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1、上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.邵长宇邵长宇2019.03正交异性组合桥面板及工程应用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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.
2、正交异性钢桥面板病害横隔板开裂横隔板开裂 一、问题与挑战上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.横隔板开裂及加固横隔板开裂及加固焊趾处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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.横隔板开裂后的止裂及加固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
3、团）有限公司SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.钢箱梁横断面示意图钢箱梁横断面示意图 桥面板顶面纵向裂纹桥面板顶面纵向裂纹 纵肋与桥面板角焊缝纵向开裂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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.横隔板过焊孔部位纵肋与桥面板横隔板过焊孔部位纵肋与桥面板角焊缝纵向开裂角焊缝纵向开裂 过焊孔下端横隔板母材开裂过焊孔下端横隔板母
4、材开裂 嵌补段裂缝嵌补段裂缝 横隔板过焊孔上端焊缝开裂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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.U U肋对接接头处的疲劳裂纹肋对接接头处的疲劳裂纹钢箱梁斜拉桥疲劳裂纹形态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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.钢箱梁斜拉桥疲劳裂
5、纹形态钢箱梁斜拉桥疲劳裂纹形态U U肋纵向焊缝引发的桥面板疲劳裂纹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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.钢桥面铺装病害开裂开裂推移推移一、问题与挑战上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.坑槽坑槽松散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SHA
6、NGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.泛油泛油n超载超载n极端高温极端高温n钢桥面板刚度低钢桥面板刚度低n铺装材料的性能与钢桥面板的适应性差铺装材料的性能与钢桥面板的适应性差病害成因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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.一、问题与挑战钢桥面疲劳损伤原因钢桥面疲劳损伤原因超载、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结构分析模型
7、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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.二、应对方案与前景基于寿命期性能的结构体系考虑环境、荷载作用耦合的结构寿命期性能设计桥梁可持续桥梁可持续发展发展新型桥面系结构上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAI MUNICIPAL E
8、NGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.疲劳问题严重、铺装易损正交异性钢桥面板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混凝土桥面板传统桥面系形式面对未来工程，需进一步提升跨径确保桥梁可持续发展建设需求建设需求UHPC组合桥面板正交异性组合桥面板存在问题存在问题需研发新型桥面系需研发新型桥面系结构与构造结构与构造二、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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.新型桥面系结构新型桥面系结构T形肋钢筋钢顶
9、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C.C.正交异性组合桥面板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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.大跨度桥梁大跨度桥梁传统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68mm，砼厚度1015cm、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
10、板-UHPC；特点：钢板厚度810mm，砼厚度510cm、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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.组合钢板梁l600m以下具有技术经济优势l跨度难以进一步提高抗风构造组合钢桁梁l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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DES
11、IGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.组合钢箱梁（混凝土桥面板）l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l经济竞争力下降l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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INST
12、ITUTE (GROUP) CO.,LTD.组合钢板梁l适合内陆桥梁l竞争跨度800m左右l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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.组合钢箱梁l技术上跨越能力可达1500ml受制于极限静风荷载l大跨度经济性难以接受提高抗风能力组合钢桁梁l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l可提高竞争跨度l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SHAN
13、GHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.l耐候钢上承式拱桥l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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (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SH
14、ANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.组合桥面板构造尺寸组合桥面板构造尺寸钢桥面板构造尺寸（苏通大桥，跨中段）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组合桥面板有限元模型钢桥面板有限元模型钢桥面板有限元模型lANSYS有限元程序，顺向：5跨节段；横向：12（16）个标准U肋l计算恒载：恒载、活载、温度、收
15、缩l纵向受力、横向受力基本概况受力性能对比受力性能对比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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.纵向受力加载纵向受力加载横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受力性能对比受力性能对比活载加载工况三、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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (G
16、ROUP) CO.,LTD.钢桥面板竖向变形钢桥面板竖向变形组合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：较大纵向受力受力性能对比受力性能对比三、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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.纵向应力对比纵向应力对比（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受力性能对比受力性能对比纵向受力三、
17、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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.钢桥面板顶板横向应力钢桥面板顶板横向应力组合桥面板顶板横向应力组合桥面板顶板横向应力 钢桥面板竖向变形钢桥面板竖向变形 组合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，顶板只受拉受力性能对比受力性能对比横向受力三、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
18、司SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.横向应力对比横向应力对比（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受力性能对比受力性能对比横向受力三、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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.组合桥面板构造参数组合桥面板构造参数用钢量统计：单位桥面面积用钢量M（kg/m2）构造优
19、化构造优化组合桥面板用钢量统计三、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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.lU肋间距：纵、横向应力随U肋间距增大而增大，但单位用钢量减小lU肋高度：纵、横向应力随U肋高度增大而减小，但单位用钢量增加l钢板厚度：纵、横向应力随U肋高度增大而减小，但单位用钢量迅速增加l铺装弹模：提高铺装弹模可减小板件应力，沥青铺装厚度2080mm，引起的板件应力变化并不显著不同组合桥面板构造参数不同组合桥面板构造参数参数组合：U肋净距-钢板厚度-U肋高度-横隔板间距构造优
20、化构造优化参数分析不同参数组合三、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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.综合受力性能和经济指标考虑，以构件应力与用钢量的比值为指标 纵向受力纵向受力横向受力横向受力l工况12、工况811的应力/用钢量值相对最小，相对较为合理lU肋高度200300mm、钢板厚度68mm、U肋间距8001000mm是正交异性组合桥面板较为合理的结构尺寸范围构造优化构造优化合理构造三、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SHANGHAI MUNICIP
21、AL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.试验试验7个桥面板试件(5个组合桥面板试件、1个混凝土板时间、1个钢桥面板试件)试件试件SS-1SS-1截面图截面图试件试件SS-3SS-3截面图截面图试件试件SS-4SS-4截面图截面图试件试件SS-2SS-2截面图截面图试件基本参数三、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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.试验试验试件试件SS-5SS-5截面图截面图试件试件SS-6SS-6截面图截面图
22、试件试件SS-7SS-7截面图截面图试件名称截面形式梁长(m)梁宽(m)U肋(T肋)个数组合板高(mm)混凝土板高(mm)钢截面高(mm)SS-1T肋10.50.92306100206SS-2T肋10.51.12296100196SS-3闭口U肋10.51.442300100200SS-4闭口U肋10.50.841350120230SS-5开口U肋10.51.22300100200SS-6混凝土10.51.2/3003000SS-7钢10.51.222960296试件基本参数表试件基本参数表试件基本参数三、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SHANGHAI MUNICIP
23、AL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.3.1 3.1 试验方案试验方案整体加载纵向示意图整体加载纵向示意图整体加载整体加载千斤顶装置图千斤顶装置图试验加载方案与装置整体加载现场照片整体加载现场照片位移计现场布置图位移计现场布置图三、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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.lSS-1是SS-6的2.46倍,是SS-7的1.68倍lSS-2是SS-6的2.36倍,是SS-7的1.61倍lSS-3是S
24、S-6的1.41倍,是SS-7的0.96倍lSS-4是SS-6的2.47倍,是SS-7的1.69倍lSS-5是SS-6的1.47倍,是SS-7的1.00倍试验结果与分析试验结果与分析跨中荷载-位移曲线对比三、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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.试验结果与分析试验结果与分析试件结果对比试件编号结构承载力(kN)单宽承载力(kN)跨中位移(mm)单位宽度每延米材料用量混凝土(m3)钢材(kg)重量(kN)SS-1813.3901.0105.30.111
25、7.83.94SS-2950.1863.7110.90.12114.14.40SS-3744.3515.9100.60.188.13.65SS-4761.2906.2104.00.12117.74.47SS-5642.0535.063.90.166.73.43SS-6439.8366.5156.00.38.13SS-7644.4537.0120.0195.31.97试件编号混凝土开裂荷载(kN)钢板(钢筋)初次屈服荷载(kN)单位宽度混凝土开裂荷载(kN)单位宽度钢板屈服荷载(kN)SS-13050033.3555.6SS-24075036.4681.8SS-34050027.8347.2SS
26、-44050047.6595.2SS-54035033.3291.7SS-62040016.7333.3SS-7200166.7三、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SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.四、工程应用上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.四、工程应用The Elbe bridge Wittenberge beam with spans of
27、 126m - 160m - 126m德国德国Elbe bridge Wittenberge 大跨度连续梁桥大跨度连续梁桥上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.四、工程应用大跨度连续梁大跨度连续梁凤凰黄河大桥北侧跨大堤引桥采用154+245+154=553m组合连续梁。主梁梁高4.8m10m，全宽54m61.7m。采用正交异性组合桥面板采用8cmUHPC桥面板。上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DE
28、SIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.四、工程应用l1976年6月建成通车，随着2012年铁路金山支线建设，既有松浦大桥下层不再运营铁路交通l主桥为96m+112m双层公铁两用铆接钢桁梁桥，上下层引桥为32.7mT梁大跨度连续梁大跨度连续梁上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.四、工程应用l通过新建上层机动车道桥面系，拓宽主桥上层公路桥面由双向两车道变为双向六车道，改造后宽度为24.5ml下层单线铁路桥面拆除，新建带挑臂钢结构桥面板用作人非通
29、道，改造后宽度由10m变为13m大跨度连续梁大跨度连续梁上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.四、工程应用上层桥面采用正交异性组合板，混凝土厚8cm，采用低收缩高强韧性混凝土（UHPC）。每个主桁节间（8m）设置两道横梁，横梁间距4m，分为节点横梁和节间横梁。大跨度连续梁大跨度连续梁上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.四、工程应用大跨度
30、系杆拱桥大跨度系杆拱桥主桥采用网状吊杆拱桥，主跨420m为世界同类桥梁最大跨度。主梁采用正交异性组合桥面板，梁高4.0m，标准段全宽60.7m。主梁每间隔4.5m设置一道空腹式隔板。桥面板采用12cm钢筋混凝土结构。上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.四、工程应用大跨度自锚式悬索桥大跨度自锚式悬索桥凤凰黄河大桥主桥采用双主跨428m三塔自锚式悬索桥。主梁采用正交异性组合桥面板，梁高4.0m，全宽61.7m。主梁标准节段长度9m，横隔板标准间距4.5m，桥面板采用1
31、2cm钢筋混凝土结构。上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.五、结语上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.结构体系、跨度、材料性能及结构自重结构体系结构体系影响巨大组合梁同桥型三个受力体系的效率跨度大小跨度-桥型的选择跨度-梁形的选择材料性能材料使用效率-结构体系结构自重自重-结构体系自重-造价施工经济性/全寿命经济性五、结语上海市政工程
32、设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.经验和教训可预测长期可控可预测与可恢复设计与施工相互依存最小代价可恢复长寿命保障理念针对性措施五、结语上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD. 对于新技术的推广应用，工程经济性和实践检验十分重要。不关心工程经济性难以得到推广应用。不经过实践检验推广应用存在出现系统性问题的风险。上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司SHANGHAI MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE (GROUP) CO.,LTD.谢谢！Thanks！
