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第一章钢管混凝土拱桥第一节钢管混凝土拱桥发展概况第二节钢管混凝土拱桥结构简介一、结构基本类型第三节钢管混凝土拱桥施工技术简介一、钢管拱肋制作第二章四川旺苍东河大桥第一节概况第二节主桥结构与构造第三节施工简介第四节四川旺苍东河大桥的历史地位第三章广州丫髻沙大桥第一节概况第二节主桥设计要点第三节基础、承台的施工与钢结构制造㈠基础与承台的施工桥址基岩岩性组合复杂，风化层厚，弱风化岩面起伏很大。
承台下采用φ3.Om等大直径嵌岩灌注桩，为了保证施工质量，以桩长、桩底墓岩岩性双控桩底标高，对少数成孔困难的桩，根据具体情况分别采用旋喷桩、冷冻法做防水处理。
承台及拱座均为大体积混凝土，施工时采取了以下措施以控制温度变形裂缝：1.在承台及拱座内设置多层冷却水管，施工时进水管口、出水管口温度差控制在15-20℃；2.选用矿渣水泥，掺加适量的粉煤灰、减水剂、缓凝剂；3.采用分层、分块法施工，并设置一定的温度筋；4.委托有经验的科研单位进行温度监控。
㈡钢结构制造1.工艺制作思路根据大桥钢结构的结构特点和运输要求，将其分成若干片体在工厂车间内制作，在组合场地组成拱肋节段，最后在工地组拼(或吊装)半拱，使之具备转体条件，其特点就是以中间产品为导向，便于全面铺开制造，力图提高加工制作精度和生产效率。
⑴制作流程制作流程见图8-15。
⑵制作工艺的设计原则①根据结构特点和吊装要求进行节段的划分丫髻沙大桥钢管拱肋为六弦管，在现场将空间的六根曲线φ750mm钢管同时对接好，且要控制对口错边在2mm以下，由于采用转体工艺安装拱肋，可采用大分段吊装，桥位现场离制作场地约lkm，采用水路运输没有什么困难，又因有120t船台吊机多部，因此，拱肋节段以不大于 120t进行划分。
此外，由于该桥的技术规定对钢管的卷制要求卷管方向应与钢板压延方向一致，经过多方案比较后采用最大3800mm管节的排板方案，单片主拱肋分为18个节段和一个跨中合龙管节，节段的最大质量约为105t，节段长度在25m以下。
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。
钢管混凝土拱桥设计钢管混凝土拱桥是一种采用钢管作为主要受力构件的混凝土结构桥梁。
它具有强度高、承载能力大、耐久性好等优点，在现代桥梁工程中广泛应用。
本文将围绕钢管混凝土拱桥的设计原理、结构特点和施工技术等方面进行论述，希望能够对读者有所启发和帮助。
一、设计原理钢管混凝土拱桥的设计原理是根据力学和结构力学的基本原理来确定桥梁的承载能力和稳定性。
在拱桥设计中，根据桥梁的跨度、荷载情况以及地质条件等，选取适当的拱形曲线和梁形，通过合理的弯矩分析和受力计算，确定拱桥的结构尺寸和截面形状。
同时，还需要考虑桥梁的自重和外荷载的影响，进行静力和动力分析，确保拱桥在使用过程中的安全性和稳定性。
二、结构特点钢管混凝土拱桥的结构特点主要包括以下几个方面：1. 钢管拱梁：钢管作为主要受力构件，具有较高的抗弯承载能力和刚度，能够有效地分担桥梁荷载，并提高桥梁的整体强度和稳定性。
2. 混凝土浇筑：钢管内注浆混凝土，形成钢管混凝土复合结构。
混凝土的浇筑需要注意控制浆液的流动性和凝结时间，确保混凝土能够充分填充钢管内部，并形成坚固的连接。
3. 施工工艺：钢管混凝土拱桥的施工工艺相对复杂，需要进行模板安装、钢筋绑扎、混凝土浇筑等一系列工序。
在施工过程中，需要注意对各个构件的形状和尺寸进行精确控制，确保各部分能够完美配合。
三、施工技术钢管混凝土拱桥的施工技术是确保桥梁质量和使用寿命的关键。
在施工过程中，需要严格按照设计要求和施工规范进行操作，采取合适的措施，保证每个施工环节的质量和安全。
1. 模板安装：首先需要进行桥墩和拱腿的模板安装，确保其几何形状和尺寸的准确度。
在模板安装过程中，需要密切监测模板的平整度和牢固度，防止模板变形和脱落。
2. 钢筋绑扎：在模板安装完成后，需要进行钢筋的绑扎工作。
绑扎钢筋时需要注意钢筋的位置和间距，确保钢筋能够充分发挥其受力作用，并与混凝土形成紧密的连接。
3. 混凝土浇筑：在钢筋绑扎完成后，开始进行混凝土的浇筑。
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。
《工程力学》增刊1999年钢管混凝土拱桥设计与发展周水兴李炎（重庆交通学院桥梁及结构工程系，重庆400074）(浙江交通建设集团,杭州310013)提要本文主要论述钢管混凝土拱桥构造、设计特点、内力计算方法和施工技术，并提出目前存在的问题及未来的发展方向。
关键词钢管混凝土拱桥，构造设计，施工技术1 引言钢管混凝土拱桥最早出现在前苏联，但发展最快的是国内。
我国自1990年建成第一座钢管混凝土拱桥—四川旺苍大桥以来，已建成五十余座，在建和正要建设的有几十座，究其原因，可以归纳为以下几个方面：首先，跨径适应能力大。
钢管混凝土拱桥在150-350米跨径范围内具有独特优势。
在这个跨径范围内修建的桥梁最多，既能满足常规的通航要求，又能很好地适应各种地形要求。
此前只有斜拉桥和预应力混凝土连续刚构桥能满足这个跨径要求。
其次，承载能力大，施工快捷。
钢管混凝土利用内填混凝土增强管壁的稳定性，同时又利用钢管对核心混凝土的套箍效应，使钢管混凝土具有很高的抗压强度和变形能力。
施工时，钢管充当很好的模板，能适应先进的泵送工艺，可省去支模和拆模等工序，更重要的，钢管本身就是劲性承重骨架，在施工阶段可起劲性骨架作用，在使用阶段又是主要的承重结构，因此可节省手架，缩短工期；第三，地基适应能力强，可以设计成有推力的钢管拱，也可以设计成无推力的系杆拱；第四，外形美观，钢管混凝土拱桥外形简洁，气势雄伟，犹如一条彩虹横跨两岸，常可成为一个城市或地方的景观。
2 钢管混凝土拱桥设计2．1主拱横断面设计钢管混凝土拱肋横截面形式，按钢管的根数及布置形式，通常分为：单肋型、双肢哑铃型、四肢格构型、三角形格构型和集束型，如图1所示。
周水兴，男，1967.7出生，工学硕士，副教授《工程力学》增刊1999年单肢型断面（图1a）构造简单，受力明确，但跨径过大相应要求增大钢管直径和壁厚，对钢管制作和混凝土浇筑不太方便，适用于跨径80m•以内的小跨径拱桥；双肢哑铃型断面（图1b），由上下两个钢管通过缀板连接而成，钢管直径一般为跨径的1/110～1/150，截面高度一般为跨径的1 /45～1/60。
双肢哑铃型断面，抗压刚度大，由于承压面距中心轴较远，因此纵向抗弯刚度大，占用桥面空间少，是一种理想的断面形式。
缀板内混凝土可根据计算确定，既可以填充，也可以不填充，一般应予填充，以增大承压面积。
缺点是侧向刚度相对较小，因此桥面系上下必须设置风撑确保侧向稳定性，适用于80～120m跨径的拱桥；四肢格构型断面根据钢管的布置方式，又分为四肢矩形格构型和四肢梯形格构型（图1c,d），由钢管（又称弦杆）、腹杆管（多为空钢管）和缀板组成，拱肋断面高度60l，50l~宽度130l，单根钢管直径~l，l为计算跨径，是大跨径钢管拱桥常用200l95l~的一种形式。
三角形格构型断面（图1e）纵向刚度大，横向刚度也大，适合于用在无风撑钢管混凝土拱桥上；集束型是将钢管桁架改成集束钢管，钢管间采用螺栓、电焊以及钢板箍（间距2～3m）连成整体形成拱肋，与钢管桁架相比，可节省腹杆，但纵向刚度减弱（图1f）。
图1 拱肋横截面形式拱桥是一个以受压为主的构件，为节省材料，多采用格构式截面，将弯矩转化为轴向力。
拱肋通常做成等高、等宽截面，以方便加工制作。
当拱脚段处于下列情形时，可将拱脚段做成钢管混凝土实腹结构：淹没于水中，或拱脚段受力较大，或有防撞等要求。
钢管应选用Mn16或3,Mn15A钢，壁厚考虑到防腐要求，不宜小于12mm。
钢管内混凝土应选用高标号，使其与钢管钢号和含钢率匹配，以充分发挥钢管混凝土构件的套箍效应。
2．2桥面系构造钢管混凝土拱桥，不论是上承式、中承式还是下承式，都作成肋拱桥。
《工程力学》增刊1999年2．2．1行车道系中、下承式钢管混凝土拱桥行车道系为悬挂体系，由于吊杆不具有抗弯刚度，因此设计时基本上都采用简支结构，即将行车道板简支在吊杆横梁上，再由吊杆将荷载传递到拱肋上，这种构造整体性较差，车辆通过时，有较明显的振动。
如采用连续桥面板，则整个桥面结构处在多点弹性支撑上，受力不利。
目前对行车道系的设计还没有一个很好的方法，一种办法是在桥面板梁支承处设置销钉栓固定，桥面连续。
2．2．2横撑横撑主要设置在拱顶、拱脚、拱肋与桥面系交接处，横撑的主要作用是将钢管混凝土拱肋联接成整体，确保结构稳定。
钢管混凝土拱肋的横撑多采用钢管桁架，钢管可以是空心的，也可以内填混凝土，做成钢管混凝土横撑。
横撑在拱脚处多做成桁式Ｋ撑或Ｘ撑，以获得更好的稳定性；在拱顶附近则以直撑、K撑或H型撑，以获得较好的整体刚度，同时又使桥面视野开阔。
需要指出的是，并不是设置的横撑越多，稳定性就越好。
2．2．3吊杆构造中、下承式钢管混凝土拱桥需设置吊杆。
锚固在拱肋上的吊杆锚具，为避免直接暴露在大气中，常设置在拱肋钢管弦杆内或缀板处，如图2(a,b,c)所示。
图2d是图2a的大样构造图。
垫板Ａ由４根Φ16•的定位钢筋焊接在钢管内，为加强定位钢筋与钢管的联接，可加焊Φ22的加固开孔园形加强筋。
图2 拱肋吊杆锚具布置吊杆可采用钢绞线或平行钢丝束，外套无缝钢管或热挤聚乙烯层防护。
上下锚头宜采用冷铸锚或ＯＶＭ锚具，然后用高标号混凝土封锚。
为便于今后更换吊杆，也可以采用双吊杆形式。
3 内力计算《工程力学》增刊1999年3．1计算图式由于交通部尚没有颁布钢管混凝土拱桥的设计规范，目前设计时采用的计算图式主要有以下二种：一是将钢管混凝土组合截面转换成一种材料特性，或是转换成混凝土材料，或是转换成钢，这种方法的缺点是不能充分反映钢管混凝土的特性（套箍效应），有些设计单位通过提高一级混凝土标号来近似考虑其套箍效应；另一种按钢管混凝土统一截面来计算。
3．2计算内容及方法钢管混凝土拱桥的内力计算包括成桥和施工两个阶段。
成桥和施工阶段一般都采用平面杆系程序计算，稳定性计算则采用空间杆系程序，如SuperSAP和北大引进开发的LISA 程序。
由于钢管混凝土拱桥是分阶段形成的，不同的施工顺序（如管内混凝土的灌注顺序）对钢管混凝土应力影响很大，甚至使钢管达到屈服，因此应计算施工过程中各阶段产生的内力和变形，然后叠加。
目前对钢管混凝土拱桥内力计算方法主要有两种：一种是采用拱肋截面上下缘最大应力控制设计，另一种是按钢管混凝土结构承载能力计算，这两种方法差异很大。
前者不能如实反映钢管混凝土受力特性，也不能考虑偏心受压构件的稳定承载力的折减；后者虽然能反映钢管混凝土性能，但因采用的计算公式和标准不同，也存在较大差异。
4 施工目前钢管混凝土拱桥施工主要采用千斤顶斜拉扣挂法、转体施工法和常规的缆索吊装法。
斜拉扣挂法首创于广西邕宁邕江大桥，该桥是一座钢管混凝土劲性骨架钢筋混凝土中承式拱桥，当时是为了实现连续浇注拱肋拱箱混凝土，又要求在整个浇注过程中结构应力和变位调整控制在设定的目标函数内。
这种方法在该桥中获得成功，以后又推广应用到钢管混凝土拱桥中，用于调整施工过程中钢管拱肋的标高以及在混凝土浇注和桥面系加载时拱肋的应力、变位符合设计要求。
钢管混凝土拱桥重量轻、刚度大、承载能力大，采用转体施工工艺，可解决转体重量重和转体结构的强度、刚度的矛盾。
据计算，对跨径500米的钢管混凝土拱桥采用无平衡重转体，它所需的扣索拉力和锚碇系统受力为400t，刚好与跨度200m的钢筋混凝土箱形拱桥涪陵乌江大桥相当。
正在施工中的广东丫髻沙大桥，主跨344m，就采用转体法施工。
缆索吊装法施工工艺已经成熟，但主要适用于5段及以下的拱桥吊装中。
钢管混凝土拱桥跨径较大，一般分段数都在9段以上，常规的扣索变形量大，扣索力也很大，采用缆索吊装对拱肋拱轴线型控制难度大，控制目标难以实现。
因此，目前都结合斜拉扣挂法，作为运输节段用。
《工程力学》增刊1999年5目前存在的问题及发展方向5．1目前存在的问题尽管钢管混凝土拱桥发展很快，跨径也已达到400米（重庆巫山县巫峡长江大桥），但是其设计理论、计算方法、规范制定等方面却比较落后，具体体现在以下几个方面：(1)初始钢管应力对主拱承载力的影响。
钢管混凝土拱肋是一个偏心受压构件，初始钢管应力对主拱承载力的有多大的影响，迄今对这方面的研究还甚少；(2)在弦杆与腹杆连接的节点处，当腹杆承受较大轴力时，弦杆会发生压陷现象，使腹杆卸载，弦杆加载，如何计算由此所产生的影响；（3）钢管混凝土本构关系。
当钢管混凝土拱肋采用第一种计算图式，若将钢换算成混凝土，就会遇到在某种荷载组合下拱脚上缘混凝土拉应力超过规范限值的情况。
（4）缺乏计算钢管拱强度和稳定的符合实际的实用计算公式。
（5）防腐问题。
钢管拱肋是主要的承重结构，需研制防腐性能好、便于高空操作的材料。
（6）设计规范。
目前交通部没有颁布钢管混凝土拱桥设计规范，现只能参照其他行业设计，缺乏统一的标准，影响了拱桥的进一步发展。
5．2 未来发展方向钢管混凝土拱桥跨径适应能力大、施工快捷、外形美观、对地基要求低，必将得到进一步的发展。
随着设计理论、计算方法、结构构造不断完善，相信钢管混凝土拱桥跨径达到500米甚至更大是有可能的。
参考文献1中国公路学会桥梁和结构工程学会1996年桥梁学术讨论会. 北京：人民交通出版社，1996年2郭金琼，毛承忠，陈宝春，郑振，郑振飞. 钢管砼结构在城市桥梁上的应用. 福州：福州大学学报，1996年4期3郑振飞，陈宝春. 钢管混凝土拱桥计算理论研究进展. 哈尔滨：哈尔滨建筑大学学报，中国钢协钢--—混凝土组合结构协会第六次年会论文集，1997.54向中富，邹义. 钢管砼拱桥的现状与发展. 成都：四川省公路学会桥梁专委会97年桥梁学术讨论会论文集5钟善桐. 钢管混凝土结构. 哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1994年1月。
