11正交異性板（珠海）

1、邵長宇2019.03正交異性組合橋面板及工程應用一、問題與挑戰(zhàn) 正交異性鋼橋面板病害橫隔板開裂 一、問題與挑戰(zhàn)橫隔板開裂及加固焊趾處開裂及加固 正交異性鋼橋面板病害一、問題與挑戰(zhàn)橫隔板開裂后的止裂及加固 正交異性鋼橋面板病害一、問題與挑戰(zhàn)鋼箱梁橫斷面示意圖 橋面板頂面縱向裂紋 縱肋與橋面板角焊縫縱向開裂 正交異性鋼橋面板病害一、問題與挑戰(zhàn)橫隔板過焊孔部位縱肋與橋面板角焊縫縱向開裂 過焊孔下端橫隔板母材開裂 嵌補段裂縫 橫隔板過焊孔上端焊縫開裂 正交異性鋼橋面板病害一、問題與挑戰(zhàn)U肋對接接頭處的疲勞裂紋鋼箱梁斜拉橋疲勞裂紋形態(tài) 正交異性鋼橋面板病害一、問題與挑戰(zhàn)鋼箱梁斜拉橋疲勞裂紋形態(tài)U肋縱向焊

2、縫引發(fā)的橋面板疲勞裂紋 正交異性鋼橋面板病害一、問題與挑戰(zhàn)鋼橋面鋪裝病害開裂推移一、問題與挑戰(zhàn)坑槽松散鋼橋面鋪裝病害一、問題與挑戰(zhàn)泛油超載極端高溫鋼橋面板剛度低鋪裝材料的性能與鋼橋面板的適應性差病害成因鋼橋面鋪裝病害一、問題與挑戰(zhàn)一、問題與挑戰(zhàn)鋼橋面疲勞損傷原因超載、鋪裝厚度與剛度、頂板厚度、過焊孔形式等對鋼橋面疲勞壽命產生影響結構分析模型軸重與疲勞損傷度關系鋪裝與疲勞損傷度關系二、應對方案與前景二、應對方案與前景基于壽命期性能的結構體系考慮環(huán)境、荷載作用耦合的結構壽命期性能設計亟需解決的問題橋梁可持續(xù)發(fā)展新型橋面系結構疲勞問題嚴重、鋪裝易損正交異性鋼橋面板重量大、適用跨徑范圍有限混凝土橋面板

3、特大跨橋梁傳統(tǒng)橋面系形式組合結構橋梁面對未來工程，需進一步提升跨徑確保橋梁可持續(xù)發(fā)展建設需求UHPC組合橋面板正交異性組合橋面板存在問題需研發(fā)新型橋面系結構與構造二、應對方案與前景新型橋面系結構T形肋鋼筋鋼頂板U形肋混凝土或UHPC鋼筋鋼頂板注：未示出鋼頂板與混凝土間連接件U形肋正交異性組合橋面板T形肋正交異性組合橋面板C.正交異性組合橋面板混凝土或UHPC二、應對方案與前景大跨度橋梁傳統(tǒng)1：正交異性鋼橋面板；特點：鋼板厚度12mm、自重輕、疲勞問題、鋪裝易損新型1：正交異性組合橋面板-普通混凝土；特點：鋼板厚度68mm，砼厚度1015cm、自重增加、無頂板疲勞和鋪裝易損問題。新型2：正交異性

4、組合橋面板-UHPC；特點：鋼板厚度810mm，砼厚度510cm、無頂板疲勞和鋪裝易損問題。傳統(tǒng)2：混凝土橋面板；特點：自重大、易開裂、使用跨徑范圍有限二、應對方案與前景組合鋼板梁600m以下具有技術經濟優(yōu)勢跨度難以進一步提高抗風構造組合鋼桁梁經濟跨度500m-600m難有大的提高適合公鐵、鐵路荷載大斜拉橋二、應對方案與前景組合鋼箱梁（混凝土橋面板）技術經濟競爭跨徑可達900m解決抗風問題組合梁斜拉橋更大跨度經濟競爭力下降受制于極限靜風作用組合橋面板斜拉橋二、應對方案與前景組合橋面板可提高組合梁斜拉橋經濟競爭跨度（粗略1200m）重量更輕斜拉橋二、應對方案與前景組合鋼板梁適合內陸橋梁競爭跨度8

5、00m左右經濟性差受抗風限制懸索橋二、應對方案與前景組合鋼箱梁技術上跨越能力可達1500m受制于極限靜風荷載大跨度經濟性難以接受提高抗風能力組合鋼桁梁適合特殊環(huán)境與需求如山區(qū)大件運輸困難的條件組合橋面板可提高競爭跨度經濟競爭力取決于橋面結構的自重與經濟性懸索橋鋼材指標更高二、應對方案與前景耐候鋼上承式拱橋組合梁連續(xù)體系主梁形式克羅地亞Krka，主跨204mKrka橋橫斷面布置-鋼混組合梁材料減小拱上建筑自重，便于施工和養(yǎng)護（頂推施工）拱橋二、應對方案與前景中承式拱橋輕質組合橋面提升經濟競爭跨度整體式組合橋面結構提升經濟性耐久性拱橋二、應對方案與前景三、正交異性組合板的性能組合橋面板構造尺寸鋼橋

6、面板構造尺寸（蘇通大橋，跨中段）組合橋面板有限元模型鋼橋面板有限元模型ANSYS有限元程序，順向：5跨節(jié)段；橫向：12（16）個標準U肋計算恒載：恒載、活載、溫度、收縮縱向受力、橫向受力基本概況受力性能對比Q345鋼材，C60混凝土，澆注式瀝青混凝土三、組合板的力學性能縱向受力加載橫向受力加載縱向工況1縱向工況2縱向工況3橫向工況1橫向工況2橫向工況3橫向工況4受力性能對比活載加載工況三、組合板的力學性能鋼橋面板豎向變形組合橋面板豎向變形 （1）變形形態(tài) 鋼橋面板：兩個凹槽 組合板：一個凹槽（2）參與受力的U肋數(shù)目 鋼橋面板：3根 組合板：7根（3）橋面板剛度 鋼橋面板：較小 組合板：較大縱向

7、受力受力性能對比三、組合板的力學性能縱向應力對比（1）鋼U肋下緣應力 兩者相當（2）鋼頂板應力 組合橋面板較?。?）混凝土板應力 拉應力受力性能對比縱向受力三、組合板的力學性能鋼橋面板頂板橫向應力組合橋面板頂板橫向應力 鋼橋面板豎向變形 組合橋面板豎向變形（1）變形形態(tài) 鋼橋面板：局部變形 組合板：整體下?lián)希?）橋面板剛度 鋼橋面：較小 組合板：較大（3）鋼頂板應力 鋼橋面板：彈性支承連續(xù)板，正負交替出現(xiàn) 組合板：整體下?lián)希敯逯皇芾芰π阅軐Ρ葯M向受力三、組合板的力學性能橫向應力對比（1）鋼頂板應力 組合橋面板較小（2）U肋底板應力 組合橋面板較?。?）U肋-頂板連接處（U肋腹板）應力 組合

8、橋面板較?。?）混凝土板應力 拉應力受力性能對比橫向受力三、組合板的力學性能組合橋面板構造參數(shù)用鋼量統(tǒng)計：單位橋面面積用鋼量M（kg/m2）構造優(yōu)化組合橋面板用鋼量統(tǒng)計三、組合板的力學性能U肋間距： 縱、橫向應力隨U肋間距增大而增大，但單位用鋼量減小U肋高度： 縱、橫向應力隨U肋高度增大而減小，但單位用鋼量增加鋼板厚度： 縱、橫向應力隨U肋高度增大而減小，但單位用鋼量迅速增加鋪裝彈模：提高鋪裝彈?？蓽p小板件應力，瀝青鋪裝厚度2080mm，引起的板件應力變化并不顯著不同組合橋面板構造參數(shù)參數(shù)組合：U肋凈距-鋼板厚度-U肋高度-橫隔板間距構造優(yōu)化參數(shù)分析不同參數(shù)組合三、組合板的力學性能綜合受力性能

9、和經濟指標考慮，以構件應力與用鋼量的比值為指標 縱向受力橫向受力工況12、工況811的應力/用鋼量值相對最小，相對較為合理U肋高度200300mm、鋼板厚度68mm、U肋間距8001000mm是正交異性組合橋面板較為合理的結構尺寸范圍構造優(yōu)化合理構造三、組合板的力學性能試驗7個橋面板試件(5個組合橋面板試件、1個混凝土板時間、1個鋼橋面板試件)試件SS-1截面圖試件SS-3截面圖試件SS-4截面圖試件SS-2截面圖試件基本參數(shù)三、組合板的力學性能試驗試件SS-5截面圖試件SS-6截面圖試件SS-7截面圖試件名稱截面形式梁長(m)梁寬(m)U肋(T肋)個數(shù)組合板高(mm)混凝土板高(mm)鋼截面

10、高(mm)SS-1T肋10.50.92306100206SS-2T肋10.51.12296100196SS-3閉口U肋10.51.442300100200SS-4閉口U肋10.50.841350120230SS-5開口U肋10.51.22300100200SS-6混凝土10.51.2/3003000SS-7鋼10.51.222960296試件基本參數(shù)表試件基本參數(shù)三、組合板的力學性能3.1 試驗方案整體加載縱向示意圖整體加載千斤頂裝置圖試驗加載方案與裝置整體加載現(xiàn)場照片位移計現(xiàn)場布置圖三、組合板的力學性能SS-1是SS-6的2.46倍,是SS-7的1.68倍SS-2是SS-6的2.36倍,是S

11、S-7的1.61倍SS-3是SS-6的1.41倍,是SS-7的0.96倍SS-4是SS-6的2.47倍,是SS-7的1.69倍SS-5是SS-6的1.47倍,是SS-7的1.00倍試驗結果與分析跨中荷載-位移曲線對比三、組合板的力學性能試驗結果與分析試件結果對比試件編號結構承載力(kN)單寬承載力(kN)跨中位移(mm)單位寬度每延米材料用量混凝土(m3)鋼材(kg)重量(kN)SS-1813.3901.0105.30.1117.83.94SS-2950.1863.7110.90.12114.14.40SS-3744.3515.9100.60.188.13.65SS-4761.2906.210

12、4.00.12117.74.47SS-5642.0535.063.90.166.73.43SS-6439.8366.5156.00.38.13SS-7644.4537.0120.0195.31.97試件編號混凝土開裂荷載(kN)鋼板(鋼筋)初次屈服荷載(kN)單位寬度混凝土開裂荷載(kN)單位寬度鋼板屈服荷載(kN)SS-13050033.3555.6SS-24075036.4681.8SS-34050027.8347.2SS-44050047.6595.2SS-54035033.3291.7SS-62040016.7333.3SS-7200166.7三、組合板的力學性能四、工程應用四、工程應

13、用The Elbe bridge Wittenberge beam with spans of 126m - 160m - 126m德國Elbe bridge Wittenberge 大跨度連續(xù)梁橋四、工程應用大跨度連續(xù)梁鳳凰黃河大橋北側跨大堤引橋采用154+245+154=553m組合連續(xù)梁。主梁梁高4.8m10m，全寬54m61.7m 。采用正交異性組合橋面板采用8cmUHPC橋面板。四、工程應用1976年6月建成通車，隨著2012年鐵路金山支線建設，既有松浦大橋下層不再運營鐵路交通主橋為96m+112m雙層公鐵兩用鉚接鋼桁梁橋，上下層引橋為32.7mT梁大跨度連續(xù)梁四、工程應用通過新建上

14、層機動車道橋面系，拓寬主橋上層公路橋面由雙向兩車道變?yōu)殡p向六車道，改造后寬度為24.5m下層單線鐵路橋面拆除，新建帶挑臂鋼結構橋面板用作人非通道，改造后寬度由10m變?yōu)?3m大跨度連續(xù)梁四、工程應用 上層橋面采用正交異性組合板，混凝土厚8cm，采用低收縮高強韌性混凝土（UHPC）。每個主桁節(jié)間（8m）設置兩道橫梁，橫梁間距4m，分為節(jié)點橫梁和節(jié)間橫梁。大跨度連續(xù)梁四、工程應用大跨度系桿拱橋主橋采用網狀吊桿拱橋，主跨420m為世界同類橋梁最大跨度。主梁采用正交異性組合橋面板，梁高4.0m，標準段全寬60.7m。主梁每間隔4.5m設置一道空腹式隔板。橋面板采用12cm鋼筋混凝土結構。四、工程應用大跨度自錨式懸索橋 鳳凰黃河大橋主橋采用雙主跨428m三塔自錨式懸索橋。主梁采用正交異性組合橋面板，梁高4.0m，全寬61.7m。主梁標準節(jié)段長度9m，橫隔板標準間距4.5m，橋面板采用12cm鋼筋混凝土結構。五、結語結構體系、跨度、材料性能及