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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。
主体结构设计使用年限100年JTGT D65-06-2015第1.0.7条吊杆设计使用年限20年JTGT D65-06-2015第1.0.7条防腐设计使用年限15年JTGT D65-06-2015第1.0.7条有人行时应避开人感频率2.5-3.5Hz JTGT D65-06-2015第6.3.1条李星虎～钢管混凝土拱桥设计计算（单管、哑铃型主拱）JTGT D65-06-2015公路钢管混凝土拱桥设计规范、JTG D64-2015公路钢结构桥梁设计规范JTGT D65-06-2015第3.3.2条管内自密实补偿混凝土膨胀率控制在2X10-4-2X10-4，其稳定收敛期小于60d ，设计文件还应列出本条关于混凝土工作性能和外加剂的规定GB 50755-2012钢结构工程施工规范~第4.4.4条焊缝重量宜以焊接构件重量的1.5%计算。
肋式主拱宜选用分离式拱座JTGT D65-06-2015第8.1.2条宽跨比＞1/20JTGT D65-06-2015第6.3.1条哑铃型腹腔内不灌混凝土是防爆管措施之一JTGT D65-06-2015第4.3.3条作用分离、组合及重要性系数见通规JTGT D65-06-2015第4.2.1条设计内容应明确钢管内混凝土脱空规定JTGT D65-06-2015第5.2.5条风撑类型（一字式、K 式）JTGT D65-06-2015第8.3.1条提篮式倾斜角度5-10°°8JTGT D65-06-2015第8.1.2条活载冲击系数u 0.13JTGT D65-06-2015第4.2.2条主体结构上易积水处应设置相应的泄水孔，孔径≥50mm ，排出口不得腐蚀和污染钢结构设计应提出检查、养护、维修的技术要求（按桥梁养护规范执行）防腐与涂装按JTT722规范系统温度采用当地极端最低和最高梯度温度荷载见4.2.5条风荷载按通规和风规计算基本规定地震作用见公路和城市桥梁抗震规范双肋拱横向分配系数按“杠杆法”计算多肋拱横向分配系数按“偏心受压法”计算钢管混凝土主拱徐变内力及变形计算按主拱降温15℃计算结构类型方便支架情况优先考虑钢筋混凝土主拱拱轴线抛物线结构重要性系数γo(1.1或抗震系数) 1.1汽车荷载等级（城-AB 级,公路-ⅠⅡ级）城-A 级汽车荷载系数k1(公路-Ⅰ级1.0Ⅱ级0.9)1JTGT D65-06-2015第8.1.2条主拱计算跨径L （50-100）m 100主拱净跨径Lo m 98拱矢f m 20矢跨比f/L 分母 5.0下承式钢管混凝土系杆拱矢跨比f/L 判断满足JTGT D65-06-2015第8.1.2条桥面总宽度B m 12车行道路面宽B1m 15车道系数k2(2、3-0.9，4-1,6-1.1)1JTGT D65-06-2015第8.1.2条主拱类型（单管、哑铃）块哑铃主拱截面计算全高H m 2.4主拱截面设计全高H m 2.00主拱截面全宽B m 1.00主拱外径D （600-1300）mm 800GB 50923-2013第7.2.4条主拱截面全宽B m 0.8主拱截面全宽B 判断满足JTGT D65-06-2015第8.1.2条主拱钢管壁厚T （12-25）mm 16GBT 21835-2008哑铃型主拱腹板实际高度h m 0.57间距一般＞0.5D哑铃型主拱腹板厚度δmm 16JTGT D65-06-2015第8.2.1条总体构造尺寸哑铃型主拱腹板高厚比≤14036均设加劲肋，间距≤2m,无混凝土风撑外径D1mm 800GB 50923-2013第7.2.10条风撑间距m 15吊杆等间距m 3.3吊杆间距判断满足JTGT D65-06-2015第8.1.2条钢材强度Q345C 钢Q345JTGT D65-06-2015第3.1.6条混凝土强度(C40、C50、C60)C50JTGT D65-06-2015第3.4.6条钢材弹性模量E Mpa 2.06E+05JTGT D65-06-2015第3.1.5条钢材的屈服强度f y Mpa 345GBT 1591-2018表7钢材抗拉、压、弯强度设计值fsd Mpa 310JTGT D65-06-2015第3.1.6条钢材抗剪强度设计值f vd Mpa 180JTGT D65-06-2015第3.1.6条混凝土轴心抗压强度标准值fck Mpa 32.4JTGT D65-06-2015第3.3.3条混凝土轴心抗压强度设计值fcd Mpa 22.4JTGT D65-06-2015第3.3.3条钢管劲厚比D/T 50材料钢管劲厚比D/T 判断满足钢管混凝土钢管的截面面积As mm2 3.94E+04钢管内混凝土的截面面积Acmm2 4.63E+05钢管混凝土截面含钢率αS (0.04-0.2)0.085钢管混凝土截面含钢率αS 判断满足钢管混凝土的约束小于系数标准值ξ≥0.60.91钢管混凝土的约束小于系数标准值ξ判断满足钢管混凝土的约束小于系数设计值ξo 1.18JTGT D65-06-2015第3.4.3条钢管混凝土组合轴心抗压强度fsc Mpa 52.43JTGT D65-06-2015第3.4.3条钢管混凝土组合弹性模量Esc (查表)Mpa 42000JTGT D65-06-2015表3.4.4钢管混凝土组合抗剪强度Tsc Mpa 22.67JTGT D65-06-2015第3.4.5条钢管混凝土组合剪切模量Gsc (查表)Mpa 12700JTGT D65-06-2015表3.4.6钢管混凝土组合截面面积Asc m20.50哑铃型主拱截面组合受力面积A ′scm2 1.02JTGT D65-06-2015第4.3.3条哑铃型主拱截面组合抗压弹性模量I ′scm40.40JTGT D65-06-2015第4.3.3条3.4.1钢管混凝土构件钢管混凝土设计强度哑铃型主拱截面组合抗压弹性模量E ′scMpa 44923JTGT D65-06-2015第4.3.3条主拱轴线长度Sg m90主拱的等效计算长度So(无铰拱)m32.40主拱截面回转半径i m0.63根据截面形状自动判断钢管混凝土等截面主拱的长细比λ(20-100)51.66JTGT D65-06-2015第4.3.6条构件截面最大弯矩M KN •m2500Midas Civil 求得构件截面最大弯矩对应的轴力N KN2500Midas Civil 求得主拱截面偏心距eo m1.00钢管混凝土截面半径r m0.40基础数据主拱截面偏心距eo 判断满足JTGT D65-06-2015第4.3.7条钢管初应力σo （骨架受力）Mpa35Midas Civil 求得钢管初应力度ω（≤0.65）0.11JTGT D65-06-2015第5.2.4条钢管处应力折减系数Kp0.98JTGT D65-06-2015第5.2.4条钢管内混凝土脱空折减系数Kp0.95长细比折减系数φl （查表，GB 为计算）0.800JTGT D65-06-2015表5.2.3压弯构件轴向力设计值N 103KN 2.5Midas Civil 求得欧拉临界力N E 103KN 78.08偏心距增大系数η1.01弯矩折减系数φe0.18单管钢管混凝土偏心受压构件承载力判断满足JTGT D65-06-2015公式5.3.1长细比折减系数φ′l （查表）0.800JTGT D65-06-2015表5.2.3压弯构件轴向力设计值N 103KN 2.5Midas Civil 求得弯矩折减系数φ′e 0.315.2.2单管钢管混凝土偏心受压构件承载力5.3.2哑铃型钢管混凝土偏心受压构件承载哑铃型钢管混凝土偏心受压构件承载力判断满足JTGT D65-06-2015公式5.3.2-1组合截面剪力设计值V 103KN 0.50Midas Civil 求得截面抗剪修正系数γv 0.85钢管混凝土组合截面面积Asc m2 1.01哑铃型钢管混凝土偏心受压构件承载力判断满足JTGT D65-06-2015公式5.5.1节点两侧或一侧主管是否受拉（是、否）否结构重要性系数γo(1.1或抗震系数) 1.1支管受压力N y KN 1200.00Midas Civil 求得或其他支管受拉力N L KN 1200.00主管外径D mm 800.00支管外径d mm 480.00主管壁厚T mm 16.00支管壁厚t mm 12.00受压支管与主管间轴线夹角θ(30-90)45.00力5.5.1抗剪承载力C °受拉支管与主管间轴线夹角θt (30-90)°45.00节点两侧主管轴心压应力的较小绝对值σMpa 0.50Midas Civil 求得或其他K 式两支管间的间隙g ≥50mm mm 50.00支管与主管外径之比0.2≤β≤1.0满足0.60钢材的屈服强度f y Mpa 345GBT 1591-2018表7钢材抗拉、压、弯强度设计值fsd Mpa 310JTGT D65-06-2015第3.1.6条主管管厚比D/T ≤100满足50.00支管管厚比d/t ≤60满足40.00参数φn 1.00参数φd 0.63参数φa 1.52结构重要性系数γo 1.10一字式支管受压节点承载力Nc KN 1770.375.6节点承载力计算（注：此不等于焊接强度）一字式支管受压节点承载力Nc 判断满足一字式支管受拉节点承载力Nt KN 2478.52一字式支管受拉节点承载力Nt 判断满足K 式支管受压节点承载力Nc KN 2686.21K 式支管受压节点承载力Nc 判断满足K 式支管受拉节点承载力Nt KN 2686.21K 式支管受拉节点承载力Nt 判断满足管-管相贯（风撑与主管）、管-板连接（哑铃腹板与主管、其他板与主管）、管-管对接提出加工质量要求见JTGT D65-06-2015表5.7.4JTGT D65-06-2015第5.7.4条因无实测循环次数，按规范中的2×106次等幅加载进行验算JTGT D65-06-2015第5.7.4条JTG D64-2015抗疲劳计算模型ⅠJTGT D65-06-2015第5.7.2条车道荷载集中荷载为0.7P k ，均布荷载为0.3q k ，计冲击作用JTGT D65-06-2015第5.7.2条风撑与主管连接节点最大应力σmax Mpa 25.00Midas Civil 求得风撑与主管连接节点最小应力σmin Mpa 15.00Midas Civil 求得单管主拱配一字(T)式单管横撑哑铃型主拱配一字(T)式双管组合横撑仅主拱起止两端的横撑 可考虑K 式构造5.6节点及连接风撑与主管连接节点疲劳应力幅△σMpa 10.00风撑与主管连接节点疲劳容许疲劳应力幅[σMpa 50.00风撑与主管连接节点疲劳验算判断满足腹板与主管连接节点最大应力σmax Mpa 45.00Midas Civil 求得腹板与主管连接节点最小应力σmin Mpa 15.00Midas Civil 求得腹板与主管连接节点疲劳应力幅△σMpa 30.00腹板与主管连接节点疲劳容许疲劳应力幅[σMpa 80.00腹板与主管连接节点疲劳验算判断满足吊索承载力计算见“李星虎～吊索专篇”第8.5.1条吊索采用平行钢丝成品索或钢绞线成品索，采用环氧喷涂、环氧填充或镀锌的防腐处理，设置耐候的防第8.5.2条锚管的出口端应设置减震器，上下端锚具应露出结构外。
大学四年的学习生活转瞬即逝，在毕业前的毕业设计对我们而言尤为重要。
它不仅仅是学校教学要求的一个重要环节，更是培养我们独立工作能力、理论联系实际的能力、严谨设计能力等能力的一个重要的手段。
通过认真的完成毕业设计，可以系统的运用所学的知识，也可以通过毕业设计来查找理论知识存在的不足。
本设计是在指导老师的悉心指导下完成的，题目是柳州市某大桥的设计，主要从桥梁方案的设计与比较，桥梁的结构内力计算，预应力筋的配置设计，预应力损失的计算，截面强度、应力验算等几个方面进行。
在桥梁方案比选时，首先根据地形地质条件，桥梁的总长，大体确定要选用的基本方案，通过比较分析，按照安全、实用、经济、美观、有利于环保的原则，确定最终的方案。
本设计考虑到水位情况、基础埋深、桥面宽度、施工方法等等因素，最终确定出桥型总体布置图，引桥采用跨径为35米和30米的预应力混凝土箱型连续梁桥，主桥采用主跨为140米的中承式钢管混凝土拱桥。
主跨拱肋采用圆端形截面，边跨拱肋采用钢筋混凝土矩形截面形式。
主跨拱肋采用钢管混凝土截面可以增强截面刚度，减少截面结构尺寸，节约混凝土的用量，进而起到减轻桥梁自重，减少了恒载的重力，在一定程度上也可以减低桥梁造价。
随着我国拱桥设计的不断发展，钢管混凝土拱肋也是目前较大跨径拱桥中最常采用的截面形式之一。
如将1989年建成的四川省第一座跨径为100米的钢筋混凝土箱型拱肋与箱型板拱定型设计相比，重力与水平推力分别减少小了48%和40%，相当于减小了下部结构圬工数量，从而降低了总造价。
另外，在外观上，考虑到该设计为城市桥梁，钢管混凝土中承式拱桥拱桥线形清晰明快，轻盈美观，增加的城市的美观性，并且施工也比较方便，本设计采用缆索吊装施工。
由于，钢管混凝土拱桥的这些优点，目前在混凝土拱桥中已被普遍采用。
其它结构的设计以及细部的处理都参照了相应的规范和手册进行。
在计算时，通过手算和桥梁迈达斯软件计算相结合，进行了截面配筋、应力计算等工作。
6 g 坊Sichuan Building Materials第46卷第9期2020年9月Vol.46,No.9September, 2020上承式钢管混凝土拱桥设计计算魏一纟行，王梅俊(天津城建设计院有限公司第七分院，浙江 杭州310051)摘 要：某上承式钢管混凝土拱桥主拱计算跨径为170 m,主拱选用悬链线形作为拱轴线，拱肋采用四肢全桁式等截面钢 管混凝土结构，由左右两条拱肋及横向联接系构成。
拱肋中心距7.2m,肋全高3. 8 m,全宽2. 8 m,拱肋腹杆采用钢管。
拱上立柱为钢管混凝土格构式柱,上部构造采用3X4X 15. 3(m)先简支后桥面连续预应力矮T 梁。
采用有限元计算软件Midas Civil 进行建模计算，分析桥梁在施工阶段、运营阶 段受力情况，结合规范要求对桥梁结构进行设计。
关键词：上承式钢管混凝土桁架拱桥;有限元计算;桥梁设计中图分类号:U448.22文献标志码:B文章编号：1672 -4011(2020)09 -0132 -02DOI ：10. 3969/j. issn. 1672 - 4011. 2020. 09. 0671工程概况某上承式钢管混凝土拱桥位于浙江省温州市泰顺县珊 溪水库库区，承接水库两岸交通作用。
主拱计算跨径170 m,矢跨比为1/4. 8o 拱轴线按悬链线设置，拱轴系数m 取值1.543。
上部结构布置为3X4X15.3 (m)预应力混凝土桥面连续矮T 梁。
桥型布置如图1所示。
2主桥结构设计2.1拱肋构造主拱采用四肢全桁式等截面钢管混凝土桁架结构，由两条拱肋及横向联接系构成。
拱肋中心距7.2 m,肋全高3. 8m,全宽2. 8 m o 每肋由4肢4>8OO X 16 mm/20 mm (拱脚处加厚)钢管构成，内灌C50混凝土。
柱下竖腹杆、拱较处斜杆内 灌C50混凝土，其余腹杆及平联钢管内不灌混凝土。
2.2 拱肋节段划分及接头设置拱肋节段划分采用与拱上建筑跨径统一的方式,即在立柱下方设置两竖腹杆，内灌C50混凝土，拱肋节段接头设在 两竖腹杆之间。
钢管混凝土组合截面计算方法及其在midas 中的实现作者：武庆喜代金鹏葛勇来源：《时代经贸》2013年第24期【摘要】根据弹性理论对钢管混凝土组合构件截面应力及截面内力进行计算推导，结合实际工程计算了钢管混凝土拱桥拱肋应力及内力，并用midas软件模拟组合截面受力状态，分析了软件模拟时应注意的问题。
【关键词】钢管混凝土；组合构件；换算截面；midas模拟一、引言钢管混凝土组合结构出现至今已经有近100年的历史，我国在60年代初期开始研究这种结构，90年代后，钢管混凝土在拱桥结构中大量应用，产生了良好的经济效益和美学效果。
钢管混凝土组合结构是由普通混凝土填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构，钢管内填混凝土增强了钢管壁的局部稳定性，钢管对核心混凝土的套箍约束作用，使其处于三向受压状态，薄壁钢管与核心混凝土相互弥补了彼此弱点，并且充分发挥各自优点，从而使得钢管混凝土组合结构具有更高的抗压强度和更好的变形能力。
通常情况下，钢管混凝土是在其弹性范围内工作的，可按弹性理论进行设计计算。
二、组合截面内力计算原理1.弹性理论基本假设钢—混凝土组合结构弹性设计的主要计算内容是组合截面应力应变，确保结构的截面强度、刚度和稳定性，截面应力计算是最核心内容。
按弹性理论计算钢—混凝土组合结构时，做下列假设：（1）完全弹性假设，钢材和混凝土都在弹性变形范围内工作。
（2）平截面假设，组合梁在受力弯曲后，其原来的横截面仍为平面，并绕垂直于纵对称面的某一轴旋转，且垂直于梁变形后的轴线。
（3）两种材料之间连接可靠，无相对滑移。
基本假设与材料力学中采用的基本假设一致，因而原则上可以利用材料力学公式计算组合截面的应力和变形。
2.截面特性换算钢—混凝土组合结构是两种不同性质的材料组合的复合结构，因此首先解决截面换算问题，即将两种材料换算为具有相同弹性模量的同一种材料。
在钢—混凝土组合结构计算时，通常将混凝土截面用等效的钢材截面代替，这种代替后的截面称为换算截面。
1-100m钢筋混凝土拱桥0#台桩基计算一、桥台及承台自重的作用力（顺时为+，反之为-）桥台形式见附图一：二、计算主拱圈作用于拱座的力对承台重心O的力1.根据有关标准图知，作用于拱座上的控制力为：垂直力：V=17450KN水平力：H=23740KN（往河岸）弯矩：M=10480KN*M2.对承台重心O产生的弯矩：M V=4.95*17450=86377.5(KN*M)M H=-9.58*23740=-227429.2(KN*M)3.对承台重心O产生作用合力：垂直力=17450KN水平力=23740KN（往河岸）弯矩=86377.5+10480-227429.2=-130571.7(KN*M)三、计算桥台后静土压力及土抗力1.静土压力计算E j=0.5*ξ*γ*H2*B其中：ξ=0.50(自然土体)γ=20kn/m3h1=13m；h2=10.24mB=5.5m所以:E1=0.5*0.5*20*132*5.5=4647.5(KN)E2=0.5*0.5*20*10.242*5.5=2883.6(KN)平均静土压力=(4647.5*2+2883.6)*0.5=6089.3(KN) 作用力到承台底距离:h=(4647.5*10.24*0.5*10.24+2883.6*0.5*10.24*10.24/3)/((4647. 5*2+2883.6)*0.5*10.24)=294057.41/62354.43=4.72(m) M静=6089.3*4.72=28741.5(KN*M)2.土抗力计算(1)计算土抗力根据桥梁工程（公路与城市道路工程专用）P404知，p k=Mc/(B*h2/3*(h2+f)+K0/K*I0/h2)其中：h2=9.58(m)f=0(偏安全、可不考虑)K0/K =1.25I0=6.8*11.83/12=931.1D=B*h2/3*(h2+f)+K0/K*I0/h2=5.5*9.582/3+1.25*931.1/9.58=289.75Mc=-227429.2+25553.4+86377.5+10480+28741.5=-76276.8(KN*M)台口处的抗力强度p k=76276.8/289.75=263.3(KN*M2)土抗力Pk=0.5*B*p k* h2=0.5*5.5*263.3*9.58=6936.6(KN)(2)对桥台变位的限制a.水平位移:Δ=p k/k=263.3/(120*9.81*103)=0.22mm＜6mm，满足要求b.台后填土稳定性的保证Kc=P b/(P j+P k)其中：P b=20*13*tg2(45+35/2)=959.4(KN*M2)P j=0.5*20*13=130(KN*M2)所以Kc=959.4/(263.3+130)=2.44＞1.4，满足要求四、作用于承台重心O处的合力垂直力∑Ni=28112.8+17450=45562.8KN水平力∑Hi =23740-6089.3-6936.6=10714.1KN（往河岸）弯矩Mo =Mc-Mp k=-76276.8+1/3*5.5*263.3*9.582=-31974.8KN*M五、桩基计算1.系数计算(1)自由长度:Lo=0m(2)E*I=0.67*E h*I h=3.0*104*3.14*1.84/64=10357530(kn*m2)(3)桩的计算宽度:b1=0.9*(d+1)*K其中：h1=3*(d+1)=3*(1.8+1)=8.4(m)L1=4.5-1.8=2.7＜0.6*h1=5.04(m)K=b’+(1-b’)/0.6* L1/ h1=0.5+(1-0.5)/0.6*2.7/8.4=0.768 所以b1=0.9*2.8*0.768=1.935(m)(4)m=(m1*h12+m2*(2*h1+h2)*h2)/h m2=50000(KN/M4)其中：h m=2*(d+1)=5.4(m)(5)变形系数α：α=(m*b1/EI)0.2=(50000*1.935/10357530)0.2=0.3927h’=α*h=0.3927*30=11.78＞2.5，可按弹性桩计算(6)EA=3.0*107*1.82/(4*3.14)=7734930(7)单桩面积Ao=4.52/4*3.14=15.904(m2)备注：0.25*35°=8.75°，2*25*tg8.75°=7.70＞4.5，取4.5m计算(8)Kc=0.5(摩擦桩)(9)地基系数：Co=mo*b=50000*30=1500000(KN/M4)2.钻孔灌注桩基的计算采用桥梁博士2.9和桥梁大师计算，结果另见。
目录摘要 (I)Abstrac ............................................................................................................................................................ I I1.引言 (1)2.设计资料与技术标准 (2)2.1技术标准 (2)2.2设计规范 (2)3.结构初步设计 (3)3.1 结构总体布置拟定 (3)3.1.1 拱肋 (3)3.1.2 横向联系 (3)3.1.3 立柱 (4)3.1.4 悬挂结构 (4)3.1.4.1 吊杆 (4)3.1.4.2 桥面系 (4)3.1.4.3横梁 (5)3.1.4.4加劲纵梁 (5)3.1.4.5桥面板 (5)3.2 截面尺寸拟定 (6)3.2.1拱肋 (6)3.2.2立柱 (7)3.2.3吊杆 (7)3.2.4横梁 (7)3.2.5加劲纵梁 (8)3.2.6桥面板 (8)4.结构计算 (9)4.1建立坐标系 (9)4.1.1单元划分 (9)4.1.2单元材料特性 (12)4.1.2.1主拱圈 (12)4.1.2.2吊杆单元 (12)4.1.2.3横梁、立柱、加劲纵梁、桥面板 (13)4.1.3结构边界条件 (13)4.1.4生成模型 (14)4.2内力计算 (14)4.2.1 恒载内力计算 (14)4.2.2活载内力计算 (15)4.2.3 荷载效应组合 (18)4.3应力输出 (20)4.3.1各施工阶段关键截面应力 (20)4.3.2使用极限状态各工况关键截面应力 (21)4.4位移输出 (21)4.4.1施工阶段关键节点计算累计竖向位移 (21)4.4.2使用阶段关键节点竖向位移 (22)4.5支承反力 (22)4.5.1施工阶段支承反力 (22)4.5.2使用阶段支承反力 (22)4.5吊杆初张力 (23)5.主拱验算 (24)5.1拱圈承载力验算 (24)5.2 拱肋整体稳定性验算 (25)5.2.1纵向稳定性验算 (25)5.2.2横向稳定性验算 (26)5.3主拱圈变形验算 (26)5.3.1正常使用极限状态验算 (26)5.3.1.1长期效应组合挠度验算 (26)5.3.1.2短期效应组合挠度验算 (27)5.3.2短暂状况验算 (27)5.4主拱圈应力验算 (27)5.4.1持久状况验算 (27)5.4.1短暂状况验算 (28)6.吊杆复核 (29)7.加劲纵梁分析 (31)7．1 计算结果 (31)7．4．1承载能力极限状态验算 (32)7．4．2加劲纵梁正常使用极限状态应力验算 (33)8.横梁分析 (36)8．1计算模型 (36)8．2横梁计算 (36)8．3横梁验算 (37)8.3.1施工阶段应力验算 (37)8.3.2持久状况下正常使用极限状态抗裂验算 (37)8.3.3长期效应组合 (38)8.3.3正常使用极限状态应力验算 (39)8.3.4承载能力极限状态强度验算 (40)9.桥面板分析 (42)9.1施工阶段应力验算 (42)9.2正常使用极限状态抗裂验算 (42)9.2.1短期效应组合 (42)9.2.2长期效应组合 (43)9.3正常使用极限状态应力验算 (44)9.4正常使用极限状态挠度验算 (45)9.5承载能力极限状态强度验算 (45)结束语 (47)参考文献 (49)致谢 (50)摘要钢管混凝土拱桥由于具有承载力高、塑性和韧性好、施工方便、经济效果好和地基适应性强等优点，是发展前景广阔的一种组合桥梁结构。
