热厚钢板高强超厚钢板耐候钢不锈钢2.1.高性能钢材二、组合结构桥梁设计原则高性能钢材高屈服点钢材（屈服强度大于二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则耐候钢：是具有良好耐腐蚀性的钢材耐腐蚀机理：在钢材表面生成致密的氧化层，从而阻碍了腐蚀介质的渗入，除耐大气腐蚀的耐候钢外，还有耐海水腐蚀、耐盐蚀耐候钢我国耐候钢种：Q235GNH、Q345GNH、Q390GNH，GNH为高耐候，GNHL为含Cr、Ni元素，塑性性能更好一些注意：耐候钢在焊接时，焊缝也必须是耐候的，否则焊缝会成为薄弱环节二、组合结构桥梁设计原则耐候钢：是具有良好耐腐蚀性的钢材二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则不锈钢：是具有良好耐腐蚀性的钢材耐腐蚀机理：在钢材表面生成稳定、透明的氧化铬钝化层优点：免维护缺点：价格高昂，焊接不便，没有屈服台阶目前在桥梁工程中应用较少铝合金：具有重量轻、韧性好、疲劳强度高、耐腐蚀的优点，但弹性模量小，焊接不便，且价格相对较高二、组合结构桥梁设计原则不锈钢：是具有良好耐腐蚀性的钢材二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则2.2.桥面板有效宽度 就本质而言叠合梁是一个内部无限次超静定结构，靠近就本质而言叠合梁是一个内部无限次超静定结构，靠近钢梁位置刚度大，分担荷载多，从而形成靠近钢梁腹板钢梁位置刚度大，分担荷载多，从而形成靠近钢梁腹板处混凝土板应力大，向两侧应力逐渐减小的应力分布形处混凝土板应力大，向两侧应力逐渐减小的应力分布形态，即存在剪力滞后态，即存在剪力滞后1.问题的提出二、组合结构桥梁设计原则2.2.桥面板有效宽度就本质而言叠合二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则2.2.桥面板有效宽度 计算时若按曲线分布的应力进行将是十分复杂的，因此计算时若按曲线分布的应力进行将是十分复杂的，因此期望用一个矩形分布的应力去代替，这个矩形应力图的期望用一个矩形分布的应力去代替，这个矩形应力图的宽度即为有效宽度宽度即为有效宽度二、组合结构桥梁设计原则2.2.桥面板有效宽度计算时若按曲线二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则2.2.桥面板有效宽度 等效原则等效原则：（1 1）等效后的最大应力与原最大应力相等）等效后的最大应力与原最大应力相等（2 2）等效后的力相等（）等效后的力相等（HIJKHIJK的面积与的面积与ABCDEABCDE面积相等）面积相等）二、组合结构桥梁设计原则2.2.桥面板有效宽度等效原则：二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则 有效宽度的影响因素：有效宽度的影响因素：（1 1）钢梁间距与跨度之比）钢梁间距与跨度之比（2 2）荷载形式）荷载形式 ；（；（3 3）受力阶段（弹性、塑性）受力阶段（弹性、塑性）（4 4）约束条件（简支、连续、悬臂、边支座、中支座）约束条件（简支、连续、悬臂、边支座、中支座）（5 5）截面特征（是否有承托，板厚）截面特征（是否有承托，板厚）2.有效宽度计算方法 目前各国规范有效宽度的计算方法目前各国规范有效宽度的计算方法均按弹性阶段为依据，当组合梁截均按弹性阶段为依据，当组合梁截面达到极限状态时，大部分已进入面达到极限状态时，大部分已进入塑性，截面应力的分布更均匀，因塑性，截面应力的分布更均匀，因此按弹性阶段得到的有效分布宽度此按弹性阶段得到的有效分布宽度计算极限承载力是偏于安全。计算极限承载力是偏于安全。二、组合结构桥梁设计原则有效宽度的影响因素：2.有效宽度计算二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则（1 1）公路规范的计算方法）公路规范的计算方法 公路规范的计算方法引自公路规范的计算方法引自EuroCode 4EuroCode 4，适用范围：仅适用于适用范围：仅适用于受弯为主的主梁受弯为主的主梁（简支梁、连续梁、连（简支梁、连续梁、连续刚构），对于主梁以受压为主的斜拉桥需进行专门研究续刚构），对于主梁以受压为主的斜拉桥需进行专门研究跨中及中间支座处 b bei ei=L Le e/8/8b bi i，b bi i为最外连接件至相邻钢梁中线的距离，或为最为最外连接件至相邻钢梁中线的距离，或为最外连接件至自由边的距离。外连接件至自由边的距离。二、组合结构桥梁设计原则（1）公路规范的计算方法跨中及中间支二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则 b bei ei=L Le e/8/8b bi i，L Le e等效跨度，简支梁为支座中心线间的距离，连等效跨度，简支梁为支座中心线间的距离，连续梁中跨为续梁中跨为0.70.7跨度，连续梁边跨为跨度，连续梁边跨为0.850.85倍跨度，负弯矩段为倍跨度，负弯矩段为相邻两跨跨度之和的相邻两跨跨度之和的0.250.25倍，悬臂梁为跨度的两倍。倍，悬臂梁为跨度的两倍。边支座处：L Le e边跨等效跨度，其余符号意义同前边跨等效跨度，其余符号意义同前二、组合结构桥梁设计原则bei=Le/8bi，Le等效跨度二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则 可以看出，由于约束条件的不同，跨中、边支点、中支点处可以看出，由于约束条件的不同，跨中、边支点、中支点处有效宽度是不同的。有效宽度是不同的。当用于结构的内力计算时，有效宽度均当用于结构的内力计算时，有效宽度均按跨中有效跨度取值（简支、连续），悬臂梁按支座处取值按跨中有效跨度取值（简支、连续），悬臂梁按支座处取值，但进行截面验算时则应考虑不同截面取用不同有效宽度但进行截面验算时则应考虑不同截面取用不同有效宽度二、组合结构桥梁设计原则可以看出，由于约束条件的不同，跨中、二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则（2 2）建筑结构规范的计算方法）建筑结构规范的计算方法 建筑规范考虑了承托的影响和板厚的影响，建筑规范考虑了承托的影响和板厚的影响，跨中及中间支座处 b b00板托顶部宽度（板托顶部宽度（书上图有误书上图有误），当板托倾角），当板托倾角 小于小于4545OO时按时按4545OO计，无板托计，无板托时取钢梁上翼缘宽度。时取钢梁上翼缘宽度。b b11梁外侧的计算宽度，取主梁跨度的梁外侧的计算宽度，取主梁跨度的1/61/6和翼板厚度和翼板厚度6 6倍中的小值，且倍中的小值，且b b11 s s11 b b22梁内侧的计算宽度，取主梁跨度的梁内侧的计算宽度，取主梁跨度的1/61/6和翼板厚度和翼板厚度6 6倍中的小值，且倍中的小值，且b b22 s s00/2/2有板托无板托二、组合结构桥梁设计原则（2）建筑结构规范的计算方法跨中及中二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则（3 3）英国）英国BS5400BS5400规范的计算方法规范的计算方法 BS5400BS5400按表格的形式给出有效宽度按表格的形式给出有效宽度 考虑的因素包括荷载形式，宽跨比。表中考虑的因素包括荷载形式，宽跨比。表中b b为钢梁腹板间距，为钢梁腹板间距，基本上采用在腹板间距基本上采用在腹板间距 b b 的基础上乘以一个小于的基础上乘以一个小于1 1的系数的的系数的形式。形式。二、组合结构桥梁设计原则（3）英国BS5400规范的计算方法二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则二、组合结构桥梁设计原则（3 3）英国）英国BS5400BS5400规范的计算方法规范的计算方法 BS5400BS5400还规定：还规定：（1 1）对于有自由边的情况，有效宽度取）对于有自由边的情况，有效宽度取0.85b,b0.85b,b为腹板中为腹板中心线至自由边的距离心线至自由边的距离（2 2）l l：对于悬臂梁取悬臂长度；对于一般情况取支座间：对于悬臂梁取悬臂长度；对于一般情况取支座间距距（3 3）同时明确指出，不适用于受压的情况）同时明确指出，不适用于受压的情况二、组合结构桥梁设计原则（3）英国BS5400规范的计算方法三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）1.抗剪连接件的作用及要求3.1 抗剪连接件（也称剪力键，传剪器）的基本受力性能混凝土板的I=0.000667，EI=23000钢梁I=0.011，EI=2310000混凝土板+钢EI=2333000混凝土板的I=0.000667，EI=23000钢梁I=0.011，EI=2310000混凝土板+钢EI=3381000无连接件有连接件三、抗剪连接件（shear connector）1.抗剪连接三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.1 抗剪连接件的基本受力性能无连接件有连接件 作用作用1 1：连接件承担了混凝土板与钢梁界面的剪力，协调混：连接件承担了混凝土板与钢梁界面的剪力，协调混凝土板与钢梁的变形，将混凝土板与钢梁组合在一起共同凝土板与钢梁的变形，将混凝土板与钢梁组合在一起共同工作，是组合梁得以实现的关键工作，是组合梁得以实现的关键三、抗剪连接件（shear connector）3.1 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.1 抗剪连接件的基本受力性能 作用作用2 2：连接件需承担混凝土板的上掀力，保证钢、混凝土：连接件需承担混凝土板的上掀力，保证钢、混凝土变形的曲率相同，这也是二者变形协调共同工作的重要条变形的曲率相同，这也是二者变形协调共同工作的重要条件件局部放大局部脱空由于混凝土板与钢梁刚度不同，导致其变形的曲率不同，在局部可能出现脱空，导致钢与混凝土不能协调工作钢梁混凝土板三、抗剪连接件（shear connector）3.1 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.1 抗剪连接件的基本受力性能组合结构对连接件的要求：组合结构对连接件的要求：1.1.能够传递混凝土板与钢梁间的剪力能够传递混凝土板与钢梁间的剪力2.2.能够提供混凝土板与钢梁间的抗拔力，保证钢与能够提供混凝土板与钢梁间的抗拔力，保证钢与混凝土变形曲率相同混凝土变形曲率相同3.3.施工方便施工方便三、抗剪连接件（shear connector）3.1 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.1 抗剪连接件的基本受力性能2.连接件分类刚性连接件：优点：连接件刚度大，钢与混凝土间的相对滑移小，截面的应变分布更接近平截面假定。按刚度可分为刚性连接件和柔性连接件按刚度可分为刚性连接件和柔性连接件刚性连接件三、抗剪连接件（shear connector）3.1 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.1 抗剪连接件的基本受力性能缺点：（1）混凝土局部应力大，可能因此而导致混凝土板先于整体结构破坏，没有充分发挥钢结构的作用，极限承载力不一定较柔性连接件高，（2）破坏比较突然。荷载滑移曲线-荷载作用下钢与混凝土间的相对错动量-表征连接件延性的重要指标三、抗剪连接件（shear connector）3.1 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.1 抗剪连接件的基本受力性能缺点：（3）各连接件剪力分布很不均匀，连接件的布置需根据剪力图进行，导致了连接件布置复杂化弹性阶段各连接件剪力分布不均匀，明显与结构的剪力分布有关塑性阶段各连接件剪力分布逐渐趋于均匀，但不均匀度仍很明显三、抗剪连接件（shear connector）3.1 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.1 抗剪连接件的基本受力性能缺点：连接件变形明显，混凝土与钢有明显的滑移，组合梁的刚度较刚性连接件小。柔性连接件三、抗剪连接件（shear connector）3.1 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.1 抗剪连接件的基本受力性能柔性连接件优点：（1）尽管钢与混凝土间存在滑移，组合梁的极限承载力并 不一定比刚性连接件小 （2）连接件延性好，改善了组合梁的破坏形态 （3）连接件剪力分配均匀，可分段均匀布置弹性阶段各连接件剪力分布塑性阶段各连接件剪力分布三、抗剪连接件（shear connector）3.1 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.1 抗剪连接件的基本受力性能影响连接件承载力的其他因素混凝土强度：是影响的因素之一剪力主要由靠近根部的混凝土承受，应力水平较高，但由于混凝土受到周围的约束，强度会提高横向钢筋：横向钢筋起到分布钢筋的作用，将剪力分散到一个较大的区域横向钢筋通常布置在略低于连接件顶面的位置三、抗剪连接件（shear connector）3.1 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.1 抗剪连接件的基本受力性能试验方法实体推出试验与实际结构受力相似的试验梁式试验外露连接件推出试验需特别说明的是，不同的试验方法有不同的适用范围，必须根据不同的研究目的选用主要用于考察组合结构钢结构部分的性能，不能用于连接件性能试验3.连接件试验方法三、抗剪连接件（shear connector）3.1 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.1 抗剪连接件的基本受力性能实体推出试验型钢混凝土板推出试验是考察连接件性能最为常用的方法，从试件形式来说可以分为2类标准推出试验Euro Code4 对试件尺寸，施工方法，试验方法都有严格的规定P48三、抗剪连接件（shear connector）3.1 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.1 抗剪连接件的基本受力性能实体推出试验深埋推出试验（1）两种试验方法得到的承载力、极限滑移量均不同。原因是两种试验连接件的受力不同（下一页）。（2）标准推出试验对于叠合梁剪力件具有较好的效果，得到的承载力略低于梁式试验，适用于叠合梁，但是否适用于混合梁仍有争议。（3）深埋推出试验首先用于混合结构PBL连接件性能的试验，效果良好。（4）对于组合结构和混合结构，其连接件的试验方法是否需要区别，是目前的热点之一钢板混凝土连接件这一方法有我校开发，首先用于南京三桥钢-混结合段试验三、抗剪连接件（shear connector）3.1 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.1 抗剪连接件的基本受力性能实体推出试验个人观点：两种推出试验区别在于连接件受力状态不同，标准推出试验连接件受剪、拉，而深埋推出试验以受剪为主，显然标准推出试验对于叠合梁是适宜的。P/2P/2标准推出试验深埋推出试验PP/2P/2混凝土板薄，易弯曲，混凝土板与钢结构有可观察到的分离，EC4要求测量分离，外掀趋势明显，使得连接件受剪、拉混凝土板厚，几乎不弯曲，外掀趋势不明显，连接件受剪为主三、抗剪连接件（shear connector）3.1 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.1 抗剪连接件的基本受力性能梁式试验梁式试验是最接近叠合梁实际受力情况的试验方法，也是最可靠的试验方法，可以深刻揭示叠合梁加载全过程的结构行为，但试验成本高。最后需强调的是，连接的试验方法选择对其力学性能影响很大，对于叠合梁，采用标准推出试验是适宜的，对于混合梁则需进一步研究，个人认为以深埋推出试验为宜。三、抗剪连接件（shear connector）3.1 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.2 抗剪连接件的形式及力学性能连接件形式连接件形式栓钉连接件型钢连接件开孔板（PBL）连接件弯筋连接件高强螺栓连接件详细介绍概略介绍三、抗剪连接件（shear connector）3.2 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.2 抗剪连接件的形式及力学性能连接件形式型钢连接件型钢连接件种类繁多，大多属于刚性连接件，由于多数型钢连接件不具备抗掀的能力，多数都和锚筋配合使用。三、抗剪连接件（shear connector）3.2 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.2 抗剪连接件的形式及力学性能连接件形式型钢连接件承压端面承载机理：（1）有明确的承压端面，通过混凝土的局部承压将剪力传递给连接件，再由连接件传递给钢梁。（2）由于是依靠局部承压传力，混凝土的局部抗压成为决定因素（这是将其规为刚性连接件的主要原因）。（3）将剪力和抗掀分别由不同的部件满足局部承压传力三、抗剪连接件（shear connector）3.2 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.2 抗剪连接件的形式及力学性能连接件形式型钢连接件由于有明确的承压面，所以型钢连接件通常有方向性。此类连接件延性差，施工复杂，目前已较少使用受力方向不同性能完全不同无方向性槽钢放置方向不同，性能也完全不同三、抗剪连接件（shear connector）3.2 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.2 抗剪连接件的形式及力学性能连接件形式弯筋连接件弯筋连接件属柔性连接件，利用弯筋的抗拉将剪力传递给钢结构，由于钢筋通常有屈服台阶，延性较好。但有明显的方向性，且焊接繁杂单向受力双向受力用于跨中受活载影响剪力可以反向的区段三、抗剪连接件（shear connector）3.2 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.2 抗剪连接件的形式及力学性能连接件形式高强螺栓连接件高强螺栓连接件存在两种不同的传力机理，施工简单，但正常使用承载力（摩擦传力）较低，而且数量受高强螺栓间距的控制。首先依靠摩擦传力剪力大于摩擦力并滑动后，依靠摩擦和剪切传力三、抗剪连接件（shear connector）3.2 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.2 抗剪连接件的形式及力学性能剪力栓钉实心混凝土板荷载滑移曲线剪力栓钉是目前使用最为广泛的连接件，由圆柱和圆头构成，又称圆头焊钉，剪力钉、大头钉，采用电弧螺柱半自动焊特点：随着荷载的增大，滑移发展加快，并逐渐趋于水平，最大滑移量可达8mm以上，有一定的延性三、抗剪连接件（shear connector）3.2 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.2 抗剪连接件的形式及力学性能剪力栓钉实心混凝土板破坏形态混凝土受压破坏条件：混凝土强度相对栓钉低，根部混凝土局部承压破坏，如果剪力栓钉长度不足,还会发生栓钉从混凝土中拔出影响因素：混凝土强度，剪力栓钉直径，栓钉长度（H/d4时）特点：延性好，这是我们可接受的破坏形态三、抗剪连接件（shear connector）3.2 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.2 抗剪连接件的形式及力学性能剪力栓钉实心混凝土板破坏形态栓钉受剪破坏条件：混凝土强度高，剪力栓钉在剪力、拉力、弯矩的共同作用下断裂、或焊缝破坏影响因素：剪力栓钉材料强度、直径特点：有一定脆性，这是在一定程度上需避免的破坏形态三、抗剪连接件（shear connector）3.2 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.2 抗剪连接件的形式及力学性能剪力栓钉实心混凝土板承载力计算以第一种破坏形态为依据，影响承载的主要因素包括（1）混凝土强度；（2）栓钉直径（3）栓钉长度；（4）焊缝质量采用回归分析的方法得到以下计算公式=(h/d)+11EC4中国规范在考虑可靠度后修改了系数三、抗剪连接件（shear connector）3.2 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.2 抗剪连接件的形式及力学性能剪力栓钉实心混凝土板承载力计算从上式中可以发现，剪力钉的承载力随混凝土强度的提高而提高，但当混凝土强度达到一定程度后，将因剪力栓钉的剪断而破坏，这是需要避免的，为此要求式中：0.7为考虑受力状态等因素的综合系数，为屈强比，由于剪力栓钉采用ML15,屈服强度320Mpa,标准强度为400MPa，因此=0.8三、抗剪连接件（shear connector）3.2 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.2 抗剪连接件的形式及力学性能剪力栓钉实心混凝土板承载力计算同时，当栓钉长径比H/d上翼缘能约束混凝土承载力三、抗剪连接件（shear connector）3.2 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.2 抗剪连接件的形式及力学性能开孔板连接件开孔板连接件用途适用范围：适宜于混合结构的钢-混结合段，并不适宜叠合梁钢塔钢混结合段钢梁钢混结合段叠合梁三、抗剪连接件（shear connector）3.2 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.2 抗剪连接件的形式及力学性能开孔板连接件开孔板连接件承载力影响因素（1）芯棒钢筋材料强度、直径（2）混凝土榫的直径（钢板开孔直径）、材料强度（3）混凝土榫的直径（钢板开孔直径）与芯棒钢筋直径的配合SB45-16SB45-12三、抗剪连接件（shear connector）3.2 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.2 抗剪连接件的形式及力学性能开孔板连接件开孔板连接件承载力计算开孔板连接件的承载力计算，目前仍未有得到公认的公式，不同公式计算的承载力相差可达50%三、抗剪连接件（shear connector）3.2 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.2 抗剪连接件的形式及力学性能开孔板连接件开孔板连接件承载力计算Leonhardt公式2个剪切面综合安全系数混凝土榫剪断OgueJiofor公式混凝土板劈裂芯棒钢筋的影响混凝土榫的影响钢板厚度，试件高度公式众多，应用时一定要分清其试验方法、破坏形态、适用条件，否则会张冠李戴。三、抗剪连接件（shear connector）3.2 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.3 抗剪连接件的构造要求剪力栓钉连接件（1）保证焊接质量的构造要求（2）保证不出现剪力栓钉拔出的构造要求三、抗剪连接件（shear connector）3.3 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.3 抗剪连接件的构造要求剪力栓钉连接件（3）保证应力扩散空间和耐久性的构造要求（1）保护层厚度不小于30mm（2）连接件外边缘与钢梁翼缘距离不小于20mm（3）连接件外边缘与混凝土板翼缘距离不小于100mm其中2、3适用于其他连接件（4）避免布置过于集中，栓钉群刚度过大L，T分别为沿钢梁轴线和垂直于钢梁轴线栓钉间距三、抗剪连接件（shear connector）3.3 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.3 抗剪连接件的构造要求剪力栓钉连接件（5）栓钉群各栓钉受力均匀的构造要求（6）防止单个剪力栓钉刚度过大的构造要求在桥梁工程中桥面板厚度较厚，往往是后者起作用受拉翼缘 受压翼缘 三、抗剪连接件（shear connector）3.3 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.3 抗剪连接件的构造要求开孔板连接件（1）防止开孔钢板破坏，防止孔内混凝土劈裂破坏（2）保证混凝土榫施工质量（3）各连接件受力均匀的构造要求三、抗剪连接件（shear connector）3.3 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.3 抗剪连接件的构造要求开孔板连接件（4）保证应力扩散的构造要求其他连接件目前已用不多，其构造要求可自行学习，其中要尤其注意作出这些构造规定的原因和机理三、抗剪连接件（shear connector）3.3 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.4 抗剪连接件的布置基本原则（1）在任何情况下不能应连接件失效导致结构失去承载力（2）正常使用荷载下，不允许有过大的界面滑移（3）弹性设计时，连接件应按剪力分布图分段布置（4）塑性设计，且采用柔性连接件时，可在剪跨内均匀布置三、抗剪连接件（shear connector）3.4 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.4 抗剪连接件的布置基本原则完全抗剪连接完全不连接部分抗剪连接钢梁截面较弱，钢梁的稳定控制设计时，钢梁需承担施工荷载时，可采用部分抗剪连接，其余应采用完全抗剪连接，对于桥梁来说通常是前一种情况三、抗剪连接件（shear connector）3.4 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.4 抗剪连接件的布置弹性设计对于桥梁工程来说，钢梁通常作为施工混凝土板的模板和支架，即以钢梁为支撑浇筑混凝土板。钢梁混凝土板二期恒载钢梁工作截面钢梁叠合梁施工中，仅在施工二期恒载时，以叠合梁断面工作，即，连接件承受的恒载仅为二期恒载，由于二期恒载为长期荷载，计算截面特性时，要考虑长期效应（收缩徐变）三、抗剪连接件（shear connector）3.4 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.4 抗剪连接件的布置弹性设计活载完全由叠合梁截面承受，因此，钢梁、混凝土板交界面的纵向剪力计算公式为三、抗剪连接件（shear connector）3.4 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.4 抗剪连接件的布置弹性设计由上式可得到主梁的剪力分布图剪力分布分段均匀布置三、抗剪连接件（shear connector）3.4 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.4 抗剪连接件的布置塑性设计（1）划分剪跨以弯矩零点划分对于剪力栓钉等柔性剪力键，当荷载较大时会产生滑移，从而使得各剪力键的剪力趋于均匀，因此，剪力键可在剪跨内均匀布置弯矩零点弯矩最大点剪力突变区弯矩零点三、抗剪连接件（shear connector）3.4 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.4 抗剪连接件的布置塑性设计（2）逐段确定各剪跨内钢梁/混凝土梁交界面剪力正弯矩区钢梁面积与材料强度混凝土板有效面积与材料强度实质是与钢梁或混凝土板做等强设计负弯矩区混凝土板内钢筋面积与强度负弯矩区忽略了混凝土的作用，与受拉钢筋做等强设计三、抗剪连接件（shear connector）3.4 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.4 抗剪连接件的布置塑性设计（3）计算各剪跨内剪力连接件数量完全抗剪连接部分抗剪连接实际布置数量（4）剪跨内左右较大集中剪力时计算总面积并按面积比例分配后在各自均匀布置三、抗剪连接件（shear connector）3.4 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.4 抗剪连接件的布置连接件局部加强问题的提出收缩方向收缩方向收缩量收缩量增大增大由于混凝土的收缩和温度变形，使得梁端部的剪力连接受力较其他区域明显要大混凝土收缩和温度变形三、抗剪连接件（shear connector）3.4 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.4 抗剪连接件的布置连接件局部加强在预应力锚固点附近和钢桁梁节点附近，连接件受力很大混凝土板或钢梁受集中力三、抗剪连接件（shear connector）3.4 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.4 抗剪连接件的布置连接件局部加强（1）由收缩或温差导致的单位梁长纵向剪力混凝土板中的纵桥向剪力剪力传递长度，在lcs内假定按线性分布，即端部为Vs，距梁端lcs处为0三、抗剪连接件（shear connector）3.4 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.4 抗剪连接件的布置连接件局部加强（2）纵向集中力EC4集中力作用在混凝土板上时,传力路径为：集中力混凝土板剪力连接件钢梁，剪力连接件承受的力=钢梁承受的力三、抗剪连接件（shear connector）3.4 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.4 抗剪连接件的布置连接件局部加强（2）纵向集中力EC4集中力作用在混凝土板上时注意：有多个Fd时，VL应为多个Fd所产生的总剪力的叠加，即：三、抗剪连接件（shear connector）3.4 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.4 抗剪连接件的布置连接件局部加强（2）纵向集中力EC4集中力作用在钢梁上时,传力路径为：集中力钢梁剪力连接件混凝土板，剪力连接件承受的力=混凝土板承受的力三、抗剪连接件（shear connector）3.4 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.4 抗剪连接件的布置连接件局部加强分布长度计算作用在梁中段作用在梁端三、抗剪连接件（shear connector）3.4 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.4 抗剪连接件的布置连接件局部加强分布长度计算采用栓钉时，且按塑性设计时作用在梁中段:作用在梁端:（3）梁端收缩徐变、温度及截面改变EC4梁端收缩徐变温度截面突变三、抗剪连接件（shear connector）3.4 抗剪三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.4 抗剪连接件的布置连接件局部加强eh0.5Beffeh预应力筋三、抗剪连接件（shear connector）3.4 抗剪汇报结束汇报结束汇报结束汇报结束谢谢谢谢汇报结束谢谢三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（三、抗剪连接件（shearshearconnectorconnector）3.4 抗剪连接件的布置连接件局部加强分布长度计算eh0.25Beffeh预应力筋eh三、抗剪连接件（shear connector）3.4 抗剪