正交异性板组合桥面板及工程应用

上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.正交异性组合桥面板及工程应用上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.一、问题与挑战上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.正交异性钢桥面板病害横隔板开裂一、问题与挑战上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.横隔板开裂及加固焊趾处开裂及加固正交异性钢桥面板病害一、问题与挑战上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.横隔板开裂后的止裂及加固正交异性钢桥面板病害一、问题与挑战上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.钢箱梁横断面示意图桥面板顶面纵向裂纹纵肋与桥面板角焊缝纵向开裂正交异性钢桥面板病害一、问题与挑战上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.横隔板过焊孔部位纵肋与桥面板角焊缝纵向开裂过焊孔下端横隔板母材开裂嵌补段裂缝横隔板过焊孔上端焊缝开裂正交异性钢桥面板病害一、问题与挑战上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.U肋对接接头处的疲劳裂纹钢箱梁斜拉桥疲劳裂纹形态正交异性钢桥面板病害一、问题与挑战上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.钢箱梁斜拉桥疲劳裂纹形态U肋纵向焊缝引发的桥面板疲劳裂纹正交异性钢桥面板病害一、问题与挑战上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.钢桥面铺装病害开裂推移一、问题与挑战上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.坑槽松散钢桥面铺装病害一、问题与挑战上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.泛油超载极端高温钢桥面板刚度低铺装材料的性能与钢桥面板的适应性差病害成因钢桥面铺装病害一、问题与挑战上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.一、问题与挑战超载、铺装厚度与刚度、顶板厚度、过焊孔形式等对钢桥面疲劳寿命产生影响铺装对疲劳的影响00.511.522.5320082018202820382048205820682078208820982108年疲劳损伤度无铺装Ep=1000MPaEp=2000MPaEp=3000MPaEp=4000MPa结构分析模型轴重与疲劳损伤度关系铺装与疲劳损伤度关系上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.二、应对方案与前景上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.二、应对方案与前景上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.疲劳问题严重、铺装易损正交异性钢桥面板重量大、适用跨径范围有限混凝土桥面板面对未来工程，需进一步提升跨径确保桥梁可持续发展建设需求存在问题需研发新型桥面系结构与构造二、应对方案与前景上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.T形肋钢筋钢顶板U形肋混凝土或UHPC钢筋钢顶板注：未示出钢顶板与混凝土间连接件U形肋正交异性组合桥面板T形肋正交异性组合桥面板混凝土或UHPC二、应对方案与前景上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.传统1：正交异性钢桥面板；特点：钢板厚度≥12mm、自重轻、疲劳问题、铺装易损新型1：正交异性组合桥面板-普通混凝土；特点：钢板厚度6~8mm，砼厚度10~15cm、自重增加、无顶板疲劳和铺装易损问题。新型2：正交异性组合桥面板-UHPC；特点：钢板厚度8~10mm，砼厚度5~10cm、无顶板疲劳和铺装易损问题。传统2：混凝土桥面板；特点：自重大、易开裂、使用跨径范围有限二、应对方案与前景上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.组合钢板梁600m以下具有技术经济优势跨度难以进一步提高抗风构造组合钢桁梁经济跨度500m-600m难有大的提高适合公铁、铁路荷载大斜拉桥二、应对方案与前景上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.组合钢箱梁（混凝土桥面板）技术经济竞争跨径可达900m解决抗风问题组合梁斜拉桥更大跨度经济竞争力下降受制于极限静风作用组合桥面板斜拉桥二、应对方案与前景上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.组合桥面板可提高组合梁斜拉桥经济竞争跨度（粗略1200m）重量更轻斜拉桥二、应对方案与前景上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.组合钢板梁适合内陆桥梁竞争跨度800m左右经济性差受抗风限制悬索桥二、应对方案与前景上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.组合钢箱梁技术上跨越能力可达1500m受制于极限静风荷载大跨度经济性难以接受提高抗风能力组合钢桁梁适合特殊环境与需求如山区大件运输困难的条件组合桥面板可提高竞争跨度经济竞争力取决于桥面结构的自重与经济性悬索桥钢材指标更高二、应对方案与前景上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.耐候钢上承式拱桥组合梁连续体系主梁形式克罗地亚Krka，主跨204mKrka桥横断面布置-钢混组合梁材料减小拱上建筑自重，便于施工和养护（顶推施工）拱桥二、应对方案与前景上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.中承式拱桥轻质组合桥面提升经济竞争跨度整体式组合桥面结构提升经济性耐久性拱桥二、应对方案与前景上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.三、正交异性组合板的性能上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.72010020030024060180603606024060180666组合桥面板构造尺寸钢桥面板构造尺寸（苏通大桥，跨中段）组合桥面板有限元模型钢桥面板有限元模型ANSYS有限元程序，顺向：5跨节段；横向：12（16）个标准U肋计算恒载：恒载、活载、温度、收缩纵向受力、横向受力基本概况Q345钢材，C60混凝土，浇注式沥青混凝土三、组合板的力学性能上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.纵向受力加载横向受力加载纵向工况1纵向工况2纵向工况3横向工况1横向工况2横向工况3横向工况4活载加载工况三、组合板的力学性能上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.钢桥面板竖向变形组合桥面板竖向变形（1）变形形态钢桥面板：两个凹槽组合板：一个凹槽（2）参与受力的U肋数目钢桥面板：3根组合板：7根（3）桥面板刚度钢桥面板：较小组合板：较大纵向受力三、组合板的力学性能上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.纵向应力对比（1）钢U肋下缘应力两者相当（2）钢顶板应力组合桥面板较小（3）混凝土板应力拉应力应力部位钢桥面板组合桥面板纵向工况1纵向工况2纵向工况3纵向工况1纵向工况2纵向工况3U肋下缘最大拉应力37.435.013.737.736.59.36U肋下缘最大压应力-31.1-28.7-33.3-28.3-27.7-21.6顶板最大拉应力8.748.769.955.735.684.40顶板最大压应力-14.8-14.5-10.1-3.49-2.87-4.81混凝土最大拉应力——————2.672.482.70混凝土最大压应力——————-4.00-3.89-1.65纵向受力三、组合板的力学性能上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.钢桥面板顶板横向应力组合桥面板顶板横向应力钢桥面板竖向变形组合桥面板竖向变形（1）变形形态钢桥面板：局部变形组合板：整体下挠（2）桥面板刚度钢桥面：较小组合板：较大（3）钢顶板应力钢桥面板：弹性支承连续板，正负交替出现组合板：整体下挠，顶板只受拉横向受力三、组合板的力学性能上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAIMUNICIPALENGINEERINGDESIGNINSTITUTE(GROUP)CO.,LTD.横向应力对比（1）钢顶板应力组合桥面板较小（2）U肋底板应力组合桥面板较小（3）U肋-顶板连接处（U肋腹板）应力组合桥面板较小（4）混凝土板应力拉应力应力部位钢桥面板组合桥面板横向工况1横向工况2横向工况3横向工况4横向工况1横向工况2横向工况3横向工况4顶板最大拉应力17.8518.5918.5918.3314.814.613.413.5顶板最大压应力-16.46-18.29-18.29-18.09-2.2-1.8-1.6-1.3U肋底板最大拉应力15.920.920