摘 要

钢-混组合梁桥能够将钢和混凝土两种材料的优点很好的结合起来，具有减轻结构自重、提高结构延性、降低工程造价、加快施工进度等优点，因此近几年在我国迅速发展。

大广跨线桥为40 43m钢-混组合连续箱梁桥，采用混凝土板分段浇筑、支点顶升及回落等施工工艺。施工工艺的多样性使组合连续梁桥从施工到成桥状态的内力变化复杂多样。因此，本文以大广跨线桥为工程背景，以midas Civil有限元软件为工具，建立大广跨线桥钢-混组合连续梁桥精细化空间有限元模型，根据实际施工工艺和工况划分定义施工阶段，进行施工阶段仿真分析。结合温度荷载、支座沉降和移动荷载等，对桥梁进行运营阶段仿真分析。研究主要内容如下：

（1）采用实体单元模拟混凝土桥面板，采用板单元模拟钢箱梁，建立40 43m钢-混组合连续箱梁桥精细化空间有限元模型，对大广跨线桥顶升法施工工艺进行全过程模拟，掌握了施工过程中桥梁结构的内力分布规律和特征。结果表明：顶升法施工使支座负弯矩区混凝土产生了10.7MPa的预压应力，显著提高了负弯矩区混凝土桥面板的抗裂性能。

（2）明确了运营阶段温度荷载、支座沉降和移动荷载等荷载组合工况下的内力，掌握了运营阶段最不利荷载组合工况下桥梁结构的变形和内力分布特征。结果表明：钢-混组合连续梁桥最大挠度为156.1mm，负弯矩区混凝土桥面板最小压应力为-1.4MPa，最大压应力为-11.3MPa，钢主梁部分最大拉应力为180.1MPa，最大压应力为-42.3MPa。

分析结果表明，施工阶段和运营阶段钢-混组合梁桥结构内力空间分布合理，应力和变形在容许范围内，因此该桥设计合理，符合规范要求，同时本文成果为组合连续梁桥的设计和施工提供科学依据，对进一步提高组合连续梁桥的计算分析水平，具有重要的理论和现实意义。

关键词：组合连续梁桥；精细化空间有限元模型；顶升法施工

Abstract

The steel-concrete composite girder bridge can combine the advantages of steel and concrete materials, has the advantages of reducing the weight of the structure, improving the ductility of the structure, reducing the project cost, and accelerating the construction progress. Therefore, it has developed rapidly in China in recent years.

Daguang bridge which is the 40 43m steel-concrete composite girder bridge,use the construction technology of concrete slab section pouring and fulcrum lifting-up and fallbacking.The diversity of construction technologies makes the internal forces of composite continuous beam bridges varied from construction to bridge formation.Therefore This article use the Daguang bridge as an engineering background and the midas Civil finite element software as a tool,building a refined space finite element model of the steel-concrete composite continuous beam bridge of the Daguang bridge.It defines the construction process according to the actual construction process and working conditions in order to perform simulation analysis during the construction process.Combining temperature load, bearing settlement, and moving load for load combination, analysis systematically at the stage of operation. The main contents are as follows:

（1）The plate elements is used to stimulate steel box girder and the solid elements is uesd to stimulate bridge concrete deck.It build a refined space finite element model of the steel-concrete composite continuous beam bridge of the Daguang bridge.,whichrealizes accurate simulation and analysis of the internal force distribution and characteristics of the bridge structure during the entire construction process of fulcrum lifting method.The fulcrum lifting method applied a pre-compressive stress of 10.7 MPa to the concrete in the negative bending moment segment,so it can be proved that the jacking method has a very good effect on the crack resistance of the concrete bridge deck in the negative bending moment zone.

（2）The bridge is analyzed under live load, temperature effect and support settlement at service stage according to 40 43m spans refined finit element of bridge at finished bridge state.The result of stress distribution characteristics of composite continuous beams and variation law is obtained under the the worst combination of loads.The maximum deflection is 156.1mm.The minimum compressive stress of concrete deck is -1.4MPa and the maximum compressive stress is -11.3MPa.Tthe maximum tensile stress of steel beam is 180.1MPa and the maximum compressive stress is -42.3MPa.

The analysis results show that the internal force distribution of the bridge structure during the construction process and operation stage is reasonable, and the stress and deformation are within the allowable range.Therefore, the design of the bridge is reasonable and meets the requirements of the specification. The result have theoretical significance and practical significance to grasp internal force characteristic of composite continuous beams and raise the level of analysis on composite continuous beams.

Keywords: composite continous beams; refined space finite element model；fulcrum lifting method

目录

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 钢-混组合梁桥概述 1

1.2.1 基本概念 1

1.2.2 主要特点 2

1.3 国内外研究现状 3

1.3.1 国外研究现状 3

1.3.2 国内研究现状 4

1.4 工程背景 6

1.5 研究目的及意义 8

1.6 本文主要研究内容 8

第二章 钢-混组合梁结构分析理论 9

2.1 有限元方法 9

2.1.1 MIDAS软件简介 9

2.1.2 有限元单元类型 10

2.2 钢-混组合梁计算理论 12

2.2.1 受力特性 12

2.2.2 换算截面法 12

2.3 负弯矩区混凝土抗裂措施 15

2.4 本章小结 17

第三章 钢-混组合梁桥有限元模型建立 18

3.1工程概况 18

3.2 钢-混组合梁桥有限元模型建立 19

3.2.1 单元划分与建立 19

3.2.2 边界处理 20

3.2.3 荷载模拟 20

3.2.4 施工阶段模拟 21

3.3 本章小结 25

第四章 钢-混组合梁桥施工过程力学性能分析 26

4.1钢梁架设阶段 26

4.2支座顶升阶段 28

4.3第一次混凝土浇筑阶段 31

4.4激活第一次浇筑的混凝土单元阶段 33

4.5第二次混凝土浇筑阶段 35

4.6激活第二次浇筑的混凝土单元阶段 37

4.7支座回落阶段 39

4.8施加二期荷载阶段 41

4.9 本章小结 44

第五章 钢-混组合梁桥运营阶段分析 46

5.1 温度荷载 46

5.1.1 整体升温 46

5.1.2 整体降温 47

5.2 支座沉降 48

5.2.1 顺桥向分析 48

5.2.2 横桥向分析 50

5.3 活载 51

5.5 荷载组合效应分析 72

5.6 本章小结 84

第六章 结论和展望 86

6.1 结论 86

6.2 展望 86

致 谢 87

参考文献 88

第一章 绪论

1.1 引言

随着国际化桥梁建设的快速发展，中国传统桥梁建设方式已无法满足桥梁建设日益增长的需求。钢与混凝土组合结构具有重量轻，承载能力大，节省材料，抗震性能好，结构性能优异等突出优点。近年来，广泛应用于各项工程^[1]。

钢-混组合结构自首次应用于桥梁结构，到现在已经较为成熟。从最初应用于简支梁桥，到后来广泛应用于各种类型的桥梁，如拱桥、连续梁桥、斜拉桥、悬索桥和组合桥梁。而本文研究分析的连续组合梁桥是从简支叠合梁慢慢发展而来的，它具有刚度大和承载能力高等优点^[2]。

将钢与混凝土两种不同的材料结合到一个新结构中并期望最大化组合结构的性能，其中最关键是要确保两种不同类型材料组件的完整组合，然而要实现这两种材料的完全组合是非常困难的。为了解决两个材料之间产生不同程度的相对滑动这个问题，有必要分析两种材料连接的连接机制，使用合理的连接形式来组成结构。钢和混凝土之间最常见的连接形式设置焊钉连接件以及开孔板连接件，接着需要对结合面上的剪力和连接件抗剪强度进行验算，因此研究连接件刚度和滑移力学性能对改善负弯矩区性能十分必要。

总之，在钢-混凝土组合梁的巨大优势下，它非常适合中国目前的基本建设条件。并且由于其良好的技术经济指标和优异的结构性能，在桥梁结构和建筑等领域具有巨大的应用前景。

1.2 钢-混组合梁桥概述

1.2.1 基本概念

钢-混组合结构是通过对钢结构和钢筋混凝土结构的研究和发展，逐渐形成的一种新型结构，简单来说它就是利用各种抗剪连接件把混凝土桥面板和钢梁连接成一个整体从而使两种材料共同受力的一种组合构件。在结构承载时，上部混凝土板主要受压，下部钢主梁主要受拉，它能充分发挥和利用钢材和混凝土材料的力学特性，使其不仅具有卓越的结构性能，而且能获得巨大的经济效益。组合结构的实例有许多，典型的如型钢-混凝土墩柱、钢管砼墩柱、钢梁与混凝土板的组合梁和钢板与混凝土的组合桥面板等，组合构件的优势就是充分利用抗拉强度较大的钢材和抗压强度较的混凝土，将其分别布置在受拉区和受压区内，从而使钢材的综合性能超过了两种材料简单组合的机械性能。