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$ ^' s* l7 a- u: D: w$ B; ^) T《Design of composite bridges with high strength steels and ultra-high performance fiber reinforced concrete》: j2 S0 v R5 k' o3 ?, ]
（Setra—— Eurosteel 2008 – Graz – September 3-5, 2008）
m/ E& C# t7 c高强钢材与极高性能纤维增强混凝土组合结构桥梁设计( F; `$ Q% W' \9 t2 G d
7 S& @0 x, n* D) @% b9 `- y
作者：AudePETEL Ludovic PICARD Florent IMBERTY Joël RAOUL% c4 ^$ l) ^* A5 Z+ z" ]# M
3 K, g& {4 U5 O$ t! ~- Q+ _9 H% n" J' o( G
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
# j/ u: Y8 f. F, y3 ]- F {
跨径接近法国最大的双主梁桥梁（(Trielsur Seine,Jassans, Centron)
/ H6 Z% |1 ?& ]4 d —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）
" n: [: v {& {+ T% v. S4 Z9 \$ [
8 R0 q5 I' H. L+ s5 q+ A6 O, Y
9 |2 \( ]2 D& z6 o" v
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
6 R! ?0 [# m8 H( t, j; M
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）
- b6 W! d! ^5 U+ t6 r
5 e7 r) }5 h9 J# Y/ m6 z, Z! u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
- \# L# X* I' P0 X3 |5 c/ r* V1 |6 f7 m
-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
3 w) v5 j7 k: G5 H) K* f3 M* K · 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）
& P+ |& B) Y8 O 第一座桥：疲劳验算
9 Z( p& Z8 L2 F! d4 H+ f$ O8 N. o5 Q" y• 假定
8 U L5 ]; h) \+ \% X7 D 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
$ D0 ?. I2 `0 L; _# N+ W- D
6 b, ~ h3 w% W. u1 B · 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
+ C3 N) e& p" f: c. X-竖向框架柱按照扭转屈曲设计
: [1 m& o7 M5 Y$ c h9 P" C: b( G
) X/ L& E" f8 Q* F- r
! Y+ D9 M! z9 ^( l
% O; b1 h2 l& V3 h1 M& u7 i$ J· 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
1 ]1 r0 W" d8 j, v: e$ 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
9 a5 ^& A' \3 ~6 k; V 第一座桥：重量对比
( _4 i3 q6 ?, T2 H2 {" K8 `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)
/ F9 q3 k2 c) n4 x, j' V: J$ ?/ s( @
# G$ G: l$ X3 u' X, {
& t' z+ q/ X6 r. U- f |
$ \7 {$ |/ r$ B! c
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7 z/ ~; k8 R$ D6 R5 z
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' E; F, q( g x9 S
. J; @( ?- H# f' f3 J0 J2 l7 \
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
f! O: q I, C$ V4 X2 _4 q' `; g! A% a 钢主梁板件布置
. D9 x/ n3 t% Y" k) t8 J 按照欧洲规范完成验证
6 p& M, k. k* s: ?& F2 e4 q0 \
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-
9 d) [' N& W1 P1 D) ~8 v5 Z
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
8 [) o5 Q$ j3 i: T9 `! R •一阶临界屈曲系数为αcr,op=4.72
* P- a6 F& w, b3 t•折减系数χop=0.731 (曲线d)
v; v2 J$ q$ c! `0 M· 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
# \* \+ Z& b$ R. z" l, T: g
5 L: t* ]8 X5 V, o临界稳定系数
" D% A8 V9 O; K 第二座桥：重量对比
0 P8 G+ s( `$ m( T; W
6 S4 I" w: X7 U1 v1 b: `3 D
对比桥梁 : r2 ]& N- |. a9 _! J( ~- u
– 相同跨径1 c/ S( g. R% P, {
– 全断面S4606 E* H2 S1 n7 N2 W9 _% p
, K; ~/ c% x, y6 J$ o y/ V% a# A
9 X* O8 p! }/ h1 R6 B5 D, W
|
J/ Z3 U2 ^( a! k2 l! g9 p | 改进型桥梁2$ H, \6 q( h3 ~/ }8 g% ~: ~
| 对比桥梁
; \% \ ?7 P! {6 [' `9 c$ ~ | 重量减轻
( m" s* x$ E1 L* j) y; w |
混凝土桥面板
9 @: u; Y1 G& J- _4 Z7 t. ~ | 混凝土+钢束
6 ?$ W( H6 y0 E- r | 3850吨! O. W+ _0 G& R. c
| 4280吨
( z/ `( {, h% E1 K) @( K9 h | 10%
( w. M" ]: B5 m: u$ Y |
结构钢材 @1 ?+ J9 m( i0 D
| I型梁钢材
- ^" y/ K9 w$ z% M" v | 990吨
% x$ z9 ]. `" G9 ?- \. t' h | 1390吨
/ t4 r* j# p! Q. z. ~+ ~2 R | 42%
# u6 t/ t3 ^2 m |
* p8 o+ Z/ T3 b; l2 F
| 横撑
# j0 C) _ K, M/ w4 t4 o1 y | 192吨! Y" e/ \3 Y" W& x6 B* j: X
| 652吨
1 z4 l4 `" Q8 y- w, }8 b | 42%
# {( i5 c, H1 L3 [ |
非结构性设备. W( N: C* w1 L$ m5 [: h
| 非结构性设备# C' p5 Y9 l0 O+ q" f3 S3 W
| 1270吨
/ B) q5 r! r/ j( F | 2130吨- P; ?7 q- u, v" r5 v
| 40%
, g! @0 B) y2 T, _( D0 _+ L |
板+结构钢+非结构性设备
& C7 t$ E Q- K+ r' e | 桥梁总重
* v! J3 U6 T7 D0 b0 T" F | 6290吨5 w) r- {& {7 j: o" P- J
| 8450吨& m+ e/ e5 O, \! u6 H
| 26%& i( h3 }$ b1 G5 @/ W: N
|
" K; }$ n7 r. Q- o1 h
- 结论
- · 钢材
8 K7 w9 F7 F* N6 ]& ?% q
. W' x4 R4 m/ m* s' H# P
重量减轻：大约40%
/ _% j8 c) ]4 C& b9 p. f1 C8 g% t-成本降低：大约25%
% e3 x5 L( x+ t) c6 O' D, `1 o- · 混凝土* n- p S3 y" l, l. `* v# z
· 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
! B4 i9 K" g* X7 L/ l
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡
