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钢管混凝土拱桥钢管混凝土拱桥（Steel-Tube Concrete Arch Bridge）是一种以钢管作为主要构件、混凝土为填充物，采用拱形结构的桥梁。
由于其结构特点，该类型的桥梁具有较高的承载能力、稳定性和整体性能，因此在短跨度桥梁中广泛应用。
本文将从钢管混凝土拱桥的构造特点、设计与施工工艺、应用与发展等方面进行探讨。
一、构造特点钢管混凝土拱桥结构特点主要表现在两个方面：拱形结构和钢管混凝土材料。
拱形结构是钢管混凝土拱桥最显著的结构特点，该结构的力学特性为受力后整体形变，荷载集中于两端，相对于梁式桥梁更加稳定。
而且，拱形结构具有较高的承载能力，在短跨度桥梁中具有明显优势。
钢管混凝土材料则是钢管混凝土拱桥的创新之处。
该材料具有混凝土和钢管的优点，可以更好地发挥两种材料的特性。
钢管可以担任桥梁的主要承载构件，中空部分可以用来加入混凝土，提高承载能力；而混凝土可以保护钢管，延长其寿命，同时具备优秀的抗压强度和耐久性。
二、设计与施工工艺钢管混凝土拱桥的设计与施工工艺需要考虑到以下因素：钢管材料的选择、拱形结构的力学特性、混凝土的浇筑工艺。
钢管材料方面，需要选择品质良好、符合标准的钢管。
在拱形结构的设计中，需要通过建立数学模型，模拟荷载作用下的力学特性，对拱形结构进行优化设计，确保承载能力和稳定性。
混凝土在钢管中的浇筑工艺通常采用顶升法或压力法。
顶升法是将混凝土从一侧注入钢管内，同时在另一侧进行顶升，使混凝土在钢管内均匀分布；压力法是通过在钢管中注入高压水泥浆，将混凝土压入钢管内。
无论采用哪种方法，都需要保证混凝土充实度，避免产生空洞、裂缝等质量问题。
三、应用与发展钢管混凝土拱桥具有优秀的结构特点和性能，已经在我国的短跨度桥梁建设中得到广泛应用。
随着技术的发展，钢管混凝土拱桥在跨度和承载能力方面也已经有了较大的突破，越来越多的工程师开始将其应用于中长跨度桥梁的设计中。
同时，在钢管材料和混凝土浇筑向导方面也有了新的突破。
钢管混凝土拱桥的施工方法钢管砼结构，由于能通过互补使钢管和混凝土单独受力的弱点得以削弱甚至消除，管内混凝土可增强管壁的稳定性，钢管对混凝土的套箍作用,使砼处于三向受力状态，既提高了混凝土的承载力，又增大了其极限压缩应变，所以自钢管砼结构问世以来，是桥梁建筑业发展的一项新技术,具有自重轻、强度大、抗变形能力强的优点，因而得到突飞猛进的发展。
在桥梁方面,已以各种拱桥发展到桁架梁等结构形式，并发展到钢管混凝土作劲性骨架拱桥。
其施工方法发展很快，已经应用的有无支架吊装法，支架吊装法，转体施工法等。
1 拱肋钢管的加工制作拱肋加工前，应依理论设计拱轴座标和预留拱度值，经计算分析后放样，钢管拱肋骨架的弧线采用直缝焊接管时,通常焊成 1.2-2.0m的基本直线管节;当采用螺旋焊接管时，一般焊成12.0～20m弧形管节。
对于桁式拱肋的钢管骨架,再放样试拼,焊成10m左右的桁式拱肋单元，经厂内试拼合格后即可出厂.具体工艺流程为:选材料进场材料分类材质确认和检验划线与标记移植编号码下料坡口加工钢管卷制组圆、调圆焊接非坡口检验附件装配、焊接单节终检组成10m左右的大节桁式拱肋焊接无损检验大节桁式拱肋终检 1：1大样拼装检验防腐处理出厂。
当拱肋截面为组合型时，应在胎模支架上组焊骨架一次成型，经尺寸检验和校正合格后,先焊上、下两面，再焊两侧面（由两端向中间施焊）.焊接采用坡口对焊，纵焊缝设在腔内，上、下管环缝相互错开。
在平台上按1:1放样时，应将焊缝的收缩变形考虑在内。
为保证各节钢管或其组合骨架拼组后符合设计线型，可在各节端部预留1cm左右的富余量，待拼装时根据实际情况将富余部分切除。
钢管焊接施工以“GBJD05-83、钢结构施工和施工及验收规范”的规定为标准.焊缝均按设计要求全部做超声波探伤检查和X射线抽样检查（抽样率大于5％）。
焊缝质量应达到二级质量标准的要求。
2 钢管混凝土拱桥的架设2.1无支架吊装法2。
1。
1缆索吊机斜拉扣挂悬拼法具体做法与其他拱肋的架设相似，只是钢管混凝土拱肋无支架架设方案用于较大跨度，它可根据吊机能力把钢管拱肋合成几大段进行分段对称吊装,并随时用扣索和缆风绳锚固,稳定在桥位上，最后合拢。
中承式钢管混凝土拱桥设计说明书拱桥指的是在竖直平面内以拱作为主要承重构件的桥梁，是我国公路上使用较广泛的一种桥型，在我国已经有1800年的历史了。
其与梁桥、刚构桥不仅外形不同，而且受力性能有较大差别。
拱式结构在竖向荷载作用下，两端将产生轴向压力，从而大大减小了拱圈的截面弯矩，使之成为偏心受压构件，截面上的应力分布与受弯梁的应力相比较为均匀，因此可以充分利用主拱截面的材料的强度，使跨越能力大大增大。
其主要优点是可充分的就地取材（砖石、混凝土结构时2），可节省大量的钢材和水泥，而且其受力性能好，维修费用少，外形美观，构造较简单。
此拱桥为中承式钢管混凝土拱桥，净跨径225m，主拱圈线型为二次抛物线。
因为在竖向均布荷载作用下，拱的合理拱轴线为二次抛物线，而此拱桥自重集度较为均匀，且为大跨，故选用二次抛物线形式，其造型优美，构造较简单。
桥梁全长316m，起终点至拱桥桥台处选用等截面梁布置，在跨中位置设置桥墩以分配受力。
此拱桥拱肋截面为三角形桁式结构，主钢管为Φ610×13mm，连接钢管和横撑为Φ325×8mm，拱肋高3.7m，宽1.7m，吊索间距为6m，吊索下设30cm×30cm方形截面横梁。
此中承式钢管混凝土拱桥属钢-混凝土组合结构中的一种，主要用于受压为主的结构。
它一方面借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性，同时又利用钢管对核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而具有更高的抗压强度和抗变形能力。
而且由于其承载能力大，正常使用状态是以应力控制设计，外表不存在混凝土裂缝问题。
另外，钢管本身相当于混凝土的外板，它强度高，质量轻，易于吊装或转体，同时钢管兼做纵向主筋在施工过程中，可作为劲性承重骨架，方便施工，可先将空钢管拱肋合龙，再压注混凝土，从而降低施工难度，省去了支模、拆模等工序，简化了施工工艺，并可适应先进的混凝土泵送工艺。
另外钢管混凝土使构件承载力大大提高，具有良好的塑形和韧性，降低了结构自重和造价，而且其防腐、防火性能好，结构造型美观。
道路桥梁2016年10期︱99︱中承式钢管混凝土系杆拱桥的设计李 鑫中信建筑设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430010摘要： 中承式钢管混凝土系杆拱桥以其景观优美、经济性好、地质要求低等优点得到广泛修建。
本文以一在建跨径布置为（30+120+30）m 三跨双飞雁中承式系杆拱桥为工程背景。
介绍该桥总体设计及受力特性。
桥面系采用纵横梁协作受力体系，确保了大桥因一对吊杆锈蚀断裂的极端情况下大桥不垮，可为该类桥梁今后的设计提供参考。
关键词：钢管混凝土结构；系杆拱桥；设计中图分类号：U448.22+1 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2016）10-0099-021 工程概况大冶湖特大桥是湖北黄石到阳新一级路跨越大冶湖上的一座特大桥，大桥桥跨布置为：67×30+(30+120+30)+59×30m，全长3967m。
其中通航孔主桥采用（30+120+30）m 的中承式钢管混凝土系杆拱桥，引桥采用T 梁。
其中主通航孔桥梁布置如下图1。
图1大冶湖特大桥主桥桥型布置图2 总体设计2.1 主要技术标准（1）桥面宽度：桥面总宽32.0m；净宽 2-14.75m；双向六车道。
（2）设计荷载： 公路－Ⅰ级；结构体系升温按25℃；体系降温-25℃考虑。
（3）地震烈度：基本地震加速度为0.05g，地震基本烈度为Ⅵ度，按Ⅶ度设防。
2.2 拱肋主桥拱肋结构采用钢管混凝土和混凝土箱形拱；其中主跨桥面以上采用钢管砼桁构式肋拱；边拱肋及主跨桥面以下采用混凝土箱形截面；边拱肋端部设置一条端横梁；横梁采用预应力混凝土结构。
主拱轴线采用悬链线，拱轴系数m=2.0，净矢跨比f/L=1/4.0；边拱轴线采用圆曲线。
钢拱肋采用四肢全桁式结构，拱肋截面详见图2，横向肋间中距35.6m，拱肋高为2.7m，宽为2.0m，上下弦管为两根直径φ700×14mm 的 Q345D 钢管，上下弦杆通过横管和腹管连接，横管和腹管为直径φ300×12mm 的 Q345D 空心钢管。
大跨度中承式钢管混凝土拱桥设计陈勇勤1,邢 燕2,杨洁琼1,胡亚琴1(1.浙江省公路水运工程咨询公司,浙江杭州310004;2.大连市政设计院有限责任公司,辽宁大连116011)摘 要:以大连市开发区滨海路四号桥为例,介绍大跨度中承式钢管混凝土拱桥的总体设计、平面静力分析、空间静力分析、稳定分析和施工工艺的要点。
关键词:拱桥;钢管混凝土结构;系杆拱;桥梁设计中图分类号:U444.22;TU528.59文献标识码:A文章编号:1671-7767(2007)03-0018-03收稿日期:2007-02-01作者简介:陈勇勤(1975-),女,工程师,1998年毕业于重庆交通学院桥梁工程系,工学学士,2001年毕业于重庆交通学院桥梁与隧道工程专业,工学硕士。
1 工程简介大连开发区滨海路,是继大连市内滨海路之外的又一条著名滨海景观旅游线路。
滨海路四号桥位于这条旅游线路的中部,桥梁走向南北,背靠山峦,面临黄海。
建设单位对该桥的景观要求极高,同时要求尽量降低造价,减少维修养护费用。
该设计以美观、靓丽、新颖、独特为出发点,同时兼顾到实用经济、安全合理。
该桥的自然条件如下。
(1)水文:桥址与海岸的距离为200m 左右,潮汐对该桥没有影响。
(2)气象:桥位紧靠黄海,历年最大风速为29m/s ,发生在4月;极大风速为48.7m/s ,发生在8月。
通常夏季盛行东南风,其它时节以西北风为主。
8月平均最高气温为27.5℃,1月平均气温为-5.5℃,属寒冷地区。
最大冻结深度0.5m 。
(3)地质:桥址处为沟谷,设计桥面和谷底的最大高差约15m ,沟谷边坡坡度为1∶2,谷底为旱地。
该地区石英岩广泛分布,地质钻孔由上至下依次为素填土、碎石、强风化石英岩、中风化石英岩。
其中,中风化石英岩岩面较浅,岩层稳定,是良好的持力层。
综合考虑地质条件和周围景观环境,在方案设计中,共选择3个方案:自锚式悬索桥、V 形墩连续梁桥、中承式钢管混凝土拱桥。
上述方案经开发区有关领导及专家讨论评审,最终选定主拱为160m 跨的中承式钢管混凝土拱桥,采用单索面、异型拱肋。
桥面系采用三跨连续梁体系,桥梁全长180m ,主跨150m ,两边跨各15m 。
滨海路四号桥布置示意见图1。
图1 滨海路四号桥布置示意2 总体设计2.1 主要设计技术标准(1)桥面宽度:桥面总宽18.5m 。
(2)设计速度:60km/h 。
(3)荷载标准:车辆荷载为公路-Ⅰ级;人群荷载为2.5kN/m 2;温度影响力按年均升温15℃、降温25℃考虑;风载:基本风压强度取750Pa ;地震基本烈度为6度,按7度设防。
2.2 拱肋拱肋中段采用圆端形钢管混凝土[1],肋高1.5m 、宽3.2m 。
拱轴线为二次抛物线,抛物线方程为Y =6.6X 2/1000(坐标原点位于拱顶中心线位置)。
拱肋两端为人字形,拱轴线为直线,采用直径为2m 的圆形钢管混凝土。
中拱肋和边拱肋的拱轴线在相交处相切。
该中承式钢管混凝土拱桥计算跨径160m ,拱肋矢跨比1/4.32,矢高37.036m 。
81世界桥梁 2007年第3期钢拱肋内填充C40微膨胀混凝土,拱肋钢材采用Q345C。
2.3 吊索吊索采用<7mm镀锌钢丝束,外包PE防护,冷铸镦头锚具。
吊杆在拱肋上为锚固端,在主梁上为张拉端。
吊索间距:拱端6.4m,梁端8m,共15根。
2.4 桥面系主桥桥面系采用连续梁体系,分别支承在2个桥台和2个桥墩上。
主梁采用预应力混凝土箱梁。
箱梁横桥向为单箱单室断面,梁高3.0m。
箱梁顶板厚25cm;底板厚22cm;斜腹板厚20cm。
箱梁挑臂长3.5m,底板宽6m。
箱梁每隔4m(局部区域为3m)设有斜撑,在吊索锚固处均设有加强型斜撑。
梁端部和桥墩处设有横隔梁,厚均为1.5m。
桥梁横断面构造见图2。
图2 桥梁横断面示意在箱梁底板和顶板中,施加纵向预应力;在顶板中施加横向预应力,横向预应力钢索等间距0.5m 布置;斜撑中布置预应力粗钢筋,斜撑为预制结构,预制时留出张拉孔,预应力粗钢筋现场张拉,采用一端张拉,张拉端设在箱梁顶面。
箱梁顶面铺装采用厚8cm塑料纤维混凝土(FC30)找平层和厚5cm中粒式沥青混凝土,在找平层之上做防水处理。
2.5 下部结构全桥共有4个拱座,每个拱座基础采用1根<2500mm的挖孔桩,桩尖进入中风化石英岩。
拱座往桥台侧设有撑杆,以平衡拱肋纵桥向水平推力。
撑杆采用混凝土实心断面,尺寸为2.5m×2.5m。
每侧2个拱座之间用预应力混凝土横向拉杆连接,以抵抗拱肋横桥向水平推力。
拉杆长近35m,下部采用2根<1200mm挖孔桩支承,以支承拉杆的自重,桩尖进入中风化石英岩。
拉杆采用1.6m×1.2 m实心断面。
桥墩基础采用<1500mm的挖孔桩,桩尖进入中风化石英岩。
桥台采用盖梁式桥台,基础采用4根<1500mm的挖孔桩,桩尖进入中风化石英岩;台帽采用钢筋混凝土结构。
3 结构分析计算3.1 平面静力分析平面静力分析采用“桥梁结构线性、非线性分析综合程序系统BA P”和“桥梁结构线性、非线性施工分析系统FWD”进行。
主梁按三跨连续梁计算,结构离散时,共划分183个单元。
根据实际情况,将主桥的施工过程模拟为以下几个施工阶段:(1)满堂支架就地分段浇筑箱梁,张拉主梁预应力筋。
(2)在主梁上搭设支架,分段安装钢管拱段并焊合,灌注钢管拱内混凝土。
(3)安装吊索,吊索在拱肋上锚固。
(4)拆除梁上支架,在主梁内,从中间到两边,用千斤顶对称张拉吊索,一次到位。
(5)拆除全部临时支架,安设中央分隔带、人行道缘石、步道板、栏杆等附属设施。
(6)铺装桥面、安装伸缩缝。
经计算分析[2～4],该桥在施工阶段、营运初期、营运后期(考虑成桥3年后的收缩徐变)的受力和变形均满足规范要求。
3.2 空间静力分析空间静力分析的目的是确定结构横向和横撑等构件的受力特点,确定横向预应力钢筋的布置,同时验算平面计算的正确性。
采用有限元计算软件ANS YS建立该桥的有限元分析模型。
全桥设置空间节点3156个,划分各类单元3706个。
其中拱肋采用空间梁单元模拟,拱肋钢管和填充混凝土分别采用2个单元模拟,在节点处相连接;主梁采用壳单元模拟;吊索采用空间杆单元模拟。
经计算分析[3],该桥在不同工况下各主要构件的最大、最小拉应力均满足规范要求。
3.3 稳定分析稳定分析计算说明:①采用静力分析中的模型与边界条件;②采用静力分析中的吊索内力;③不考虑结构中施加预应力的影响;④采用线性屈曲分析法进行求解。
计算结果汇总于表1。
计算结果表明[3],在不同工况下该桥第1阶稳定系数均大于规范要求的最小值4.0。
因此,该桥稳定性满足规范要求。
91大跨度中承式钢管混凝土拱桥设计 陈勇勤,邢 燕,杨洁琼,胡亚琴表1 稳定分析计算工况 第1阶稳定系数第2阶稳定系数第3阶稳定系数恒载 4.5809.1379.552恒载+人群荷载 4.4238.9169.174恒载+静风荷载 6.1539.1369.6724 施工工艺4.1 钢拱肋加工拱肋的加工须严格按《钢结构工程施工质量验收规范(G B50205-2001)》执行。
4.2 拱肋油漆工艺本桥地处沿海地带,对钢结构有较高的防腐要求。
防腐涂层的使用寿命应不小于15年。
4.3 拱肋混凝土的浇筑拱肋应分别在拱脚和分叉交接点处开设灌浆孔,孔径与灌浆设备相对应;在拱顶开设排气检查孔;拱肋泵送混凝土应对称进行,自4个拱脚同时开始,各分叉直线段须一次浇完,并立即从分叉交接点处的浆孔向桥跨中央对称泵送混凝土,直至拱顶压满为止[4]。
5 结 语随着对钢管混凝土研究的深入,应用钢管混凝土建成的拱桥越来越多。
就国内建成的中承式钢管混凝土拱桥来看,单拱肋多应用在桥宽不大的桥梁中;桥面较宽的情况下,多采用平行的双拱肋或提篮拱或多拱肋,吊索为双索面或多索面。
单索面、异型拱肋形式的拱桥,曾出现在人行桥和小跨径景观桥上;该桥型用在大跨径且桥面宽度较宽的车行桥中,在国内尚属首次。
参 考 文 献:[1]钟善桐.钢管混凝土结构[M].北京:清华大学出版社,2003.[2]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,1996.[3]陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工[M].北京:人民交通出版社,1999.[4]CECS28∶90,钢管混凝土结构设计与施工规程[S].Design of Long Span H alf2Through Concrete2Filled Steel Tube Arch B ridgeCH EN Y ong2qin1,XI N G Y a n2,Y AN G J ie2qiong1,HU Y a2qin1(1.Zhejiang Highway and Water Transportation Engineering Consulting Corporation,Hangzhou310004,China;2.Dalian Municipal Engineering Design Institute Co.,Ltd.,Dalian116011,China)Abstract:Taking t he4t h Binhai Road Bridge in t he Develop ment Zone of Dalian City as an example,t his paper p resent s t he key point s of t he overall design,plane and spatial static analy2 sis,stability analysis and const ruction technology of long span half2t hrough concrete2filled steelt ube arch bridge.K ey w ords:arch bridge;concrete2filled steel t ube st ruct ure;tied arch;bridge design02世界桥梁 2007年第3期。
