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翻译自一份ppt， e0 z' d( ~5 }7 M% Y# a$ m* Y8 \
《Design of composite bridges with high strength steels and ultra-high performance fiber reinforced concrete》 ]9 {6 @) }, Z& _: g. G6 L2 A
（Setra—— Eurosteel 2008 – Graz – September 3-5, 2008）
& s2 Q# ]6 D$ c2 Y# e& f
高强钢材与极高性能纤维增强混凝土组合结构桥梁设计
4 {% S: I8 S# x1 {0 L* ~" ?$ C
( V$ M# {5 i: K% n! R作者：AudePETEL Ludovic PICARD Florent IMBERTY Joël RAOUL) v9 j' [0 S8 e9 a/ U
0 G. V7 w* H9 S) L内容
· 简介
· 横向截面及混凝土板
· 1st桥（64-88-64m）
· 2nd桥（95-130-95m）
· 结论
1、简介
1.1 研究背景
—S460钢材在15年前就已在法国桥梁中经常被使用
—S690在法国标准中已存在了30年，但仍未见在法国桥梁结构中使用；
—欧规1993-1-5中提到的混合桥梁在法国仍未被使用。
1.2 两座桥介绍
· 1st桥（64-88-64m）
与阿维尼翁附近的一座建于2007~2008年的法国桥梁有相同的跨径和横断面
· 2nd（95-130-95m）
与第一座桥有相同的断面
r8 t1 G& }* N) t% e2 U8 T& L6 x- f跨径接近法国最大的双主梁桥梁（(Trielsur Seine,Jassans, Centron)
' D4 R, e4 L! z6 N- _ —总宽度：21.5m
—横坡：双向2%
—主梁中心间距14.3m
—单侧悬臂长度3.6m
非结构设备：
—沥青混凝土：6cm
—无防水层
—防撞护栏及混凝土基座
—外侧框架（标准重度38kN/m）
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3 F# l2 x* K+ r4 E3 { + I! I: D c: E- Q& A3 B. b
混凝土板
受法国国家项目MIKT支持？启发？
—形状：厚度方向华夫格分割
—材料：极高性能纤维增强混凝土（UHPFRC）
—纵向及横向肋板（间距0.6m）
—肋板厚度：底部7cm，顶部10cm
—上部板：5cm厚
—预制节段连接
—横向预应力采用体内束
—板纵向预应力采用体外束
—预制节段长宽为21.5m×2.5m
" j( |; W( d" m1 p0 {: ~ 混凝土板
板宽21.5m
-横坡- >板厚从40cm至61.5cm
-横向内部钢束采用T15S
· 每根肋的顶部有3束
· 底部有2束（除外翼缘部分）
) K! ~$ D3 C' Q% t' ?; _ R
7 u0 O7 |* N7 i* ~
第一座桥（64m-88m-64m）
· 纵向体外预应力及支点降落法
-12束12T15S体外预应力钢束穿越横向肋
-两个中间支座降落0.8m
->收缩徐变过后板中存在8.3MPa压应力
· 主梁
3.5m高，翼缘1.2m宽
· 混合钢梁
) _7 ]6 A" K% Z-跨中有较大拉应力，需要采用S460等级钢材
-支点附近为了提高横向扭转屈曲系数，也需要采用S460等级钢材
q5 y+ @5 U1 N$ C4 K( K% d6 u6 P · 施工步骤
1）架设钢梁
2）安装2.5m长21.5m宽的桥面板件
3）张拉纵向钢束
4）连接混凝土桥面板与钢梁结构
5）降落中支点
6）安装非结构性设备。
· 钢主梁板件布置
按照欧洲规范完成验证
1）承载能力极限及正常使用极限状态下钢结构部分应力；
2）UHPFRC板中的应力；
3）疲劳验算；
4）横向框架-侧向扭转屈曲（LTB）
* L7 E! N: O9 d( P2 H9 W/ Y2 {
第一座桥：疲劳验算
3 _3 U1 ?7 N8 p& i
• 假定
6 X- \9 \4 N8 w, N2 ?& b- ^ 标准疲劳车设置位置
-欧规1991-2中的疲劳荷载模型3
-交通分类n°2（卡车中等流量）->每根慢速车道上的重载车辆数量为0.5.106
•研究的疲劳构造细节
R) X; c6 _$ e( j& K5 T
" P/ }; Z- Y6 X4 m
· 组合梁中和轴通常靠近上翼缘
->大正应力区域仅存于钢梁下翼缘中
->剪应力区域不大
· 疲劳不控制设计
（依照疲劳强度至少还有15%的富余度）
· 横撑框架-每个横撑框架都是由两侧的竖向T肋和钢梁半高处设置的横梁构成的
-横撑框架每8m设置一道，中支点附近4m处额外增加二道
# ?: [1 t, _* H& L-竖向框架柱按照扭转屈曲设计
/ B. B: ^7 N; d) ~0 g! |) z
5 I. F/ Y$ G: f( L9 w, ]4 A- C& b* O* T
1 ~1 Q% j; L! h9 K+ K
· 横向扭转屈曲验算
-通过FEA分析研究，确定下翼缘屈曲模态，以及相应的最小临界屈曲系数αcr，op
-FEA研究=下翼缘采用杆单元建模，并施加法向正应力对应于承载能力极限状态应力，
横撑框架采用离散的弹簧单元模拟。
•一阶临界屈曲系数为αcr,op =7.20
- y! V4 j- @" [ m, [5 b" s n
•折减系数χop =0.825 (曲线d)
•下翼缘最大正应力: 306MPa,下翼缘屈服强度: 410MPa (钢材等级 S460 ML, 考虑翼缘厚度为75mm)
-> 最小放大系数为αult,k =1.34
临界稳定系数
2 H- w/ {% X' T0 ^; y- M
第一座桥：重量对比
6 O" h8 y3 J" e" m/ Z* D' Y* q对比桥梁 :
– 相同跨径
– 支点附近采用全断面S460，其余截面采用S355(非混合梁)
. ]: l( e3 w5 i n) O' r
( S& \ d5 o& {
5 }6 U4 q! n9 n& p" M9 ~9 w7 ^3 d | 1 E! w8 Q6 h) M u
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5 @& X+ B5 P5 X0 X- y' f
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: Q* A) o* A F$ Q' i第二座桥 (95 m –130 m – 95 m)
· 纵向体外预应力及支点降落法
-30束12T15S体外预应力钢束穿越横向肋
-两个中间支座降落1.2m
->收缩徐变过后板中存在14.3MPa压应力
· 主梁
5m高，翼缘1.3m宽
· 混合钢梁
-跨中有较大拉应力，需要采用S690等级钢材
-支点附近为了提高横向扭转屈曲系数，也需要采用S690等级钢材
$ y, |# t. H% n* a 钢主梁板件布置
Y6 Q( x F# ?- ~6 E
按照欧洲规范完成验证
, K, I9 ?; B( c J, V
1）同第一座桥；
2）（由于欧洲规范1994-2中钢材强度的范围是到S460）因此组合截面的抗力被限制在弹性抗力范围内，也就是S690等级钢材适用的范围。
3）疲劳破坏的风险远小于第一座桥->不需验证
· 横撑框架-
8 V; d& i$ Q/ E/ A5 [$ L8 d同第一座桥，横撑框架每8m设置一道，每个中支点附近4m和12m处额外增加4道
1 G) I9 ~' g% W# a •一阶临界屈曲系数为αcr,op=4.72
1 l2 \8 t/ q/ Y; }" Q•折减系数χop=0.731 (曲线d)
: T- D4 v* F/ W0 X
· 下翼缘最大正应力:451MPa,下翼缘屈服强度:690MPa-> 最小放大系数为αult,k = 1.53
+ h# q$ \$ q7 m2 Y. u3 t4 o
$ l4 _0 W/ m, _3 E3 ~5 @临界稳定系数
0 e$ E; G+ Q5 h5 {) z8 v
第二座桥：重量对比
6 R, }. T# `0 A0 H- w
: f M; o! j) z! [. x4 E7 g对比桥梁 :
& u1 a' U9 Z' I9 w3 j2 E: b+ d– 相同跨径; N$ ?: Q3 v. X4 m
– 全断面S4600 ~4 J1 ~4 O$ o/ ^9 r0 T, E5 x) H, d
8 D9 w% [# u" {$ M5 B% p
& X4 \2 O7 ^, `$ E4 {9 K | / @% N3 x* P% R3 g+ z/ r
| 改进型桥梁2/ g3 j( h. Z9 m1 y1 \1 x0 {
| 对比桥梁
" |: {# W w9 W | 重量减轻
- m: ]2 D4 n9 z& A/ Y7 W1 Z |
混凝土桥面板4 v" ^; {; z' u' Z
| 混凝土+钢束9 b7 h w! M& p7 a
| 3850吨
1 ]1 D' c# d; `* [9 d- {! { | 4280吨8 ]: F1 X/ m' }" X+ y$ e
| 10%
( U6 `! {8 D7 F' K) ]) V5 P |
结构钢材
" Q1 X8 v$ N% v# w& D& I; @ | I型梁钢材0 D5 o1 i9 |+ l) x
| 990吨
) n3 t4 j% Q, W; \5 {8 u; F | 1390吨
& C/ D5 x, C! Z. G, A( p; P) R | 42%) `- T! P. `9 Q0 `; i+ O
|
& g& F* U. g3 |; ]: X" `0 Y9 ^ | 横撑9 i5 J: a8 F+ Y1 R; F& _
| 192吨* J* U, |- x' s% Y- y
| 652吨
9 h/ F" `# ?- ]/ y) `, W | 42%+ s# l* D9 o3 O9 X, V4 l
|
非结构性设备' Z* J9 m: ?; G! L4 ?( {9 |
| 非结构性设备, f- u1 y/ e2 J1 [* ^
| 1270吨
; P) Z" @/ u1 ]) J: W) r+ D! n | 2130吨
; G5 W# K0 W6 v( N( R | 40%6 m2 ]1 p/ ]" N
|
板+结构钢+非结构性设备! p ?5 ~! r. D1 ^) i
| 桥梁总重2 e" W U/ F8 J
| 6290吨
7 u* D3 M1 f0 W! I( n8 X q | 8450吨; ^) u1 f( o" Z0 z) {" p; K
| 26%
0 l- g# v- P" y1 M |
0 w0 l$ J, D- ]% Z+ o- 结论
- · 钢材: ^! w. z* v: U% n" k+ _5 T
% h v* p( a: I! _* D重量减轻：大约40%
& B5 U3 v" a: m/ y; P. i-成本降低：大约25%7 F r% V5 M C# @
- · 混凝土
0 P1 H6 g P; e! P# ^
· 材料节省（主要是钢材）
· 上部结构更轻->桥墩截面及基础减小
· 运输材料更少
" o* m- H' ~1 Z
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡
