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9 S, l6 c4 K F4 K* o6 V7 Z- h; q- \翻译自一份ppt，6 @- V2 q6 {! j3 G0 N
《Design of composite bridges with high strength steels and ultra-high performance fiber reinforced concrete》, P {& M; M; U4 Q
（Setra—— Eurosteel 2008 – Graz – September 3-5, 2008）
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高强钢材与极高性能纤维增强混凝土组合结构桥梁设计
( I* W3 k5 I0 e/ y) K
7 J# w# W& U0 v作者：AudePETEL Ludovic PICARD Florent IMBERTY Joël RAOUL
; B G; f/ k. l
$ G6 p' c% g6 U3 ^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
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跨径接近法国最大的双主梁桥梁（(Trielsur Seine,Jassans, Centron)
' F7 n' o+ P7 h6 P$ ` —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）
4 K/ B/ z) h5 {' \% K) v
) Z3 @1 b4 ^; [- \- A4 X
4 H2 [; s4 |1 ]$ u( I7 \
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
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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）
" G$ Z' i) q9 a+ @, v
1 n7 g+ c7 w1 f6 E
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
; {8 y( z; ~% m) z3 [ V-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
1 R: u' q" d9 {# q% Z1 t · 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）
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第一座桥：疲劳验算
! H+ N8 Y0 ]8 w* E) A' }8 z6 i* ~
• 假定
* r2 y3 ]5 d0 t# [7 Y! n; h! P: Z 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
+ ^) t' F1 Q2 p* i* y8 r5 s' q& F
& J+ J# J8 U W( k2 l
· 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
: t( X9 H5 p# t4 Z& j) W-竖向框架柱按照扭转屈曲设计
; N1 o5 w3 e7 v
1 ^( R! n0 \( p/ i
' V' R9 ]. r6 Q8 z- y( o6 n ~
- d$ y8 A: }& S' m: ^· 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
' D# o7 l5 Y9 l; Z- \% T •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
% i4 U4 y" ]0 l6 w- ?7 o0 [. n 第一座桥：重量对比
' J) @0 I& b2 {% C5 g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)
+ ~( n1 V1 b8 k& w0 m; k1 ^; w' Y6 i$ s
3 c% T: x5 D& A, p4 I9 K4 L) I" i |
- z; S3 M6 x8 G1 q( p' a
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, M& I, L& Q& @% M) i* E- _; E* C
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8 A" M+ h* J; t% Y. V& N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
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钢主梁板件布置
* h4 k- m& i1 ]5 p) {, q& l! ]
按照欧洲规范完成验证
- v2 ]! j1 \: V) j
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-
) c$ \+ z. M5 _% O
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
& v0 o# v% y! |1 q
•一阶临界屈曲系数为αcr,op=4.72
3 g/ z" a1 ?8 |* s5 W! [7 y
•折减系数χop=0.731 (曲线d)
+ `0 ~( O$ J# K1 K" F
· 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
) o) S4 ]+ @+ s' p6 P& J B* ~" a( I& N$ a) } i [0 m
临界稳定系数
_/ `+ ?" P/ S' w2 M( K* ]' | 第二座桥：重量对比
3 `( R( t( s3 ?& `3 V
) H& @! y% R7 F2 N- P; [% |对比桥梁 :- t9 J. E4 o* u ]3 I- a3 |9 ~
– 相同跨径3 z( l, d$ }/ Z" @' W
– 全断面S460
4 N. P' \' z- f8 s! A 2 m, a# U( w* b/ e% m
0 E+ M9 @7 Y; A1 V
|
, y: p* b; S( t3 w9 E( q7 ^ | 改进型桥梁2
, U! [7 D i; l9 B5 O | 对比桥梁
) `# R; h# V. q' I+ @% n | 重量减轻$ u; Y* I6 L3 B8 f
|
混凝土桥面板( M2 r2 a2 E5 f: x. B0 k/ d7 F
| 混凝土+钢束
4 X# A# K% |4 m) Z# j | 3850吨, m- V$ T+ o' t- O
| 4280吨
3 F9 \, z6 ]* \5 O | 10%, t7 p, c! c- d" g- Z# U
|
结构钢材+ D" k% q' u( L* m; \1 s
| I型梁钢材
, h6 b2 u9 p( o6 \ | 990吨
8 ]; `* Q$ Q6 |# Q- Y9 D | 1390吨" h$ o! o* o9 F5 V0 R
| 42%. r( x& x; k" l# i
|
* a6 G) ~2 o9 T. }- ? o0 \) r
| 横撑
( @: `( T3 {' T8 A | 192吨
& F3 r3 n6 f" \, b+ v | 652吨
( I5 q% B; r- D | 42%8 B6 F/ ~" l5 `: y3 H9 u0 Y) d$ H9 y7 g
|
非结构性设备2 l) H) y9 y" K# S: H
| 非结构性设备
6 N, d9 l' [6 p: ]) B3 n" i% X | 1270吨
& \ | d+ ?; E8 c | 2130吨
3 v- x* m2 \6 [$ i | 40%
3 Q) o5 B3 ^1 v$ m6 I' f/ E1 w |
板+结构钢+非结构性设备
" V3 o1 C, r3 G) {# N0 O | 桥梁总重+ t& x: [" u/ z* M& V
| 6290吨
! H$ B. J5 B9 M- J: L7 z | 8450吨4 C# h. F$ ~$ X5 n- a4 v1 s
| 26%
2 z" d2 W, }( S |
/ J! C: l! U! {( y
- 结论
- · 钢材
1 A$ u1 \8 a% B4 c
+ Q) f: `+ ^ W! g+ ]8 p& O重量减轻：大约40%
2 `; j0 i/ W J2 K$ f. H0 C% z, |-成本降低：大约25%
7 u1 D. o( t3 g5 e! V7 w* {- · 混凝土
) ~1 j9 w, w- S& y3 d/ S9 m
· 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
0 K) B: z0 Q" l' q9 J, i l
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡
