坦勘测与设计 、 ＳＲＣＣＰ在型钢混凝土刚架桥设计中的应用 宋子威文功启 武汉４３００６３） （中铁第四勘察设计院集团有限公司桥梁处【摘要】首先对 型钢混凝土组合结构技术规程 （ＪＧＪ １３８．２００１）正截面计算公式进行分析研究，然后利 用Ｃ语言编制型钢混凝土检算程序ＳＲＣＣＰ（ＳｔｅｅｌＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎＰｒｏｇｒａｍ），并利用该程序 对杭州Ｉ东站地下通道型钢混凝土刚架桥进行计算分析，结果表明ＳＲＣＣＰ计算结果符合工程实践精度要 求，并可大大提高型钢混凝土设计效率。 【关键词】型钢混凝土刚架桥ＳＲＣＣＰ设计 目前，型钢混凝土结构在桥梁工程应用较少且 １概述 缺乏有效的电算手段。因此，准确、快捷的型钢混 凝土计算电算程序可以大大提高设计效率。 型钢混凝土也称钢骨混凝土，是指在混凝土中 配置型钢作为主要受力骨架，同时也配备少量受力 ２计算原理与方法讨论 钢筋的结构构件。型钢混凝土具有强度高、延性好、 抗震能力强、防火、防腐性能好等优点，在实际工程 《型钢规程》以承载能力极限状态理论为依据， 中越来越被广泛的应用。 在钢筋混凝土理论基础上考虑了型钢的贡献。型 我国从２０世纪５０年代开始应用型钢混凝土 钢混凝土梁正截面承载力计算实质是将型钢翼缘 结构，８０年代随着我国经济的发展，型钢混凝土结 作为纵向受力钢筋考虑，在平衡方程中考虑了型钢 构也越来越受到我国工程界的重视，开始进行较为 腹板受弯承载力 和腹板轴向受压承载力 。 系统的研究，取得了一系列研究成果，并在一些高 在具体计算过程中，将型钢腹板的应力图形简化为 层建筑和桥梁工程中采用。为了指导我国型钢混 拉压梯形应力图形。 凝土结构的发展，１９９８年原冶金部参考了日本钢骨 ２．１正截面受弯承载力计算 混凝土规范主持制定和颁布了我国第一部钢骨混 凝土规范《钢骨混凝土结构设计规程》（ＹＢ ９０８２．９７）［１ｌ。该规范假定型钢混凝土构件的抗弯能 力等于型钢的抗弯能力和外包混凝土抗弯能力之 和，并不要求型钢与外包混凝土实现共同工作。这 种方法忽略外部混凝上对型钢的握裹作用，将其分 成纯型钢与钢筋混凝上梁各自承担部分作用，采用 简单叠加的方法，计算偏于保守。２００２年，建设部 总结了我国近年来的研究成果的基础上又颁布了 图１ 正截面受弯承载力计算 型 昆 ２１２ 技术规程》（ＪＧＪ １３８．２００１）［２１ 根据《型钢规程》中型钢混凝土框架梁正截面 （以下简称《 ），其假定型钢与外包混凝土 受弯承载力的基本假定，非抗震设计时，框架梁正 形成一个整ｔ 调。 截面受弯承载力（图１）的计算公式如下： ＿国■铁道勘ｊ ＰＡｌＬＷＡＹ ＳＵＲＶＥＹ ＡＮＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１０（６） ＳＲＣＣＰ在型钢混凝土刚架桥设计中的应用 宋子威文功启 ０＝ｆ１ｂｘ ｛。 Ａｓ ｛ Ａ订～｛ｓＡ 一｛ Ａ《 Ｎ Ｍ＝ｆｃｂｘ（ｈ０一 ／２）＋ ４（ 一口 ）＋／ ，（ｈｏ一口 ）＋Ｍ ． ＝钢翼缘的应力依照公式（７）计算： ６ ［２．５ 一（６ｌ＋６２）］ ／ ，－ （１） 嚎一ｏ．８）， 毒 ）（７） 当型钢受压、受拉翼缘均屈服（６ ＜１．２５ｘ＜８：ｈｏ）， Ｍ ＝［ｏ．５（６ ＋６ ）一（６，＋６：）＋２．５ 一（１．２５ ）。Ｉｔ ／ （２） 型钢腹板轴力和弯矩可参照公式（１）、（２）计算。当 １．２５ｘ＞８： ）依照公式（８）计算。 ＝ｏ・８／（１＋ ｌ ｙ ￣Ｊ ａ） （３） 受拉翼缘屈服，受压翼缘未屈服（１．２５ｘ＞。 ， 为保证型钢受拉和受压翼缘屈服，受压区高度 ｘ还需满足：Ｘ ｈｏ；Ｘ ａａ＋ｆ，。《型钢规程》中 ～ ０＝，（６：一６，） ％ ， ．Ｍ。 ＝【０．５（６ —６ ）＋（６２—６１）］ｆ ，ｈ ２， （８） 以简化公式进行框架梁正截面计算，仅考虑了中性 轴通过型钢腹板的情况。即型钢的一侧翼缘位于 受压区，另一侧翼缘位于受拉区，这也符合框架受 弯梁受力特点。如受拉翼缘不能屈服，则呈脆性破 坏，工程中应避免此种情况。 ２．２正截面偏心受压承载力计算 实际工程中型钢混凝土柱多为偏心受压构件， 根据混凝土受压区高度的不同，可以分为大偏心和 小偏心受压。大偏心受压破坏时，型钢受拉翼缘先 屈服，而后受压区混凝土被压碎；小偏心受压破坏 时，受拉翼缘在极限状态时并未达到屈服强度，属 于受压破坏。大小偏心受压构件的根本区别在于 构件破坏时受拉钢筋和翼缘是否屈服（图２）。 非抗震设计时，框架柱正截面偏心受压承载力 的计算公式如下： Ｎ＝．３程序介绍 结合上述计算原理和公式，基于Ｃ语言编写调 试程序ＳＩ ＣＰ（Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ～厨Ｌ曼 ＿＿ １ ～Ｐｒｏｇｒａｍ），利用该程序可对型钢混凝土受弯、受压构 件进行正截面应力、斜截面剪应力、最大裂缝宽度、 挠度等设计内容进行快速计算。程序流程详见图３。 Ｌｂｘ＋ｆ￣ｉＡ；＋ 一６ Ａｓ—ａ ，＋Ｎ ，（５） Ｎｅ＝ｆｃｂｘ（ｈ￣，一 ／２）＋ＬＡ；（ｈ。一ｄ ）＋／ ，（＾。一 ）＋ ，（６） 图２偏心受压正截面受弯承载力计算 近似于钢筋混凝土判断大小偏心受压，当 图３型钢混凝土检算程序流程图 Ｅ：ｔ－￣ 舁削力 时 ，ａ ＝／ ；当毛＞ 时，构件处 》的杆件给予 于小偏心受压，受拉或受压较小边的纵向钢筋和型 力荷载等情 ：０１０（６）囡 ｌｂ．－Ｊ￣． 堪勘测与设计 况下反复繁琐的设计过程，极大提高了设训 效率。 载包括：轨上建筑结构荷载、风荷载、温度荷载等； 轨下结构考虑列车活载、结构恒载（包括二期恒载） ４计算实例 等。由于温度荷载对结构内力有很大的影响，主要 对主力＋附加力工况下进行了检算。将截面信息、 以杭州东站地下通道型钢混凝土铁路刚架桥 杆件信息、荷载工况（表１）按照预先规定好的格式 为背景，利用ＳＲＣＣＰ进行计算分析。型钢混凝土 组成数据文件，利用ＳＲＣＣＰ可直接进行结构计算 刚架桥内力计算在整体有限元模型中完成。在整 并查看结果。由于篇幅关系，仅列出５根杆件，３种 体模型中，根据结构特点进行单元划分。结构外荷 截面在１种工况（主力＋附加力）下计算结果（表２）。 表ｌ杆件截面尺寸表 截面号 ｂ 受压钢筋 受拉钢筋 箍筋间距 箍筋面积 ｎ１ｍ ｍｍ ｍｍ ｍｍ ｍｍ ｎ１ｍ ｍｍ ｜｜ ｍｍ ｍｍ １ ３０００ １６００ ｌ２００ ４０ １３０ ２３７０ ４０ １５一 ２８ ｌ５一 ２８ １５０ ２２６ ２ ２５００ １２００ ｌ０００ ４０ １３０ ２３７０ ４０ １５一 ２８ １５．ｍ２８ １５０ ２２６ ３ ３４００ ２０００ １６００ ５０ １８０ ３２２０ ５０ １５一 ２８ １５一 ２８ １６０ ２ｌ０ 表２杆件计算结果表 杆 截 荷载（主力＋附加力） 弯曲承载力 斜截面承载力 受力形式 安全系数 最大裂缝 件 面 Ｎ Ｍｙ Ｎｙ Ｎ Ｍｙ Ｎｙ 号 号 ｋＮ ｋＮ・ｍ ｋＮ・ｍ ｋＮ・ｍ ｋＮ・ｍ ｜ ｜ ｜｜ ｍｍ １ ３ ２５５４ ３００００ ５４７ １．１０ｅ５ ３．５１ｅ４ 大偏心 ４＿３９ ４．９８ ６４．３ Ｏ．１８７ ２ ２ ７５４８ ５７８ ５４２０ ４．４５ｅ４ １．５２ｅ４ 大偏心 ６．０７ ９８．８ ２．８ ０．０４１ ３ ２ ｌ６００ ４５４０ ｌ７８２ ４．４５ｅ４ １．５２ｅ４ 大偏心 ７．４１ １Ｏ．５ ２５．Ｏ ０．１８７ ４ ３ １５００３９ ３４５０ ｜ １．１０ｅ５ ３．５１ｅ４ 大偏心 ｌ－３６ ２．５２ ｌ ｔ ５ １ ７５４８ ５７８４ ５４２０ ８．９０ｅ４ ２．３５ｅ４ 大偏心 ７．４８ １４．１ ４－３ ０．１８７ 注：表２中安全系数为容许承受的荷载和实际 用Ｃ语言编制型钢混凝土检算软件ＳＲＣＣＰ，经计算 承受荷载的比值。 验证满足实际工程计算精度要求。该程序通过批处 由于设计是个反复试算的过程，在实际的设计 理计算可极大提高设计效率，为类似设计提供便利。 过程中，经常需要修改某项参数查看结果，这时批 处理就显得尤为重要。该节给出ＳＲＣＣＰ在实际设 参考文献 计中的应用，由于每根杆件在结构中的位置、所承 担的荷载、截面尺寸等都不尽相同，这时应用 ［１］ＹＢ９０８２．９８．钢骨混凝土结构设计规程［Ｓ］．北京：中 国建筑工业出版社，１９９７ ＳＲＣＣＰ进行辅助设计时，只需要修改相应的数据文 ［２ＪＪＧＪ１３８—２００１．型钢混凝土组合结构技术规程［ｓ］．北 件运行程序即可查看结果，从而极大地提高了设计 京：中国建筑．Ｙ－业出版社，２００２ 效率。作者利用文献【４】中的部分例题进行验证，－ ［３］赵国藩．高等钢筋混凝土结构学［Ｍ】．北京：机械工业 出版社，２００５ 者计算结果一致，说明程序编写无误。 ［４］聂建国．钢与混凝土组合结构设计［Ｍ］．北京：中国建 筑工业出版社，２００８ ５结论 【５】赵世春．型钢混凝土组合结构计算原理［Ｍ】．成都：西 南交通大学出版社，２００４ ［６］姜维山，赵世春．型钢混凝土结构构件的研究［Ｊ］．铁 本文在 道科学与工程学报，２００４，ｏ１（ｏ１）：４４—５１ （ＪＧＪ１ ３８．２００１ 投稿日期：２０１０－６—１ｌ ＿匝铁道勘ｊ
