高强钢材与极高性能纤维增强混凝土组合结构桥梁设计
本帖最后由 cjcc 于 2014-10-23 12:32 编辑翻译自一份ppt，
《Design of composite bridges with high strength steels and ultra-high performance fiber reinforced concrete》
（Setra—— Eurosteel 2008 – Graz – September 3-5, 2008）
高强钢材与极高性能纤维增强混凝土组合结构桥梁设计
作者：AudePETEL Ludovic PICARD Florent IMBERTY Joël RAOUL
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
跨径接近法国最大的双主梁桥梁（(Trielsur Seine,Jassans, Centron)
—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）
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
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）
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
-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
· 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）
第一座桥：疲劳验算
• 假定
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
· 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
-竖向框架柱按照扭转屈曲设计
· 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
•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
第一座桥：重量对比
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)
改进型桥梁1对比桥梁重量减轻
混凝土桥面板混凝土+钢束2530吨2890吨12%
结构钢材I型梁钢材600吨830吨38%
横撑83吨271吨38%
非结构性设备非结构性设备880吨1480吨41%
板+结构钢+非结构性设备桥梁总重4100吨5470吨25%
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
钢主梁板件布置
按照欧洲规范完成验证
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-
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
•一阶临界屈曲系数为αcr,op=4.72
•折减系数χop=0.731 (曲线d)
· 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
临界稳定系数
第二座桥：重量对比
对比桥梁 :
– 相同跨径
– 全断面S460
改进型桥梁2
对比桥梁
重量减轻
混凝土桥面板
混凝土+钢束
3850吨
4280吨
10%
结构钢材
I型梁钢材
990吨
1390吨
42%
横撑
192吨
652吨
42%
非结构性设备
非结构性设备
1270吨
2130吨
40%
板+结构钢+非结构性设备
桥梁总重
6290吨
8450吨
26%
[*]结论
[*]·钢材
重量减轻：大约40%
-成本降低：大约25%
[*]· 混凝土
-桥面板比通常采用形式减轻：12%
-预制->可靠度更高
-UHPFRC非常贵
· 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
附上相关的ppt，可对应查看。
水平有限，翻译不当之处还望不吝赐教。
有关混合钢梁的内容可见
Design of hybrid steel girders 混合钢梁设计
http://www.bridgehead.com.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=52040&fromuid=5962 国外的东西，学习一下 添加一个UHPC的标签
ultra-high performance fiber reinforced concrete 推荐一本专门研究这种材料应用的书
Designing and Building with UHPFRC-State of the art and development
Edited by Francais Toutlemonde， Jacques Resplendino
出版社Wiley 好东西啊，谢谢楼主 cjcc 发表于 2015-5-29 15:20
推荐一本专门研究这种材料应用的书
Designing and Building with UHPFRC-State of the art and developmen ...
这本书很好，谢谢楼主提供，期待更多的资料，希望能和楼主有更多交流
我也在这里补充个关于UHPC的文献，希望有帮助。
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