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第2期（总第215期）2021年4月CHINA MUNICIPAL ENGINEERINGＮｏ．２ （Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．２１５）Ａｐｒ． ２０２１钢管混凝土组合桥塔设计研究吴 巨 军（杭州市城建设计研究院有限公司，浙江 杭州311400）桥塔是斜拉桥的核心组成部分，直接关系桥梁的造型、造价、安全性和施工周期，因此广泛受到关注。
国内已建桥塔95%以上采用现浇施工的混凝土结构，但混凝土桥塔工厂化程度低、人工投入高、设备占用周期长、施工质量不易控制，故不符合桥梁建设从“建造”向“制（智）造”的发展潮流。
随着我国钢材产能的大幅提升和钢桥设计技术的快速发展，钢桥塔也得到越来越多的应用，但钢桥塔存在如下问题：钢结构在压力作用下容易失稳，单价高昂，水中桥塔易受腐蚀等。
钢管（包括圆钢管和方钢管）混凝土组合结构具有优异的结构性能，是传统的钢筋混凝土桥塔、钢桥塔以外第3种桥塔结构的有力竞争者，国内已有专家学者对其进行了基础性的理论研究和模型试验。
张喜刚等[1]以某跨海大桥原型设计为背景，经过理论研究结合轴压试验表明：外壁钢板-混凝土组合塔柱具有优异的承载能力和延性，明显优于普通钢筋混凝土柱。
邓露等[2]以四平市东丰路椭圆形钢-混凝土组合桥塔斜拉桥为背景进行模型试收稿日期：2021-02-01作者简介：吴巨军（1978—），男，高级工程师，本科，主要从事大跨度桥梁设计、研究工作。
摘要：以金寨县长征大桥的设计、施工为基础，提出钢管混凝土组合结构桥塔可以参照JTG/T D65-06—2015《公路钢管混凝土拱桥设计规范》进行设计计算。
针对桥塔构造、受力特点，提出钢管内壁增加PBL 纵向、环向加劲肋，增设内置钢筋笼，以及钢管内部填充高性能混凝土等3项措施。
对结构体系进行静力和动力分析，结果表明：采用钢管混凝土组合结构桥塔的斜拉桥具有良好的力学响应，结构强度、刚度、应力、整体稳定性和动力响应均满足规范要求。
关键词：钢管混凝土桥塔；组合结构；斜塔斜拉桥；高性能混凝土；PBL 加劲肋中图分类号：U443.38 文献标识码：A 文章编号：1004-4655（2021）02-0076-04DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2021.02.020验，结果表明：组合桥塔模型的承载力得到大幅提升。
钢管混凝土拱桥稳定性的计算理论简述摘要：本文针对钢管混凝土拱桥的稳定性问题，从理论计算的角度对其进行了探讨。
首先简述了钢管混凝土拱桥的构造特点和受力情况，然后介绍了钢管混凝土拱桥的设计原则和设计计算方法。
接着阐述了钢管混凝土圆形拱桥的静力分析方法，并针对桥墩的稳定性进行了数值模拟计算。
最后对钢管混凝土拱桥的稳定性进行了评估，并提出了相应的加固措施。
关键字：钢管混凝土拱桥，稳定性，设计原则，设计计算方法，数值分析，加固措施。
1. 引言钢管混凝土拱桥是一种新型的桥梁结构，具有承载力大、刚度好、耐久性强、施工方便等优点，特别是在跨度较大的工程中表现出了明显的优越性。
然而在钢管混凝土拱桥的设计和施工中，其稳定性问题一直是困扰工程师们的难题。
本文旨在探讨钢管混凝土拱桥的稳定性问题和相应的解决方法，为相关工程实践提供参考。
2. 钢管混凝土拱桥的构造特点和受力情况钢管混凝土拱桥是一种以钢管为骨架、混凝土为填充物的桥梁结构。
其构造特点主要包括以下几方面：（1）柱与拱采用钢管混凝土结构，两者通过锚固套筒连接起来，形成整体结构；（2）拱段分布顺应曲线，通过节点连接完成整个结构；（3）横向变位通过悬臂梁与拱顶连接传递；（4）桥面铺装采用钢筋混凝土铺装层覆盖沥青路面。
钢管混凝土拱桥所受的荷载作用主要分为水平荷载和垂直荷载两种。
水平荷载包括风荷载和地震荷载，作用于桥梁的平面上。
垂直荷载包括自重和交通荷载，作用于桥梁的竖直方向上。
在桥梁的使用过程中，还可能出现冰雪荷载、水流荷载等非常规荷载。
3. 钢管混凝土拱桥的设计原则和设计计算方法（1）设计原则钢管混凝土拱桥的设计应符合以下原则：① 桥面宽度应符合交通规定，并满足行车安全和通行舒适性要求；② 拱形应满足静力平衡和刚度要求；③ 桥墩应满足稳定性和承载能力要求；④ 施工应符合安全、经济、高效的要求。
（2）设计计算方法钢管混凝土拱桥的设计计算方法应分为静力分析和动力分析两部分。
铁路钢管混凝土系杆拱桥设计及计算分析尹贻新;叶长允【摘要】以德大铁路跨滨大高速公路特大桥主跨1 - 64.0 m系杆拱为例,对铁路系杆拱桥结构设计、计算参数选取进行详细介绍.采用有限元软件桥梁博士对结构进行纵向、横向计算分析；采用大型通用有限元软件ANSYS对结构进行模态及弹性屈曲分析.通过计算分析表明,结构应力、位移、自振频率及稳定系数均可满足规范相关规定.%This paper, taking a main span tied-arch of 64. 0 m of a super major bridge on the Dezhou-Dajiawa Railway as an example, which spans over the Binzhou-Dagao Expressway, introduces in detail the structural design and calculation parameter selection of railway tied-arch bridge. The longitudinal and horizontal structure were calculated and analyzed by the Doctor Bridge-finite element software. The modality and elastic buckling of structure were analyzed by the large general - purpose finite element software ANSYS. The results of calculation and analysis showed that the stress, displacement, natural frequency and stability factor of the structure could meet the requirements of the relevant standards.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2012(000)011【总页数】4页(P38-41)【关键词】铁路桥;钢管混凝土;系杆拱桥;静力计算;结构动力;弹性屈曲【作者】尹贻新;叶长允【作者单位】中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院,济南250022;中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院,济南250022【正文语种】中文【中图分类】U448.22;U448.38钢管混凝土是在钢管内填充混凝土形成的组合材料。
某单跨下承式钢管混凝土系杆拱桥设计分析单跨下承式钢管混凝土系杆拱桥由于其较新颖的结构形式、较经济的造价而成为现代城市桥梁建设最受青睐的结构形式之一。
文章结合实际工程地质，通过合理的结构设计，考虑按承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计组合并选取最不利效应，通过详尽的结构计算，验算得出结构各项技术指标均满足规范要求，结构整体和局部构件安全可靠，该桥的成功实施可为同类桥梁设计计算和施工提供范例。
标签：钢管混凝土；系杆拱桥；承载能力极限状态；正常使用极限状态；桥梁设计1 工程概況依托工程位于浙江某市，横跨排塘港，女儿桥老桥为板梁结构，桥宽7.5m，桥梁配跨为（13+15+13）m，始建于1995年。
根据河道改建后的情况，老桥不能满足今后使用要求，且现桥位处为规划Ⅵ级航道，桥梁通航孔净高不小于4.5m，最高通航水位2.16m。
由于老桥阻水严重、跨径小，按河道改建及航道通航要求，需重建新桥。
女儿桥跨径组成为（20+57.6+20）m，桥宽：0.5m（护栏）+7.5m（行车道）+0.5m（护栏）=8.5m，引桥为预应力混凝土简支空心板，主桥为，主桥为单跨下承式钢管混凝土系杆拱桥，主拱拱肋计算跨径56m，矢高11.2m，矢跨比1/5，拱轴线呈二次抛物线变化，主桥下部构造为主墩采用实体墩，柱式台，钻孔灌注桩基础。
新建依托工程属于现代城市桥梁，对景观要求较高，对其总体设计时应综合考虑水文、地质等因素，在满足车与人通行的基本要求下，力求达到景观和谐共生、结构经济安全、施工方便快捷的目标。
2 主要技术指标道路等级：公路-Ⅱ级。
桥梁全宽：0.5m（护栏）+7.5m（行车道）+0.5m（护栏）=8.5m。
桥梁设计基准期：100年。
设计安全等级：一级。
耐久性设计环境类别：Ⅰ类。
设计洪水频率：1/100洪水频率。
航道等级：Ⅵ级。
抗震等级：桥位处地震动峰值加速度为：0.05g，相当于基本烈度Ⅵ度，按Ⅶ度地震烈度设防。
3 主桥结构设计3.1 拱肋设计主拱拱肋采用单圆钢管混凝土，钢管外径1.0m，壁厚14mm，内设辅助钢筋加强。
张镇河大桥系杆拱桥施工工艺一、工程概况下承式钢管混凝土拱桥计算跨径L=112m，矢高f=25m，跨比D=1/4.48，拱轴线为二次抛物线型，拱轴线为二次抛物线，主拱拱轴线方程为：y=4fx（L-x）/L 。
两侧人行道通过横梁悬挑于边系梁外侧。
系梁采用箱梁截面，高2.5m,宽1.5m，顶板厚40cm，底板厚40cm，在拱脚处变为矩形断面，高2.5--4.2m，宽2m。
拱肋采用哑铃型钢管混凝土，截面高2.8m，由两根外径120cm壁厚16mm的Q345qD钢管组成，内灌C40微膨胀混凝土。
单片拱肋公设20跟吊杆，吊杆间距为5m，吊杆采用Φ299*12mmQ235qC无缝钢管，内穿FPES--109平行钢丝成品索，标准强度1670Mpa，采用双层HDPE防护，在管内压注发泡剂，锚具为冷铸墩头锚。
单幅桥拱肋横向设6道风撑，其中哑铃型撑2道，K型撑4道，于拱肋构成系杆拱空间稳定体系。
中横梁为T型断面，高1.7m--2.055m，底宽70cm，翼缘板厚20cm--40cm，顶宽110cm。
中横梁内设置5束12Φs钢绞线，施工采用预制吊装，通过湿接头与系杆连接。
15-端横梁为箱型断面，高2.45m--2.795m，受伸缩缝宽度的影响，宽度为2.8m、2.88m(使用于D80型伸缩缝端），顶板厚40cm，底板厚40cm，腹板宽40cm。
端横梁内设置4束11Φs、15-4束13Φs钢绞线，由于端横梁位于拱脚位置附近，且其自重较大预制、吊装困难，施15-工采用支架现浇施工。
行车道板中跨采用27cm厚C30钢筋砼实心板，边跨采用37cm厚C30钢筋砼实心板。
一片板宽1.1m，横向共布置16块。
横梁预留70cm宽后浇带，待预制行车道板吊装到位后再与湿接头浇筑形成整体。
行车道通过系杆外侧挑梁形成，挑梁对应横梁设置。
端横梁处挑梁宽2.8m，高0.7m--1.0m，与端横梁形成一体，为预应力砼结构；中横梁处挑梁宽70cm，高0.7m--1.0m，与中横梁形成一体，为预应力砼结构。
一种求解变截面钢管混凝土拱桥计算跨径的方法施智; 刘雪雷【期刊名称】《《西部交通科技》》【年(卷),期】2019(000)006【总页数】3页(P75-77)【关键词】钢管混凝土拱桥; 计算跨径; 净跨径【作者】施智; 刘雪雷【作者单位】广西交通科学研究院有限公司广西南宁530007【正文语种】中文【中图分类】U448.220 引言拱桥是一种优美的结构桥型，变截面拱桥通过变化主拱截面高度，形成一种双重变化的构造轮廓线，把力学曲线美展现得更为淋漓尽致。
钢管混凝土拱桥是主拱拱肋为钢管与混凝土两种材料组合而成的一种拱桥结构型式，当跨径较大时，钢管混凝土主拱通常做成桁架式，单个拱肋由四个主弦管组成，主弦管通过腹管和横缀管连接。
主拱圈根据受力需要或美观要求，可以设计成高度变化的变截面形式：拱脚截面高度较大，有利于承受较大的拱脚负弯矩；渐变至拱顶时高度变小，降低材料用量，降低自重产生的弯矩。
这种变截面的桁架式钢管混凝土拱桥，结构优美，受力合理，特别适用于跨径较大的钢管混凝土拱桥。
拱桥跨径有净跨径和计算跨径，一般根据桥梁自身实际情况先确定两者其中之一，再计算出另一个。
当为变截面桁架式主拱圈时，如果已知净跨径和拱脚截面高度，想得到其计算跨径则没那么简单。
因为在计算跨径未知的情况下，矢高和拱轴线都是未知的，导致几个未知参数相互关联，无法直接通过几何关系马上求出计算跨径。
对拱桥而言，计算跨径是重要的结构参数，须准确算出。
由于计算麻烦，一般设计师就直接确定计算跨径，导致最后得出的净跨径是零碎的数值。
净跨径往往涉及到通航净空，很多时候业主及通航部门更希望看到净跨径是整数值。
所以，已知变截面钢管混凝土拱桥的净跨径和拱脚截面高度，反算求得其计算跨径是有一定的现实意义的，但目前国内对此研究不多。
本文结合柳南(经合山)高速公路的合山红水河特大桥的工程实践，介绍一种求解的方法，希望能为该类桥型的工程设计提供有益的经验借鉴。
1 问题的提出合山红水河特大桥位于柳州经合山至南宁高速公路合山连接线上，是一座净跨径210 m的变截面钢管混凝土拱桥，该桥已于2018年设计完成。
钢管混凝土混合结构设计原理及其在桥梁工程中的应用摘要：钢管混凝土是--种轻质.高强的组合材料。
近年来在桥梁工程中的应用已越来越多，是一种有效而经济的结构形式。
钢管混凝土不仅已广泛用于拱式桥梁，在其他桥粱及桥粱的其他部位都已有应用。
文章着重介绍了钢管混凝土在桥墩.连续刚构桥，斜拉桥和拱桥上的应用实例，并建议尽快完善桥梁设计规范中的相关内容，以促进钢管混凝土在桥梁工程中的应用与发展。
关键词：钢管混凝土；应用；实例；桥梁工程1前言钢管混凝土是在圆形钢管内填入混凝土形成的一种轻质，高强的组合材料，是套箍混凝土的一种特殊形式。
其基本原理是借助圆形钢管对核心混凝土的套箍约束，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压缩变形能力。
钢管混凝土除具有强度高、重量轻，延性好，耐疲劳耐冲击等优越的力学性能外，还具有省工省料﹑架设轻便﹑施工快捷等优越的施工性能。
大量试验表明，钢管混凝土的工作性能比较接近于钢，而塑性和韧性还胜于钢。
钢管混凝土在桥梁中的应用是一种最有效，最经济的结构形式，因为：1)钢管对核心混凝土的套箍作用能有效地克服高强混凝土的脆性；2)钢管内无钢筋骨架，便于浇注；3)钢管外无混凝土保护层，能充分发挥高强混凝土的承载力。
钢管混凝土在桥梁工程中的应用越来越多，现简介如下。
2应用实例2.1桥墩日本秋田新干线某高架桥长约1km，其中 150m长路段为软土地带，采用填充土与水泥混合物的钢管桩并采用钢管混凝土桥墩。
对高架桥桥墩采用填充混凝土的钢管，具有如下优点：1)施工快捷；2)承载力大，抗震安全系数高；3)结构柔细，与风景协调。
其设计方法是将钢管截面积转换成钢筋截面积，并将它当作钢筋混凝土构件来计算。
施工步骤为：1)在钢管桩顶部安装锚固架作为承台；2)使用25t吊机将钢管混凝土桥墩的钢管插人锚固架中；3)在墩身与钢管桩钢管接头处填充无收缩水泥浆，并将它们完全固定；4)浇注承台与地下梁的钢筋混凝土；5)在墩身钢管中填充混凝土。
