高强钢材与极高性能纤维增强混凝土组合结构桥梁设计

翻译自一份ppt，
, E! P& r; B  V" `3 t6 G% ~《Design of composite bridges with high strength steels and ultra-high performance fiber reinforced concrete》
4 d) `7 A' m3 a( ?$ a: O（Setra—— Eurosteel 2008 – Graz – September 3-5, 2008）
6 p) x7 s& |  A# d6 x1 H高强钢材与极高性能纤维增强混凝土组合结构桥梁设计

* J' |; z+ E/ o9 `0 ?7 g+ v6 m' a作者：AudePETEL      Ludovic PICARD            Florent IMBERTY                 Joël RAOUL
& V& U9 x7 [  m* ?3 g: E6 s# d$ A
1 j9 t" G8 x' z, G2 J

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

6 Y$ l$ |# q6 @

跨径接近法国最大的双主梁桥梁（(Trielsur Seine,Jassans, Centron)

1 q- N& s: D/ m

—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）

# y' ?/ Y% F0 j

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

9 E; u. X- L* J! C

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）

% l4 J, r+ [& @3 t8 {

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

3 p& x( H* A* {( E  [* z, g

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

; M0 k' v  D* L. g& u8 F+ G

( v/ s0 L, W& w

·        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

" D5 e! v$ `# P" q

-竖向框架柱按照扭转屈曲设计

: z2 g! l  J! h. v: ?

·        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

9 q( ?- N* K$ 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

第一座桥：重量对比

( S9 X; C* T; e9 l% R

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

+ a. M$ {$ l+ D4 w

钢主梁板件布置

按照欧洲规范完成验证

4 x" D1 c  I( g8 Y( {4 O

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 g2 e* n, e0 _, g: \! Q

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)

$ g: P. h5 q# u. j& E8 t  C( {

·        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

; S# G) j) n$ B% ]

临界稳定系数

第二座桥：重量对比

' O" g' ~+ n( B+ Z0 z4 ?
# j. i7 g1 z5 U8 b7 b: s对比桥梁 :
, h/ N6 R4 f) w, D5 C: {- C9 w– 相同跨径
– 全断面S460
# T/ k8 S9 K% C  b- L9 Z

		改进型桥梁2 . S& U/ o. j6 `+ ?	对比桥梁 7 \% P$ o/ E, q	重量减轻 " e: U4 {5 Y; W* g
混凝土桥面板 + E/ n6 ^& M: j7 F- \, l2 \	混凝土+钢束   J9 D2 Q9 e& S5 f+ S+ [4 `- {  A	3850吨 % x& P1 P% n2 l$ \5 Q	4280吨 . ]  \) Y, i' H; o' M% @$ ?: r0 ~	10%   B) H1 e0 d( c3 Z. w& C
结构钢材 4 R2 ?( |2 \: s# g3 \	I型梁钢材 2 e: i/ T0 {. X	990吨 $ u: |( h) ?5 i& |* \+ K	1390吨 0 e, k* |& G: }) i. h! s# x	42%
	横撑	192吨	652吨	42%
非结构性设备 $ x) l7 k9 B2 z+ _' _	非结构性设备 4 {6 K' v4 e; I, t8 Q/ C3 R	1270吨 , F% Q  @# x+ `) Z	2130吨 ' |# l( I* I( z2 ]	40% ) D& f2 `, t. t, b/ r. L
板+结构钢+非结构性设备 : @5 X( Y& K0 }% D	桥梁总重 - J# d! d, i* q9 _! g- F	6290吨 % P* s& d, l  y4 u	8450吨	26% 9 P3 P) j' x! s, E+ e' y- W, U7 G

• 结论
• ·  钢材
  % s5 u# K) ^+ G

7 g4 T) v: N) T) H重量减轻：大约40%
, Y1 w1 ^) I7 \. l: ^1 |-成本降低：大约25%
7 }# X. q. z" v0 I2 L) T  Z

• ·   混凝土
  4 g/ ~( R# G* ~$ ]

-桥面板比通常采用形式减轻：12%
-预制->可靠度更高
6 @) s, e" b) t0 S-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

我也在这里补充个关于UHPC的文献，希望有帮助。
/ f. I8 u$ g' x: s

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

好东西啊，谢谢楼主

推荐一本专门研究这种材料应用的书
- p7 Y% X  S* X) {6 Z1 ]; GDesigning and Building with UHPFRC-State of the art and development
Edited by Francais Toutlemonde， Jacques Resplendino
出版社Wiley

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  F0 z" S) ^1 J% r* _ultra-high performance fiber reinforced concrete

国外的东西，学习一下

有关混合钢梁的内容可见
: z) `( Z- z5 a# l$ zDesign of hybrid steel girders 混合钢梁设计
3 k, p) {1 l3 W% \( ?+ ]1 X, u( ]http://www.bridgehead.com.cn/for ... 40&fromuid=5962

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。
, ?0 Z$ A# a( _/ x# h