本帖最后由 cjcc 于 2014-10-23 12:32 编辑 , D/ H6 n8 w3 u; ?0 [; s* c: Y
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《Design of composite bridges with high strength steels and ultra-high performance fiber reinforced concrete》8 R9 k* g) C5 h! s* Q. j: U
（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
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作者：AudePETEL Ludovic PICARD Florent IMBERTY Joël RAOUL
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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 }4 F Z" M2 J- d2 [. `2 R跨径接近法国最大的双主梁桥梁（(Trielsur Seine,Jassans, Centron)
& Q6 G5 L+ f0 r! v. ^. e —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）
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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）
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, ], ]) M# c0 ^* N) A
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
4 h* a" N: w8 N! a6 K-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
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· 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）
( h! |# ^: N3 G, I2 e, Q+ j# D 第一座桥：疲劳验算
; H; y! m1 ]1 j• 假定
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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
4 d1 M* W7 l: h5 O. |7 i. |. d; I( a
# T. c; F1 k5 J7 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
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-竖向框架柱按照扭转屈曲设计
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" R. B3 Z4 N% e$ ?
· 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
, s1 o- b5 W1 k# ?( f •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
6 t. o+ g5 {( k$ y# A% a7 j s 第一座桥：重量对比
, P+ R5 C0 O, F, B2 U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)
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: a, P" M) v+ n6 i, f
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
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按照欧洲规范完成验证
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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-
$ t) _: L( A: f9 L" x) W
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
# [4 W9 q2 x) W/ M) ` •一阶临界屈曲系数为αcr,op=4.72
. s G) U- ] k" I# s& d
•折减系数χop=0.731 (曲线d)
4 T# c0 k; J+ d' a3 i& V8 f; 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
2 {6 t/ j1 y, O. r' C- A
/ u5 _, c) N7 J/ O$ e" L$ P临界稳定系数
# v( H. L4 Y6 S4 }. k. O; {/ m$ Q
第二座桥：重量对比
# i! [# o9 ]" S
6 D1 O- I& j- L7 Z A
对比桥梁 :2 }" n' j- @6 c) G3 W" K1 M" ^
– 相同跨径5 \3 M7 t0 t: E2 A* Q& S& k" A
– 全断面S460
# U' R5 D* R" B! u& [ 8 E- j; V7 X7 c
! @# S8 X' V* R, n v X' i0 V% n | / L. d) ]$ z( r4 R- L5 X
| 改进型桥梁2
* e* r ]0 l) A8 b5 _. Q* } | 对比桥梁
3 m, H p) R) f; b! H | 重量减轻
+ q4 Y. X% F2 V6 s. J4 q- B |
混凝土桥面板$ Q' I! N7 I- U' p& m7 K `/ o4 n
| 混凝土+钢束6 t4 P; S" k5 j. Q ]" h3 Z8 T
| 3850吨) M, F7 R. L) d3 q$ Q/ L2 P
| 4280吨; c. j# Y1 q: p- K+ V
| 10%1 a$ z8 C) w4 d
|
结构钢材4 K/ R* ]' Z: h3 E
| I型梁钢材
4 j, A3 c- f7 T' _. W: ~ | 990吨
; I, b" k; ~+ q$ X) L | 1390吨
, Q' J( j, m4 ^/ o2 N! D0 z | 42%
: _$ _7 y9 @- O, b |
1 J+ i |$ o7 `' Z2 f# [ | 横撑% t+ _) l) @1 N+ I% s
| 192吨; [# x! j' ]( r% L) i% ?+ `
| 652吨
# d* ?2 F- g3 z/ J! d7 b | 42%, A' |2 u: x7 B ^, N' H8 E& g4 {1 X; t
|
非结构性设备
0 E" s" N- {. r | 非结构性设备4 K8 o2 H# N( l c' ]3 R+ K5 D) X
| 1270吨
" ~& u' [' X+ ` | 2130吨
% q2 H* }: ?: K; T* J& r3 Q | 40%( L7 ^7 C- J# a0 X+ p u4 S; N
|
板+结构钢+非结构性设备$ O* @' I, n( Y- I$ b
| 桥梁总重
% P1 j4 C+ v' X* f+ x5 v | 6290吨
% d4 {5 P, T7 j! I& x* n; i | 8450吨, A9 d; f& T% K% [
| 26%8 _$ S$ Y9 }. O/ K2 I a
|
) ~+ y8 X7 u; q0 ?
2 c% e* i: ?! K* m, [+ z" \
重量减轻：大约40%8 \: B2 Q& O. s! l( t1 j. h
-成本降低：大约25%5 ^% m+ j5 \0 X+ ]0 ~
-桥面板比通常采用形式减轻：12%9 @$ s3 S& l0 j7 f/ l6 Z
-预制->可靠度更高
* g7 y6 n, |% ^-UHPFRC非常贵
& _8 ?+ m- u% a/ {4 I$ D7 _( C· 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
+ Y6 t9 M' |' p! H4 r
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡
