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翻译自一份ppt， ? B I* \5 e
《Design of composite bridges with high strength steels and ultra-high performance fiber reinforced concrete》& h3 k% |1 h4 W3 _6 \
（Setra—— Eurosteel 2008 – Graz – September 3-5, 2008）
) {' ^- p7 \9 p! K1 I
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 d: N2 S( A/ H9 p
& h0 Q& s4 V" B* l, v
作者：AudePETEL Ludovic PICARD Florent IMBERTY Joël RAOUL) U$ G/ Q& @: x+ F
0 E! l! B1 A4 j, Q) @
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
! u# B3 [' m- @, x$ j+ l5 T跨径接近法国最大的双主梁桥梁（(Trielsur Seine,Jassans, Centron)
, P7 U6 `* H) g* O$ @+ }% C* j
—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）
: |; h: H( r! E; y9 {! B
2 R1 o# w$ d- M9 s7 g m
, B0 `; L, ^$ |$ Q+ X N
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
8 e, ~) H, K W( z% v3 n 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）
* {) d1 K" a6 k2 F* c! { [
0 f( M4 y- t4 H- |/ K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
& W3 z) W7 E, N6 a- I-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
P B5 p/ ~& a1 ~$ g8 P
· 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）
' w" i- {! Y% X 第一座桥：疲劳验算
3 z) s2 O) c: Y; x6 `• 假定
4 S* W! W/ d( L+ U 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
5 Y9 s8 Y) U1 k2 L- N! y
+ O2 G3 s5 E& E3 I+ Z
· 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
6 p0 l u9 t0 S9 U: K w$ e
-竖向框架柱按照扭转屈曲设计
# n: S& Q) V6 u. v3 L/ z5 a5 u$ ^9 Q
' ]' e4 E1 m5 t1 o4 W
$ e3 N& j4 H0 E& {7 x( s; _' } s
s# w5 [) u) b% q
· 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
2 h% ?2 E# N; 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
4 p3 k# H: C( i r; e% v 第一座桥：重量对比
+ Q* z/ v) K, ?5 }+ v: m" k0 t
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)
- j, w0 K) L9 f n: S
: Z2 A k; R4 T* [( L 4 W/ z6 b5 z6 [5 @
| 1 L% O* \5 s- _4 f
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$ a6 t3 l$ D3 i3 J! k
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9 m% {3 `8 c* H- l) j# m( A# ]6 x
% O) E/ L8 j2 o6 v) O2 O) w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
7 R9 p1 m9 p# X1 ^% M* u# w 钢主梁板件布置
5 w% ^5 Y7 S5 v' H( A2 j8 F
按照欧洲规范完成验证
) p( i" M$ P) }3 R g" 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-
4 f+ R; @$ Z6 e$ p1 z, ]$ 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
* }2 w* e' {/ ^' S6 d! U
•一阶临界屈曲系数为αcr,op=4.72
0 F; j m6 a" B- s* t8 D
•折减系数χop=0.731 (曲线d)
9 j+ S% z& C$ z- K7 {· 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
5 M2 j9 P5 q2 x H/ L1 k" b; g% Q
' z+ `5 Y: ~/ [ w2 @7 n. J& _临界稳定系数
, \! P; p; b# `' `9 a4 B+ Z 第二座桥：重量对比
4 K, x4 P& B f( C% ^7 R2 [& \
9 ^: r+ i6 `5 ` B0 j n! u% x+ Y对比桥梁 :
& C& z- {! W- S9 Q5 x0 z. G7 @1 `– 相同跨径$ }# K- d" Q% w; f
– 全断面S460
& c$ j- R+ i3 Z / Q( z7 e) @- b, @" o! D
4 e1 ]* x2 w. n" i1 k. p
|
6 f& x9 u" k1 a4 [1 U | 改进型桥梁2
+ ?* ]0 U4 R \5 j/ Z: Y | 对比桥梁
. N U( r4 z0 M& ?4 r! N0 I) \ | 重量减轻
. P% v" ]* ?* T1 ~ |
混凝土桥面板) {, e3 m+ d" `& C$ z
| 混凝土+钢束. m: d8 S8 l4 d0 o" N- o
| 3850吨8 |1 A3 ^! b9 \/ n, a; I& G V% ?+ j' f
| 4280吨/ w$ K* h4 r q2 t* W1 O
| 10%5 e9 U8 Z" O# x3 I6 G9 H6 @
|
结构钢材7 a6 n' A( O0 I, i: L: a" m
| I型梁钢材
3 l+ s h& ^1 r1 u | 990吨
+ \, \& d, h, v6 l" T1 ?, T | 1390吨7 ^" e! t5 P# y( p7 @
| 42%1 H/ G6 w1 c+ ~/ L
|
0 U+ P3 n9 p i) D* R5 } | 横撑
! {- O, G) n' Q6 A; L7 u$ x | 192吨
* H- B/ r; d$ x1 \% Y | 652吨
8 F- J8 b; f1 ]% }/ l | 42%* P3 O0 `, ?+ W& ]* \0 J% `
|
非结构性设备
( V4 H# |5 d' l | 非结构性设备 m* j% [: g. w* O% u! c! g* A
| 1270吨
- |4 S% V+ w+ }, R: i | 2130吨+ d/ M% `$ h6 ]2 K: Y
| 40%
; }& z& I! }* Z1 h/ F" b |
板+结构钢+非结构性设备" }: Y" J4 X1 J- G" h, Z' e
| 桥梁总重: T2 k5 |7 Q! k9 S7 F
| 6290吨
0 M' i/ x! Y0 k | 8450吨" o | v- @5 A6 P
| 26%! n' B5 K1 [$ |, I1 L. U9 F$ C
|
0 K/ i9 s( q6 F' X7 z8 R5 u- 结论
- · 钢材
5 V8 w( Y% d3 U; [" _
* x5 I4 ?1 [; m4 I2 O( f! A5 [
重量减轻：大约40% T; B# t( @/ o2 R
-成本降低：大约25%2 G6 K* J/ U. V2 F$ O
- · 混凝土
! A0 |- n3 n+ P- _2 m. p( {
· 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
x3 @6 i2 V' \8 Z1 O# n5 `8 H 
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡
