钢管混凝土拱桥的发展优势

钢管混凝土拱桥的发展及应用郑鑫发布时间：2021-12-01T06:15:34.158Z 来源：《基层建设》2021年第16期作者：郑鑫[导读] 钢管混凝土作为一种高性能结构是通过钢管和混凝土优化混合而成，在相较于一般混凝土拱桥和钢箱拱桥，钢管混凝土拱桥有着良好的塑性和韧性、结构自重低、造价低、施工简单、防腐性能、结构美观重庆交通大学土木工程学院重庆 400074摘要：钢管混凝土作为一种高性能结构是通过钢管和混凝土优化混合而成，在相较于一般混凝土拱桥和钢箱拱桥，钢管混凝土拱桥有着良好的塑性和韧性、结构自重低、造价低、施工简单、防腐性能、结构美观，成为我国桥梁主体结构的优选形式之一，但钢管混凝土结构也有节点构造复杂，对其研究尚存在很多的问题。

本文收集整理了国内外钢管混凝土拱桥，分析其工作原理，以期为钢管混凝土拱桥的选择提供参考。

关键词：桥梁工程；拱桥；钢管混凝土在国外，1879 年英国 Severn 铁路桥，钢管混凝土作为桥墩被应用于桥梁工程中，1985 年 SakinoK 对圆形钢管混凝土轴心受压构件进行了试验，在 1997 年 Knono 在钢管中填充废弃混凝土并进行了试验，结果表明其具有良好的延展性，也可以达到混凝土循环利用，随后钢管混凝土凭借其独特的力学性能，被广泛应用于桥梁结构的其他结构部件。

我国钢管混凝土应用于桥梁始于 20 世纪 50 年代，在大跨、高耸、重载桥梁的应用日益增多，其中桁架式钢管混凝土拱桥和钢管混凝土加劲混合拱桥运用最为突出。

一、我国钢管混凝土拱桥简介从发展趋势来看，我国钢管混凝土拱桥的修建是从 1993 年开始大幅增长，1998 首次超过混凝土拱桥的修建数量。

钢管混凝土拱桥的建设大致可以分为 1990~1994 年的摸索阶段，1995~1999 年的推广阶段，2000 年后至今的全面应用阶段。

钢管混凝土拱桥作为一种新型桥梁，短时间内在我国能得到大规模的运用，可以说明该型桥梁所具有的优势以及符合我国桥梁建设的实际情况。

浅析钢管混凝土原理与发展状况钢管混凝土是一种结构材料，由钢筋和混凝土组成。

钢管混凝土结构具有较高的强度和刚度，可以用于各种重要的建筑和桥梁工程。

钢管混凝土结构的原理是将钢管（通常为圆形）嵌入混凝土中，形成一个整体。

混凝土具有很好的抗压性能，而钢管则能够承受拉力。

通过钢筋和混凝土的组合作用，钢管混凝土结构能够同时承受压力和拉力，从而提高整体结构的强度和稳定性。

钢管混凝土结构具有以下几个优点：1.高强度：钢管混凝土结构具有很高的强度和刚度，能够承受较大的荷载，并且具有较好的抗震性能。

2.耐久性：混凝土能够有效地保护钢筋不受腐蚀和氧化的影响，从而延长了结构的使用寿命。

3.施工速度快：钢管混凝土结构的施工速度相对较快，可以大大缩短工期，减少施工费用。

4.灵活性：钢管混凝土结构可以根据实际需要进行调整和改变，具有较好的灵活性。

钢管混凝土结构的发展状况：钢管混凝土结构最早是在20世纪初期发展起来的，最早应用于桥梁和隧道工程中。

随着科学技术的不断进步和应用领域的扩大，钢管混凝土结构逐渐应用于各种建筑工程中，如高层建筑、工业厂房、大跨度空间结构等。

在国内，钢管混凝土结构的应用越来越广泛。

特别是在近几年，随着城市化进程的加快和人们对建筑安全和耐久性要求的提高，钢管混凝土结构成为各种大型工程的首选。

北京的鸟巢体育馆和上海的东方明珠塔等著名建筑都采用了钢管混凝土结构。

当前，钢管混凝土结构正面临着一些挑战和发展机遇。

一方面，需要进一步提高钢管混凝土结构的设计和施工技术，以提高结构的强度和稳定性。

随着低碳环保理念的推广，钢管混凝土结构也需要进一步降低能源消耗和环境污染。

钢管混凝土结构是一种非常有潜力的结构形式，具有很好的发展前景。

随着科学技术的不断进步和人们对建筑安全和耐久性要求的提高，钢管混凝土结构将在未来得到更广泛的应用。

钢管混凝土结构的特点优势及发展应用摘要：钢管混凝土结构作为一种新型组合结构，由于其能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料的优点，且施工方便，降低工程造价，近年越来越广泛地应用于工程实践中。

本文概括了钢管混凝土结构的特点及优势，并对其发展应用进行了分析。

关键词：钢管混凝土；组合结构；承载力0.引言钢管混凝土（concrete filled steel tubular structure）是指在薄壁钢管内填充普通混凝土，将两种不同性质材料组合而形成的复合结构，根据截面形式的不同分为圆钢管混凝土、方钢管混凝土和多边形钢管混凝土等[1]。

钢管混凝土结构是混凝土与钢材的最佳组合方式，两种材料取长补短，充分发挥了混凝土抗压性能和钢材的抗拉性能，达到优化组合的作用效果[2]。

钢管混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主。

目前在国内高层、超高层建筑中，大部分的柱都采用了钢管混凝土结构，因为钢管混凝土柱在同等荷载作用下截面积小，同时具有较好的延性、施工工期短、施工方便的优点，具有良好的经济效益和建筑效益。

1.钢管混凝土结构的特点及优势1.1 承载力高、延性好，抗震性能优越同样截面的钢管混凝土柱比钢筋混凝土柱承载力约高50%，强度明显提高。

最根本的原因是钢管和混凝土的泊桑系数不同。

在普通钢管混凝土柱中，其中混凝土是处于轴心受压状态的[3]，而钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度；同时钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。

两者共同作用，大大地提高了承载能力[4]。

研究表明，钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和[5]。

钢管和混凝土都处于三向应力状态，钢管和混凝土之间的相互作用使其物理性质发生了质的变化，由原来的脆性材料转变为塑性材料，构件的延性性能明显改善，耗能能力大大提高，具有优越的抗震性能。

塑性是指在静载作用下的塑性变形能力。

钢管混凝土拱桥施工钢管混凝土拱桥是以钢管为拱圈外壁，在钢管内浇筑混凝土，使其形成由钢管和混凝土组成的拱圈结构。

钢管混凝土拱桥优点突出，使用广泛。

钢管混凝土拱桥构造特点1、截面形式钢管混凝土结构的主要特点之一是钢管对混凝土的套箍作用，使钢管内的混凝土处于三向受力状态，提高了混凝土的抗压强度和抗变能力。

2、结构形式随着钢管混凝土拱桥的迅速发展，全国已修建了各种结构形式的钢管混凝土拱桥。

中承式钢管混凝土拱桥是目前钢管混凝土拱桥中应用最多的一种，由于桥面位置在拱的中部穿过，可以随引桥两端接线所需的高度上下调整，所以适应性很强。

当地质条件较好时，一般采用有推力的中承式钢管混凝土拱桥。

当地质条件较差，或受城市道路接线高度的限制时，往往采用下承式系杆拱结构形式，拱桥的推力由系杆承受。

本节以中承式钢管混凝土拱桥为例介绍钢管混凝土拱桥施工技术。

中承式钢管混凝土拱桥施工1.施工程序第一步：分段制作钢管、腹杆及斜撑，然后在样台上拼接钢管；接着吊装钢管拱肋就位合龙，从拱顶向拱脚对称施焊，封拱脚，使钢管拱肋转为无脚拱。

第二步：从拱顶向拱脚对称安装肋间横梁、〃X〃形支撑及形支撑等结构。

第三步：按设计程序浇筑钢管内混凝土。

第四步：安装吊杆，拱上立柱，纵、横梁，以及桥面板，浇筑桥面混凝±2、施工技术要点(1)钢管拱肋制作。

钢管混凝土拱桥所用的钢管直径较大，钢管由钢板卷制成型，管节长度由钢板宽度确定，一般为120~180cm.采用桁式截面时，上下弦之间的腹杆由于直径较小，可以直接采用无缝钢管。

拱肋制作的关键在于拱肋在放样平台上的精准放样和严格控制焊接质量，应尽量减少高处焊接，严格控制钢管拱肋的制作质量。

(2)拱肋安装。

拱肋安装前，拱桥基础施工已经完成，并通过相应验收。

钢管拱肋成拱过程中，应同时安装横向连接系，未安装横向系数的不得多于一个节段，否则应采取横向稳定措施。

(3)拱肋混凝土浇筑。

根据钢管拱肋的截面形式及施工设备，钢管混凝土的浇筑可采用人工浇筑法和泵送顶升浇筑法。

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。

钢管混凝土在桥梁工程中的应用与发展摘要：钢管混凝土具有承载力高、施工便捷、耐火性能强和经济效果好等优点，在土木工程中得到了广泛的应用。

在钢管中填入混凝土，通过内填混凝土增强管壁结构承载力，钢管起到对核心混凝土的束缚作用。

钢管混凝土将钢材和混凝土的优点相互结合，提高混凝土抗压强度的同时又克服了钢管易局部扭曲的缺点，大大提高承载力，弥补了两者的不足。

随着实验研究和理论的不断深入，钢管混凝土在高层、超高层和桥梁等结构中得到了广泛的应用。

本文结合典型工程实例，阐述钢管混凝土在桥梁中的应用情况。

关键词：钢管混凝土桥梁；应用；发展1 钢管混凝土在桥梁结构中的发展钢管混凝土结构最早应用于桥梁工程是1879年英国Seven的铁路桥。

当时在管中灌注混凝土,主要是防止内部锈蚀并承受压力。

之后，钢管混凝土主要应用在房屋建筑。

1930年在法国巴黎郊区用钢管混凝土建造过9m跨度的上承式拱桥。

1937年前苏联用钢管混凝土建造跨度101米的公路拱桥和跨度140米的铁路拱桥。

上世纪60年代前后，钢管混凝土结构的研究在前苏联、西欧、北美和日本等工业发达国家受到极大重视，开展了大量的试验研究，并在一些建筑工程如桥梁工程中加以应用。

我国从1959年开始研究钢管混凝土的基本性能和应用。

20世纪80年代后,研究工作进一步深入,通过大量的试验研究和理论分析,对构件的承载能力和变形性能及其影响因素进行了全面的研究,得到了实用的设计计算公式。

1990年建成了我国第一座钢管混凝土桥，从此以后,钢管混凝士桥在我国得到迅速的发展。

经过多年的实践研究，我国在桥梁工程上已经积累了丰富的经验，形成了完整的技术和理论体系。

2 钢管混凝土拱桥进入20世纪80年代后，钢管混凝士在桥梁工程中开始得到广泛的应用和研究，近二十年时间里，我国共修建了200多座钢管混凝土拱桥。

如1990年建成国内第一座钢管混凝土拱桥四川旺苍大桥，1995年建成跨径达200m的广东南海三山西大桥:1997年建成重庆万州长江大桥，净跨420m，2000年建成世界跨度最大的钢管混凝土拱桥——广州丫髻沙大桥。