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1、正交异性组合桥面板及工程应用,一、问题与挑战,正交异性钢桥面板病害,横隔板开裂,一、问题与挑战,正交异性钢桥面板病害,一、问题与挑战,正交异性钢桥面板病害,一、问题与挑战,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,正交异性钢桥面板病害,一、问题与挑战,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,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,钢桥面铺装病害,开裂,推移,一、问题与挑战,坑槽,松散,钢桥面铺装病害,一、问题与挑战,泛油,超
2、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,一、问题与挑战,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,轴重与疲劳损伤度关系,铺装与疲劳损伤度关系,二、应对方案与前景,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,亟需解决的问题,桥梁可持续发展,新型桥面系结构,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,特大跨桥梁,传统桥面系形式,组合结构桥梁,面对未来工程，需进一步提升跨径,确保桥梁可持续发展,
3、建设需求,UHPC组合桥面板,正交异性组合桥面板,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,新型桥面系结构,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.正交异性组合桥面板,混凝土或UHPC,二、应对方案与前景,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
4、：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,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,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,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,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、
5、应对方案与前景,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,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204m,Krka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,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,三、正交异性组合板的性能
6、,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,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,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,受力性能对比,活载加载工况,三、组合板的力学性能,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：
7、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,三、组合板的力学性能,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,纵向受力,三、组合板的力学性能,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,受力性能对比,横向受力,三、组合板的力学性能,横向应力对比,（1）钢顶
8、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,横向受力,三、组合板的力学性能,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）,构造优化,组合桥面板用钢量统计,三、组合板的力学性能,U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U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
9、造参数,参数组合：U肋净距-钢板厚度-U肋高度-横隔板间距,构造优化,参数分析,不同参数组合,三、组合板的力学性能,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,横向受力,工况12、工况811的应力/用钢量值相对最小，相对较为合理U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,合理构造,三、组合板的力学性能,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SS-1截面图,试件SS-3截面图,试件SS-4截面图,试件SS-2截面图,试件基本参数,三、组合板的力学
10、性能,试验,试件SS-5截面图,试件SS-6截面图,试件SS-7截面图,试件基本参数表,试件基本参数,三、组合板的力学性能,3.1 试验方案,整体加载纵向示意图,整体加载千斤顶装置图,试验加载方案与装置,整体加载现场照片,位移计现场布置图,三、组合板的力学性能,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SS-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,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,试验
11、结果与分析,试件结果对比,三、组合板的力学性能,四、工程应用,四、工程应用,The Elbe bridge Wittenberge,beam with spans of 126m-160m-126m,德国Elbe bridge Wittenberge,大跨度连续梁桥,四、工程应用,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。,四、工程应用,1976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主桥为96m+112m双层公铁
12、两用铆接钢桁梁桥，上下层引桥为32.7mT梁,大跨度连续梁,四、工程应用,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24.5m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道，改造后宽度由10m变为13m,大跨度连续梁,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,四、工程应用,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
13、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。,四、工程应用,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12cm钢筋混凝土结构。,五、结语,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,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,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。,谢谢！Thanks！,
