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1 E' V% c! [+ ~4 o) X1 G翻译自一份ppt，% j) l) V. [- q+ Q# q# ^/ X
《Design of composite bridges with high strength steels and ultra-high performance fiber reinforced concrete》
% `; U& Y, K& B8 o8 c（Setra—— Eurosteel 2008 – Graz – September 3-5, 2008）
8 s' T+ @0 }; X" J3 C3 _) z6 S
高强钢材与极高性能纤维增强混凝土组合结构桥梁设计
# ^( ~1 E5 }5 U
1 m8 z* D3 q# D作者：AudePETEL Ludovic PICARD Florent IMBERTY Joël RAOUL
7 H- c6 w* F1 b. J$ V& m- P5 S
+ {0 ?( p4 w2 u5 ?+ }2 n" `3 B$ m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
& |' O( f- i! l2 O2 \
跨径接近法国最大的双主梁桥梁（(Trielsur Seine,Jassans, Centron)
X( i& V, f, }$ z }$ S6 Y1 h& c t —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）
& Y7 Q+ Z5 Z' j' |, O" ^
1 y, A N7 _8 S0 i9 a
8 Z' }- c# C. r
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
7 b5 E. i0 K* H( M2 S0 R! z* l 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）
, `# d# m5 s$ Z9 u. {8 [( M' W
& D" T/ A9 a1 n' P! _
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
, y9 w; V* V4 h8 C5 Q/ e8 B-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
- a% E; i9 P, \; X2 h" D · 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）
( [- V/ z) t* q9 W5 j" e6 d 第一座桥：疲劳验算
& k8 `2 z5 k; ~. D• 假定
8 ?! r7 @( ]7 N1 I% e% ?- y 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
1 ^7 P* D. E) m$ `) h& e+ }7 f# A1 \
4 n# L8 [7 p$ D6 N · 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
/ H& v; j6 f9 x2 ?; ]-竖向框架柱按照扭转屈曲设计
$ r: k& s2 t' S5 J' F# t
6 O. l. ?9 u; }$ |+ l3 [3 N5 @; u8 {1 F
! b, Z% F0 d! _( R. M+ C$ L& N· 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
$ t) o* E: r% p( D% O& s
•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
1 w& \7 C: E9 R+ z# b c# a& p% ^
第一座桥：重量对比
# s6 S- H& j: H- B- }
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)
* \+ u1 C7 I: W
4 s8 C8 z9 }3 i" ?& [. d
6 n. [2 Y' Q/ {& b | $ B% N" r7 Z1 L3 t% |) g% ^# V
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7 D8 |7 d& S1 {! Y' z' q' k
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7 H5 X' o+ e* `* d6 Q2 C5 w$ }
( @: n- Y8 I @4 u% ]- G7 T7 X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
. e4 ~: d; o4 Z2 V$ S8 p. ^4 S 钢主梁板件布置
2 X+ Z$ q: _1 e; P L1 t 按照欧洲规范完成验证
7 N# x, A0 K8 `& M- q- [ A
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-
T$ w. A2 e/ ]7 S0 ^" \3 i$ o2 @
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
% Q- n/ z% {+ S% w [4 G; H8 ~ •一阶临界屈曲系数为αcr,op=4.72
7 W0 @3 h( @* w
•折减系数χop=0.731 (曲线d)
! b2 c1 z) e5 y& [
· 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
2 {2 q- h" C' S: K5 M
A! h l, n( S+ s6 ^9 Q1 N临界稳定系数
/ E/ y0 Q6 w( E9 j: j2 F
第二座桥：重量对比
$ S$ {; \; R- w
8 w) p' x' n" s- ^. X* N1 T& U( d
对比桥梁 :
/ M" i) |* R9 h- ^" z5 }' g– 相同跨径! q6 {3 A% m I; x. F
– 全断面S460
; |! ]6 Z: \ Z. i6 L" _
- R6 j: N+ e# |3 e
' @- i$ N9 f, P4 r! S' B | 6 K- X) V6 d1 S) x# [1 B
| 改进型桥梁2# V1 k7 E1 E: _0 R+ [
| 对比桥梁4 E9 j2 q7 V7 Z6 }
| 重量减轻
( |: X( T8 r% P! n( m |
混凝土桥面板
& c/ u- @5 z* D. Y( _& W$ y | 混凝土+钢束
2 z a# ?( h2 C& P* m1 N" P" N | 3850吨
2 j/ g; ?8 c0 J. F7 w, U | 4280吨1 ?0 H( W) U# z9 W" `
| 10%3 U+ j5 h& E: z# ?1 Y! U
|
结构钢材
3 z8 q* f6 t# @% W% I0 \ | I型梁钢材
; C+ h. d8 P4 Q6 u | 990吨
, p1 f$ y: ^$ t$ U! Y | 1390吨
' I! t3 `2 R z5 r' c9 v+ i | 42%" ?& V3 G; a, P0 d& s3 v! ^) R
|
) N5 i' H9 Y( Y* t* \! e5 Y5 N | 横撑+ k) H, A5 j( U
| 192吨$ r6 s* k: x9 E# S
| 652吨% H# C# Z( p! ?+ ]
| 42%
! K4 E+ z* G( |( Y |
非结构性设备% t6 l0 ?3 b+ ]7 [; m& i
| 非结构性设备( R/ i/ `4 K t% I9 `
| 1270吨7 Y! }8 `- L a3 E" D; q2 s2 q v( o
| 2130吨6 B& P0 H; E' C
| 40%: K' B( E9 D w$ [: h" d, R
|
板+结构钢+非结构性设备' y: q p0 c: ~
| 桥梁总重
( ]& ~3 W5 f" L | 6290吨
1 T/ A1 m& L1 ~( x% n | 8450吨
0 I% P9 Q" R7 | | 26%1 A, c. T" a: R5 E* ]% P% @) p
|
* K8 s' ^! d$ G W- 结论
- · 钢材
' N% x$ H& k. G# y4 ^) Z- W7 S9 b
/ y( N, h5 a; f# P$ c2 S$ x* Z重量减轻：大约40%) Y. n$ Q' f" U% V
-成本降低：大约25%
3 r4 x2 W. `- B/ o+ V8 o' F- · 混凝土
" x5 p" C; ^2 E( Y" @0 b
· 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
3 r. R& N, H! O) d& x1 L8 O; n0 z# k
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡
