预制(UHPC)壳体桥的物理建模和设计开发

文摘   2024-12-12 15:09   德国  

    这座桥的全尺寸是一座 25 米的人行横道,甲板宽度为 2.5 米。本文将讨论 1:5 比例的工厂模型的制造和建造过程。将介绍模板设计和浇筑的执行、各种预制壳体组件的详细设计和组装,以及从荷载试验中得到的经验教训。将讨论基于从缩比模型中得到的经验教训而进行的设计更新。用算法生成的不同曲率的主拱壳、在桥墩和桥中心的形式被研究了不同的比例。这些曲率比例在垂直荷载下的屈曲和应力性能水平进行了比较。将展示不同曲率壳体的情况。最初选择的基本几何形状满足了美学的黄金比例,制造和安装的方案,但在本文中,它也被用于屈曲和应力分布性能的研究。

从空间结构 2020/21 会议上观看他们关于“预制超高性能混凝土(UHPC)壳体桥的物理建模和设计开发”的演讲。
https://www.youtube.com/watch?v=ztC1jU1Ko3g
你好,这是 Metro pass,我将要讲述我们的预制超高性能混凝土(UHPC)壳体桥的物理建模和设计开发。我们与两家公司合作设计和建造了这座桥,一家是我的公司 ATTEC,另一家是我们的制造商和材料提供商兼制造工程师 FIBROBETON。
这座桥的主要几何形状如下:它是一座 25 米的人行横道,甲板宽度为 2.5 米。我们实际上将桥分为三个主要部分:拱、墙和甲板。
今天我们将讨论 1:5 比例的模型的开发、测试和主拱形式的研究。
在 FIBROBETON 工厂,你可以看到我们努力制作模板和浇筑桥梁,尽可能精确。这些是 MDF 材料的模板,用于墙体部分,你可以在这里看到它们,这些是它们的模板,这是主拱。
当我们用 CNC 铣削主拱时,我们标记了海报、安装锚点和夹子位置,以便尽可能精确地安装。当我们在现场安装时,我们建造了这些木制桥墩,它们既用于约束拱的横向和纵向推力,也用于爬上桥面。
1:5 比例的模型对于精度问题和公差问题是一个很好的研究,我们发现我们需要改进连接设计,也许改变墙体设计,使其完全适合。
荷载测试部分很有趣,我们用两种方式测试了它,一次是用水泥袋和混凝土板,另一次是用人。我们还做了一点跳跃和振动测试,你可以看到我们中的一些人很害怕,所以他们没有跳。但基本上它表现得很好,在测试过程中,我们用大约 500 千克每平方米的重量加载,我们超过了一点,这个最终的荷载是超过 500 千克每平方米的,因为水泥袋和混凝土罐需要均匀地分布,我们逐渐地加载和卸载。最后,我们在中跨处有大约一毫米多于我们计算的位移,所以效果很好,我们在中跨处有大约四毫米的残余位移,我们认为这是由于在桥墩处的木材压碎,以及夹子和安装锚点的不精确,也许还有孔中的压碎。
在创建算法和测试设计的不同几何形状方面,我们基本上发明了 H1 与 H2 的比例,因为这是这个设计的主要形式寻找研究,25 米的跨度几乎是给定的,还有 2.5 米也是给定的,我们想用 H1 与 H2 来看看桥墩曲率和中跨曲率对应力和屈曲的影响。
现在你可以看到,我们尝试了一些不同的变化,都是用 Rhino 和 Grasshopper 算法生成的。我们意识到,我们计划用来建造桥梁的基本设计,在五厘米的厚度下,其应力分布的状况很好,这也是一个很好的美学比例,因为 86 与 50 的比例接近黄金分割。1.618 是美学的黄金比例,这些是一些应力图片,显示了不同的 H1 与 H2 比例下的应力水平,我们绘制了这些值,用于屈曲系数和应力。在这张幻灯片上,你可以看到屈曲系数与 H1 与 H2 的比例的图表,你可以看到,一旦你超过了 1 的比例,这是屈曲的完美安全,H1 减小,H2 增大,就会造成非常不稳定的屈曲系统,因为中跨处的曲率对屈曲安全非常重要。而且,当你有不同的变化,不同的高度,在桥墩和中跨处的曲率时,你会有不同的应力分布,拉应力和压应力交换位置,你可以在应力图片中看到这一点。
这就是我幻灯片的结尾,非常感谢。


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