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C' J N9 l" _0 [! `& v2 O《Design of composite bridges with high strength steels and ultra-high performance fiber reinforced concrete》
% v* l& N ~" a: \3 E5 O; V l（Setra—— Eurosteel 2008 – Graz – September 3-5, 2008）
0 [4 Z! I3 o6 |7 t" N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 RAOUL5 Z9 k7 Z d7 m
! d5 m+ H) k% L
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
) I p/ q; j+ W% N: T2 g8 l跨径接近法国最大的双主梁桥梁（(Trielsur Seine,Jassans, Centron)
3 ~, M+ W% ?1 l) 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）
. q/ U7 F: ~ j9 N" L" _; @
% @# ~5 L. k# t( N0 ?% a9 p $ H& X- I5 B! v, x
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
/ N- ^% T) H' ]+ P0 G
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）
* O1 S& l1 v& j& D
* j D: X7 Y( \# m: F8 O* Z. o' }- f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
" H/ O- l, X! z" B* @4 E7 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
! U+ j0 Z: R) B- b
· 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）
6 Y o% c3 \1 i6 ?* S) a6 N 第一座桥：疲劳验算
: N* y% r8 D2 l+ Q3 i7 d: x+ a• 假定
' y. v! B6 f7 O5 K8 U7 L
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
/ ] K4 ]9 Y8 E$ Q! Y4 V5 H2 s' a
' G- X' O0 ]3 Q
· 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
, [& S/ A3 w3 w& h1 \-竖向框架柱按照扭转屈曲设计
1 v% W# P w; Y; s3 I7 I
6 g! x2 r% R0 \% w7 D4 d# ~8 |4 ^4 I4 ?5 U
3 j% H/ u; S7 a" f
· 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
6 o- Q- U! J: 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
2 o) x$ d5 ?* ?
第一座桥：重量对比
6 m% Z n/ u( Z+ F0 [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)
& l/ x1 w$ h2 z8 _) C1 L* K: S7 u/ D3 S) @5 d5 U* Q
8 a2 I) ^: Q) x | |
- W% O, ~9 e0 m# }- m( v- n
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7 B' z+ j/ V+ Z. o( `; U
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) f2 J7 e2 h R6 D5 M( H" m" G2 \) w* f3 s4 w, V5 J9 N2 ?- i
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
( w: i7 L" m& d# v
钢主梁板件布置
2 e* b( ^* Q0 H' R 按照欧洲规范完成验证
* P( B7 U; |. ~- G
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-
+ G0 i- f1 t$ `3 M0 y- R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
5 W! Y" W! e1 Q
•一阶临界屈曲系数为αcr,op=4.72
7 Y. d5 D/ {9 m7 X" O
•折减系数χop=0.731 (曲线d)
& p! q% n `/ t4 q/ 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
( ?! x" y0 R/ z4 m' }& j
8 n3 |5 S5 {2 i% u5 o( J5 Q: e5 Q临界稳定系数
+ m* w# S% @* F* q6 T2 W6 H 第二座桥：重量对比
5 p* i* o" |$ l1 E: x9 x
K( Z" L' r7 h6 M! K对比桥梁 :
g& G/ G$ w4 u– 相同跨径
% _$ ^( P6 ?% U) h9 K8 t% g– 全断面S4607 u) r, S/ Z5 M% Q
: D0 [" D) k/ q# @5 V% ~4 u7 j
% w; F2 J2 x* ^- g% v! n4 b | ! v5 o' H' N% y8 X* N
| 改进型桥梁2* F$ _/ e1 @0 N- y T
| 对比桥梁" u1 `0 n/ `) G9 k$ I
| 重量减轻
! D& P' Q: C8 T2 L; R6 b' }; i6 V |
混凝土桥面板9 j' b q* G- k# `* s5 t7 a4 |
| 混凝土+钢束
# Z* y$ }: d# x# x' a | 3850吨
5 @, B9 C; t0 }5 U | 4280吨
: U( H3 A1 \2 b1 m, L J | 10%+ s' i1 r' \- g; g. @" A" L1 p
|
结构钢材
! s: v% D) W3 ]+ v | I型梁钢材
: N. V9 e4 O3 Y! }# `4 f0 U1 H! s | 990吨5 n! g# [. s0 z- v. ~3 O
| 1390吨
. Q { o3 @/ G& m | 42%6 R N; f" K2 v; e
|
- g# W( q2 q, @, W
| 横撑
3 _/ k" q4 Z$ N9 r | 192吨1 s4 y" ~2 r. c9 b- O; \" N# a
| 652吨
V: j( G* j/ W2 x | 42%6 P0 ?; Y9 p& C: b" L
|
非结构性设备! ~8 u0 E; c2 G! f; r3 T. L9 A' F
| 非结构性设备0 |/ W" O# r" B7 k
| 1270吨# o6 p) i) c6 H% Y+ S& L; B1 o! {
| 2130吨
6 m5 |( W' `( H3 G | 40%" D3 R0 Q# i) \8 g
|
板+结构钢+非结构性设备
. ~0 N/ _# j9 p. L" y | 桥梁总重* ]/ U' e9 u' c. u
| 6290吨
) Y' a; n7 ]1 { | 8450吨
2 X/ e8 ]& Y% r+ s- n | 26%7 x) C( n+ f* k( k6 K
|
' q9 E: x: z! h+ s
- 结论
- · 钢材5 L7 f8 ]* P% B$ M i2 x
3 K c% N, Z3 M) P- V
重量减轻：大约40%# r' u3 |; |5 f
-成本降低：大约25%* m% g$ a2 T" a+ N# h7 u
- · 混凝土
9 w" ]# ^" ^& S+ d7 a5 z! \
· 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
& T u# d# m n7 t3 o 
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡
