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对钢管混凝土拱桥受力分析及性能探讨摘要:钢管混凝土拱桥设计是常见而又复杂的实际问题，针对钢管混凝土受力性能及抗震横向对提高拱肋的横向稳固性起到了极大的作用, 一同避开了拱顶段管内混凝土不密实的问题.本文笔者以下进行了分析。
关键词:钢管混凝土;拱桥设计；抗震；分析1 有限元模型简介某大桥的受力分析采用大型通用程序A N-SYS 进行计算.建模时, 拱肋、桥面纵梁、横梁采用空间梁单元, 其中钢管混凝土拱肋段采用双单元法建模, 即在模型离散时, 在同一段有限元模型中将钢管和混凝土分别作为两根杆件输人, 但同时保证二者的节点坐标完全相同, 在相同的节点间建立两个单元, 一个单元赋予钢管的材料属性, 另一个单元则赋予混凝土的材料属性, 这样两种材料的应力—应变关系可以得以输人[4]; 系杆与吊杆采用拉杆单元, 桥面系采用梁格法模拟. 桩基的计算模型是用弹簧支承来模拟地基的水平抗力, 用m 法进行计算.全桥共374 个节点,4 2 个梁单元, 有限元模型见图1图1 某大桥有限元模型2 横向一类稳定计算某桥成桥后进行了静动载测试本文在进行横向稳定计算时, 以静载测试的四个工况为模型的荷载, 计算某大桥在各个工况下的一类稳定系数(特征值)静载试验共进行了 4 个工况: 工况一为按口 4 点弯矩最大; 工况二为拱脚负弯矩最大江况三为拱顶正弯矩最大; 工况四为拱脚推力最大布载。
分析时以管内混凝土填充长度系数α为参数(参数a 含义见图3).0 < a < 0.5 时为复合拱; 当a= O 时为钢管拱; 当a = 0.5 时, 为钢管混凝土拱.计算中不考虑材料的非线性计算结果见图2.图2稳定系数变化趋势图对该桥的弹性一类稳定分析表明, 在各种加载工况下, 一阶弹性失稳模态不受混凝土充填系数a的影响, 均为面外失稳，但α对稳定系数有影响.当a 从0 变化至1/ 12 时, 稳定系数缓慢增长, 最大仅增加4.8% ; 此后, 稳定系数增加较快,当a 趋近L/4 时, 稳定系数均达最大值(除工况三) ; 此后随a 增加稳定系数反而下降, 在α=0.4 17 时达到最低点后又开始上升, 到a =0.5(钢管混凝土拱)时稳定系数达到第二个峰值.因此, 从弹性一类稳定系数来看, 坡充系数太小(小于1/ 1 2) 时管内混凝土对稳定系数提高的作用较小, α在0.25 附近时, 效率最高; 超过0.25 时反而降低了拱的稳定性能, 这可能是此时刚度增加的有利作用小于拱肋自重产生的不利影响. 当然,钢管混凝土拱的稳定系数最大, 但从复合拱的角度而言, 钢管与钢管混凝土在拱肋L/4 处相接, 结构一类弹性稳定性最好。
钢管混凝土拱桥不同拱肋截面参数下的力学性能研究王高峰;杨兰伟;侯章伟;李勇【摘要】以某钢管混凝土拱桥为对象,利用桥梁专用有限元程序Midas Civil建立全桥空间有限元模型,分自重、自重+活载两种工况,计算对比了三种不同拱肋截面参数下结构的静力性能、动力性能和稳定性能.研究结果表明:横哑铃型拱肋(缀板填混凝土)结构与横哑铃型拱肋(缀板不填混凝土)结构在吊杆受力方面区别较小,相同工况下的横哑铃型拱肋(缀板不填混凝土)所受轴力以及正挠度均小于前者;四肢桁架拱的位移与前两者相差较大,其负挠度过大;在动力方面,横哑铃型拱肋(缀板填混凝土)与横哑铃型拱肋(缀板不填混凝土)的自振频率和振型相似,后者基频更高;四肢桁架拱的刚度较低,其自振频率下降较大;在稳定性方面,横哑铃型拱肋(缀板填混凝土)的特征值略高于横哑铃型拱肋(缀板不填混凝土),四肢桁架拱的特征值过小.【期刊名称】《内蒙古公路与运输》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】8页(P25-32)【关键词】桥梁工程;钢管混凝凝土拱桥;有限元法;静力性能;动力性能;稳定性能;拱肋截面【作者】王高峰;杨兰伟;侯章伟;李勇【作者单位】长安大学公路学院,陕西西安 710064;长安大学建工学院;长安大学公路学院,陕西西安 710064;长安大学建工学院【正文语种】中文【中图分类】U448.213钢管混凝土拱的出现较好的解决了拱肋自重大和施工技术难的问题。
由于钢材的强度非常高，在承受同样荷载的情况下，钢材需要的截面积较混凝土小的多，在不考虑稳定的情况下，钢管混凝土拱可以做的更加纤细轻盈，不仅节省材料，降低造价，增加美感，而且降低了自重，增大了跨越能力；同时，钢管内填充混凝土增强了拱肋的局部稳定性，管内的混凝土在钢管的套箍作用下处于三向受压应力状态，从而充分利用了钢材和混凝土的力学性能，提高了整个拱肋的强度和刚度。
在施工方面，钢管混凝土拱按照先吊装钢管拱肋然后填充管内混凝土的顺序施工。
浅谈哑铃型混凝土拱桥施工技术1 引言钢管混凝土作为一种组合材料，非常适合拱式体系的桥梁，其自重轻、强度高、抗震性能好、抗变形能力强，较好地解决了修建桥梁所需求的用料省、安装重量轻、施工简便、承重能力大的诸多矛盾，是大跨度拱桥的一种比较理想的结构形式。
随着国家交通事业的发展，钢管混凝土拱桥已在我国得到广泛的应用，目前我国已建成了百余座形式多样的大跨度钢管混凝土拱桥。
根据截面形式的不同，拱肋可以分为单圆拱肋、哑铃型和桁架式拱肋。
主拱肋为哑铃型截面在钢管混凝土拱桥中的应用较为广泛。
2 哑铃型钢管混凝土拱桥的结构特点运用哑铃型钢管混凝土结构修建拱桥的具有以下优势：（1）与单圆管截面相比，哑铃型截面较截面抗弯刚度大，类似于工字型截面。
钢管混凝土结构的基本原理是依靠管内混凝土来增强钢管壁的稳定性，并依靠钢管对混凝土的约束作用，从而使管内的混凝土处于三向受压状态，以达到提高混凝土的抗压强度和抗变形能力；（2）由于钢管本身就是耐侧压的模板和钢筋，省去支模和拆模等工序，同时它兼有纵向筋和横向箍筋的双重作用，既能受拉又能受压；（3）与传统的钢筋混凝土拱肋相比，钢管拱肋形成时钢管拱肋是空心结构，空钢管自重较小，所以在吊装拱肋时重量要小的多，运输和安装也十分方便，同时节省施工费用，促进了拱桥跨径向更大跨度的方向发展；（4）向钢管内灌注混凝土时，可采用了先进的泵送施工工艺，这种施工工艺较为快捷，这也是钢管混凝土拱桥在公路和城市拱桥中迅速发展的一个先决条件；（5）由于钢管自身可以作为劲性承重骨架，所以在施工过程中不仅可起到劲性钢骨架作用并且还是承重结构。
节省基础和材料费用施工快，减少施工用地和工程造价，综合经济效益高。
3 哑铃型钢管混凝土拱桥成桥施工技术3.1 哑铃型钢管混凝土拱桥施工技术（1）哑铃型钢管拱肋制作。
钢管拱肋是钢管混凝土拱桥的承重结构，所以拱肋的制作是钢管混凝土拱桥施工中重要内容和控制施工质量的关键。
钢管在钢管混凝土拱桥拱肋中有直缝焊接管、螺旋形缝焊接管和无缝钢管。
钢管混凝土拱桥拱肋刚度取值
钢管混凝土拱桥拱肋的刚度是影响桥梁整体稳定性和承载力的关键因
素之一。
如何准确地取得拱肋刚度，是设计和施工过程中必须注意的
问题。
以下是影响钢管混凝土拱桥拱肋刚度的因素：
1.材料性能。
拱肋材料的选择对于拱肋刚度有直接的影响作用。
需要考虑的材料因
素包括材质、延展性、抗弯、抗压强度等因素。
2.截面形状。
截面形状对拱肋刚度的影响主要表现为拱肋截面的几何形状和尺寸。
在设计过程中需综合考虑截面形状和尺寸对拱肋刚度的综合影响。
3.构造形式。
拱肋的构造形式直接决定了拱肋的承载能力和应力状态，进而影响到
拱肋刚度。
从构造形式上来讲，拱肋主要分为矩形、环形等多种形式。
在确定拱肋刚度时，需要考虑以上因素的综合影响。
通常需要进行大量的试验和计算来准确取得拱肋刚度。
另外，还需要注意合理设置预留变形，确保拱肋在受力过程中有足够的变形能力，从而达到更好的整体稳定性和承载能力。
哑铃型钢管混凝土拱桥拱肋混凝土灌注过程分析发表时间：2018-05-29T15:55:51.813Z 来源：《基层建设》2018年第10期作者：熊昭机[导读] 摘要：钢管混凝土拱桥拱肋混凝土的灌注是钢管混凝土拱桥施工中的关键环节，是整体结构由钢管受力转向组合结构受力的重要工序，混凝土灌注过程中结构的受荷形式不断发生变化，因此该阶段的受力性能十分重要。
广西翔路建设有限责任公司广西南宁 530001 摘要：钢管混凝土拱桥拱肋混凝土的灌注是钢管混凝土拱桥施工中的关键环节，是整体结构由钢管受力转向组合结构受力的重要工序，混凝土灌注过程中结构的受荷形式不断发生变化，因此该阶段的受力性能十分重要。
在考虑均衡、对称加载的基础上，采用有限元软件MIDAS/Civil 对整个混凝土灌注过程进行了仿真计算分析，得到主要阶段结构关键截面的受力情况和整体稳定系数。
关键词：拱桥；钢管混凝土结构；结构分析；稳定 1.工程概况某中承式钢管混凝土拱桥主桥长269m，主拱肋计算跨径252m，矢高63m，矢跨比1/4，拱轴线采用悬链线，拱轴系数m=1.167。
全桥共设两片拱肋，横桥向中心间距为31.4m。
拱脚和跨中断面见图1和图2。
单片拱肋采用变高度四管桁式截面，拱顶截面高5.5m，拱脚截面高8.5m。
上、下弦管直径1200mm，壁厚22～28mm，管内灌C50微膨胀混凝土；腹杆钢管直径530mm，壁厚16mm；横向缀管直径813mm，壁厚20mm，吊点锚头处缀管内灌注C100钢砂混凝土。
拱肋中距31.4m，横向联系采用22道直径920mm，壁厚16mm的X撑横联。
吊杆横桥向间距31.4m，顺桥向间距12m，全桥共设17对吊杆，吊杆均为单吊杆。
除短吊杆采用PESLZM7-211镀锌平行钢丝成品索外，其余吊杆采用PESLZM7-187镀锌平行钢丝成品索。
全桥两侧各设3处拱上立柱，拱上立柱采用钢管焊接于拱肋上，钢管内灌注C50混凝土，钢管顶面焊接钢板放置支座。
哑铃形拱肋缀板腔混凝土施工应力分析摘要：针对钢管混凝土拱桥哑铃形拱肋截面在进行缀板腔混凝土施工阶段易发生缀板鼓凸，甚至缀板腔爆裂事故的问题，以南浦溪特大桥为依托，采用有限元软件建立模型，对灌注混凝土阶段，哑铃型拱肋截面应力进行分析。
从增设缀板腔对拉构件、增加缀板厚度两方面探索混凝土施工阶段哑铃型截面应力改善规律。
提出今后类似结构设计、施工应注意的事项和改进方向。
关键词：桥梁工程；钢管混凝土拱桥；哑铃形拱肋截面；应力分析；施工0 引言哑铃形截面广泛应用于钢管混凝土拱桥拱肋，目前出现的形式主要包括横向哑铃和竖向哑铃两种。
横向哑铃主要出现在由4根主管组成的桁架拱肋中，上弦或下弦两根钢管横向间通过缀板连接，上弦和下弦各形成一个横向哑铃。
竖向哑铃主要出现在拱肋由上下弦两根钢管组成，上下弦钢管竖向间通过缀板（通常称为腹板）连接，上下弦与缀板形成一个竖向哑铃。
缀板腔混凝土施工阶段，混凝土未凝固前，缀板需承受较大的压应力。
压应力主要由混凝土侧压力、泵送压力等组成，分别由缀板腔混凝土顶底面高差和施工方法决定，与哑铃形截面处于横向、竖向或其它姿态关系较小。
本文依托工程南浦溪特大桥拱肋为横向哑铃形截面，以此进行研究具有广泛意义。
目前，国内外哑铃形截面拱肋混凝土施工阶段的应力研究工作已具有一定基础，影响较大的为我国陈宝春教授团队在文献[1]中提出的研究成果，其提出的“哑铃形截面拱肋应先灌注管内混凝土，再灌注缀板腔混凝土”观点已得到行业普遍认可。
本文在此基础上，分析拉杆和开孔板两种缀板加固方式、分仓浇筑和泵送顶升两种混凝土施工工艺的优缺点；采用有限元软件进行建模，探索不同厚度缀板、开孔板情况哑铃形截面应力变化规律，探寻合理的哑铃形拱肋截面结构。
1 工程概况南浦溪特大桥全长444.96m，主跨为258m上承式钢管混凝土拱桥，拱轴按悬链线布置，计算矢高56.087m，计算矢跨比1/4.6。
拱肋由4根φ1200×22mm主钢管组成，主钢管横向间通过δ12mm缀板连接，竖向间通过φ600×16mm腹杆连接，形成外轮廓为5.5×3m的等截面桁架结构，主钢管及缀板腔内均填充C50自密实微膨胀混凝土，详见图1、图2。
