例■匝隧强团■盈幽副■图匝＿分析 重庆长江大桥复线桥主跨钢一砼接头内力组合分析 王俊如 ， 郑 罡 ， 代 彤。 （１．重庆城建控股（集团）有限责任公司，重庆４０００１５；２．重庆交通科研设计院，重庆４０００６７ ３．林同梭国际（重庆）工程咨询有限公司，重庆４０００２７） 摘 要：重庆长江大桥复线桥主跨中间１０８ Ｉｎ采用钢箱梁结构，两端为混凝土梁，钢梁和混凝土梁采用钢一 砼节段组合结构，在连续刚构桥中首次实现３３０ ｍ的跨径。着重介绍了钢一砼接头内力组合的过程，分析研 究认为：在新老规范交替过程中，荷载组合过程中采用新规范未必偏于保守；对规范中未明确规定的体外预应 力力学效应，可按永久荷载进行组合。研究成果对同类结构的设计和研究有一定的参考价值。 关键词：钢一砼接头；连续刚构；内力组合；使用极限状态；承载能力极限状态 中图分类号：Ｕ４４８．２３ 文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—３９５３（２００８）０６—００４８—０３ 重庆长江大桥复线桥采用大跨径钢与混凝土混 船舶撞击、纵向地震、横向地震等的作用效应。 合连续刚构一连续组合结构体系，其主跨３３０ ｍ中 １．１ 第一类作用的内力效应组合 间１０８ ｍ采用钢箱梁结构，两端为混凝土梁。钢梁 （１）使用极限状态：总轴力一１３７ ８６２ ｋＮ，负号 和混凝土梁采用钢一砼节段组合结构，在连续刚构 表明轴力为压力。使用极限状态总轴力主要由预应 桥中首次实现３３０ ｍ的跨径。该钢一砼接头在设 力一次效应和体外预应力一次效应产生。应注意到 计上存在荷载组合、构造设计、细部分析等诸多难 内向组合值为代数和，含正负号，因此可能出现其中 点，本文对钢一砼接头内力组合过程和主要结果进 １种作用或２种及以上作用效应所占总效应比例大 行了介绍。 于１００ 的情况。总剪力６ ６５８ ｋＮ，正号表明剪力 １ 钢一砼接头内力的基本情况［１］ 使结构产生顺时针转动趋势。使用极限状态总剪力 主要由自重荷载、预应力一次效应和体外预应力一 重庆石板坡长江大桥复线桥正桥钢 砼接头顺 次效应产生。总弯矩一２４ １７４ ｋＮ・ｍ，负号表明梁 桥向位置如图１所示。 结构上表面受拉。使用极限状态总弯矩中，除收缩 作用效应外，其余作用效应所占比例均较大。 （２）承载能力极限状态：总轴力一３８ ９３６ ｋＮ，主 旦９ 螫亘ｌ Ｉ 笪 画 要由体外预应力一次效应产生；总剪力４ ７２３ ｋＮ， 钢砼接头．砼截面 钢砼接头．钢截面 主要由自重荷载和体外预应力一次效应产生；总弯 图１ 实桥钢一砼接头顺桥向位置总体示意图（单位ｌｒａｍ） 矩４ ６４３ ｋＮ・ｍ，其中体外预应力一次和二次效应、 产生钢一砼接头内力的１９种作用共分为三类。 自重荷载效应、预应力二次效应对使用极限状态恒 第一类是自重、预应力和混凝土收缩、徐变作用，包 载作用总弯矩影响较大。 括：恒载（自重）；混凝土收缩２次作用；混凝土徐变 （３）在进行承载能力极限状态验算时，预应力筋 ２次作用；预应力１次作用；预应力２次作用；体外 （不含体外预应力筋，下同）作为普通受力钢筋计入 预应力１次作用；体外预应力２次作用。第二类是 截面抗力计算，此时内力组合不能计人预应力一次 活载作用，包括：人群荷载；人群满布荷载；城市汽车 效应；在进行使用极限状态验算时，内力组合须计入 荷载。第三类是附加荷载，包括整体温度上升、整体 预应力一次效应，而预应力一次效应对应的轴力、剪 温度下降、升温梯度、降温梯度、静风载、流水压力、 力和弯矩均较大。因此，对于钢一砼接头，其使用极 限状态恒载效应的总轴力、总剪力和总弯矩绝对值 收稿日期：２００８—０７—０６ 作者简介：王俊如（１９６２），男，高级工程师，１９８４年毕业于石 均高于承载能力极限状态对应内力绝对值。 家庄铁道学院桥梁工程系，工学学士。主要从事道桥施工与管理工 １．２ 第二类作用的内力效应组合 作ｗｊｒｃｊｊｔ＠ｓｉｎａ．ｃｏｒｎ （１）人群满布活载是城市桥梁的一种活载，其分 国防交通工程与技术 ＿ ２ｏ０８第６期 ・实例分析・ 重庆长江大桥复线桥主跨钢一砼接头内力组合分析 王俊如等 取值，钢一砼接头最不利正弯矩为１２２ ８８９ ｋＮ・ｍ， 最不利负弯矩为一１０３ １８９ ｋＮ・ｍ。 由于《８９规范》未对预应力２次作用及体外预应 布位置包括车道和人行道。因此，荷载组合时，人群 满布荷载不能与人群或车辆活载进行组合。 （２）弯矩：最不利弯矩组合下，城一Ａ活载在 钢一砼接头附近产生的最大和最小纵向弯矩和人群 满布活载的弯矩效应基本相当，相差在５ 以内；人 力１次和２次作用的荷载组合进行规定，参考《公路 钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（ＪＴ— 群活载产生的最大和最小纵向弯矩分别为汽车活载 ＧＤ６ｏ－－２ｏｏ４）》＿３］（以下简称｛０４规范》）对预加力荷载 对应值的３２ 和３５ 。由于人群满布荷载不能与 效应的处理方式，采取措施为：当预应力作用对结构 人群或车辆活载进行组合，且人群与汽车荷载弯矩 承载能力不利时取１．２，当预应力作用对结构承载能 之和高于人群满布荷载对应弯矩，因此人群与汽车 力有利时取１．０。同时考虑和《８９规范》的协调性，结 的荷载组合对重庆石板坡长江大桥正桥钢一砼接头 构重要性系数取１．０。此时，钢一砼接头最不利正、 将产生最不利活载弯矩，最不利正弯矩为２８ ０００ ｋＮ 负弯矩分别为１６４ ５９６ ｋＮ・ｍ和－－８６ ２３５ ｋＮ・ｍ。 ・ｍ，最不利负弯矩为一３９ ３５０ ｋＮ・ｍ。最不利弯矩 参照￣Ｏ４规范》进行组合：根据《０４规范》承载能 组合对应的轴力和剪力均较小，约为±２ ０００ ｋＮ。 力极限状态作用效应基本组合方式，永久荷载作用效 （３）剪力：最不利剪力组合下，城一Ａ活载在 应中，结构自重、预应力二次作用、混凝土收缩和徐变 钢一砼接头附近产生的最大和最小纵向剪力和人群 产生的弯矩效应依次为一３１ ３１５ ｋＮ・ｒｎ、１３ ２４８ ｋＮ 满布活载的剪力效应基本相当，相差在ｌ６ 以内； ・ＩＴＩ、一２ １８３ ｋＮ・ｍ和ｌ１ ４８２ ｋＮ・ｍ。组合的钢一 人群活载产生的最大和最小纵向剪力分别为城一Ａ 砼接头承载能力极限状态最不利正、负弯矩分别为 活载对应值的２８ 和３５ 。由于人群满布荷载不 １２６ ９８４ ｋＮ・ｍ和一８２ ５１７ ｋＮ・ｍ。 能与人群或车辆活载进行组合，且人群与汽车荷载剪 由于￣０４规范》未对体外预应力１次和２次作用 力之和高于人群满布荷载对应剪力，因此人群与汽车 的荷载组合进行规定，参考《０４规范》对预加力荷载 的荷载组合对重庆石板坡长江大桥正桥钢砼接头 效应的处理方式，体外索一、二次作用产生的弯矩效 将产生最不利活载剪力，剪力值约为±２ ０００ ｋＮ。 应分别是一４８ ５７６ ｋＮ・ｍ和６１ ９８６ ｋＮ・ｍ。这两种 １．３ 第三类作用的内力效应组合 作用效应的分项系数对于负弯矩分别取１．２和１．０， 轴力和剪力均较小，轴力小于１０ ０００ ｋＮ，剪力 对于正弯矩分别取１．０和１．２。因此，钢一混接头最 小于１，０００ ｋＮ。升温梯度作用产生了较大的弯矩， 不利正、负弯矩分别为１５５ ３７２ ｋＮ・ｍ和一７８ ４５３ 接近６４ ０００ ｋＮ・ｍ，其他附加荷载作用产生的弯矩 ｋＮ・１２１。 均不到升温梯度弯矩的２Ｏ 。 ３ 钢一砼接头使用极限荷载组合 ２ 钢一砼接头承载能力极限荷载组合 根据《８９规范》对构件在正常使用极限状态的 在进行重庆长江大桥复线桥工程钢一砼接头设 应力和裂缝验算的有关规定可知，正常使用极限状 计荷载组合时，由于该工程施工图设计期间发布了新 态采用的荷载组合为组合Ｉ、组合ＩＩ和组合ＩＩＩ。经 规范，且由于结构本身的特殊性，其体外索作用在新 分析，钢一砼接头正常使用极限状态的最不利正、负 老规范中均未作规定，因此存在以下两个问题：①是 弯矩组合为组合ＩＩ，弯矩值分别是８０ ３２９ ｋＮ・ｍ 采用新规范还是老规范进行组合？②对于规范中未 和一８４ ３６９ ｋＮ・ｍ。 作规定的体外预应力索及其预应力如何处理？ 参照《公路桥涵设计通用规范（ＪＴＧ Ｄ６０— 本文对以上两个问题采用的解决办法是：分别 ２００４）》＿４ 规范按短期效应组合和长期效应组合两种 按照新、老规范进行荷载组合；对于新、老规范均未 组合方式进行组合：短期效应组合钢～砼接头最不 作规定的体外预应力索的一次和二次作用，按永久 利正、负弯矩分别为５６ ９２０ ｋＮ・ｍ和一６２ ２６８ ｋＮ 荷载进行荷载组合；最后，对新、老规范修正后的荷 ・ｍ；长期效应组合最不利正、负弯矩分别为４６ ４５４ 载组合结果进行综合比较后采用。 ｋＮ・ｍ和一４７ ４０２ ｋＮ・ｍ。显然，就弯矩绝对值 严格按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥 而言，短期效应正、负最不利弯矩组合值均高于长期 涵设计规范（ＪＴＪｏ２３－－８９）》ｌ＿２ （以下简称《８９规范》） 效应组合。因此，设计上宜采用短期效应的弯矩值。 国防交通工程与技术 ＿ ２００８第６期 ・实例分析・ 重庆长江大桥复线桥主跨钢一砼接头内力组合分析 王俊如等 ４ 钢一砼接头极限状态内力的最终确定 （２）从荷载组合结果来看，《８９规范》的结果比 《０４规范》要大１０ ～３５ ，这表明在新老规范交替 根据前文分析，不论对于使用极限状态还是承 的过程中，采用新规范的计算结果不一定是偏于保 载能力极限状态，按《８９规范》组合的荷载效应均高 守的。 于按《０４规范》。同时，考虑到石板坡长江大桥复线 （３）对于规范中未进行明确规定的体外预应力 桥设计采用的规范是《８９规范》。因此，设计上可偏 索效应，本文提出对其按照永久荷载进行荷载组合。 于保守地采用《８９规范》的组合结果，如表１所示。 （４）该桥主跨３３０ ｍ采用钢一砼组合结构形 表１ 钢一砼接头最不利弯矩和对应内力 式，对同类型铁路、公路大桥设计、研究以及教学有 一定的指导意义。 参考文献 ［１］重庆交通科研设计院．重庆石板坡长江大桥加宽改造工 程正桥・钢～混接头模型试验研究项目・内力组合分析 专项报告［Ｒ］．重庆：重庆交通科研设计院，２００６ ［２］交通部．ＪＴＪＯ２３－－８９公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥 ５ 结论 涵设计规范Ｉｓ］．北京：人民交通出版社，１９８９ ［３］中交公路规划设计院．ＪＴＧＤ６０－－２００４公路钢筋混凝土 本文介绍了重庆长江大桥复线桥钢一砼接头内 及预应力混凝土桥涵设计规范［Ｓ］．北京：人民交通出版 力组合过程和结果，主要分析结论为： 社，２００４ （１）由于重庆长江大桥复线桥在设计过程中颁 ［４］中交公路规划设计院．ＪＴＧ Ｄ６０－－２００４公路桥涵设计通 布了新的设计规范，因此，荷载组合应参照新、老规 用规范［Ｓ］．北京：人民交通出版社，２００４ 范分别进行，宜取其中的保守结果作为荷载设计值。 Ａｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｆｏｒｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｔｅｅｌ－Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｊｏｉｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｍａｉｎ Ｓｐａｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｙａｎｇｚｈｅ Ｒｉｖｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｏｕｂｌｅ—ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｒａｉｌｗａｙｓ Ｗａｎｇ Ｊｕｎｒｕ ， Ｚｈｅｎｇ Ｇａｎｇ２，Ｄａｉ Ｔｏｎｇ （１．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００１５： ２．Ｃｏｎｇｑｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００６７； ３．Ｌｉｕ Ｔｏｎｇ—ｙａｎ Ｃｏｎｓｕｌｔａｔｉｖｅ Ｃｏ．Ｉ ｔｄ．（Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ）ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００２７） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ １０ａｍ ｍｉｄ—ｓｐａｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｄｏｕｂｌｅ—ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｒａｉｌｗａｙ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ ｍａｄｅ ｕｐ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｂｏｘ ｇｉｒｄｅｒｓ，ａｔ ｂｏｔｈ ｅｎｄｓ ｏｆ ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｅａｍｓ ａｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ．Ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｂｏｘ ｇｉｒｄｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎ— ｃｒｅｔｅ ｂｅａｍｓ ａｒｅ ｊｏｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｓｔｅｅｌ—ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｊｏｉｎｔｓ，ｗｈｉｃｈ ｈｅｌｐ ｒｅａｌｉｓｅ ｔｈｅ ｓｐａｎｎｉｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ３３０ｍ ｉｎ ａ ｃｏｎ— ｔｉｎｕｏｕｓ ｒｉｇｉｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂｒｉｄｇｅ．Ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔｓ ｉｓ ｄｅａｌｔ ｗｉｔｈ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．Ｏｕｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｔｕｄｙ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ ｐｅｒｉｏｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｏｌｄ ｎｏｒｍ ｔｏ ｔｈｅ ｎｅｗ ｎｏｒｍ，ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｗ ｎｏｒｍ ｔｏ ｔｈｅ ｌｏａｄｓ－－ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｎｏｔ ｎｅｃｅｓｓａｒｉｌｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ；ａｓ ｆａｒ ａｓ ｔｈｅ ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｕｔｓｉｄｅ ｔｈｅ ｂｏｄｙ ａｒｅ ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｎｏｔ ｃｌｅａｒｌｙ ｐｒｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｎｅｗ ｎｏｒｍ， ｔｈｅｙ ｍａｙ ｂｅ ｒｅｇａｒｄｅｄ ａｓ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｌｏａｄｓ ａｎｄ ｃｏｍｂｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｏｕｒ ｓｔｕｄｙ ｍａｙ ｓｅｒｖｅ ａｓ ａ ｕｓｅｆｕｌ ｒｅｆ— ｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｙｐｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ—ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｊｏｉｎｔ；ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｉｇｉｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅｓ；ｕｌｔｉｍａｔｅ ｕｓｉｎｇ ｓｔａｔｅ；ｕｌｔｉｍａｔｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｓｔａｔｅ 国防交通工程与技术 ＿ ２００８第６期
