【钢管混凝土拱桥拱座结构受力分析】钢管混凝土拱桥结构及受力特点分析
钢管混凝土拱桥管节点应力及应力集中有限元分析
1.1.2 钢管混凝土结构的特点
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，是使其二者有机结合的 一种组合结构，其本质上属于箍套混凝土。钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土及螺 旋配筋混凝土的基础上演变和发展起来的，按截面形式的不同，可分为方钢管、 圆钢管和多边形钢管混凝土。在实际工程中，应用最广泛的是圆钢管混凝土，且 管内只浇灌素混凝土，不再配置钢筋 日
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（1）简要介绍了钢管混凝土的结构特点及钢管混凝土在拱桥中的发展情况， 提出了钢管混凝土拱桥的设计需注意的问题，并介绍了圣维南原理及其在钢管混 凝土中的应用；
（2）根据已建四管桁式钢管混凝土拱桥—湖南益阳茅草街大桥，选取工程中 三类典型节点—DTY 型、XYT 型、DTDY 型管节点为研究为对象，基于 ANSYS， 建立了钢管混凝土拱桥的节点实体模型，分析和比较了它们的静力性能，讨论了 其应力变化情况；
(3) the analysis and calculation on variation of stress concentrate factor for both concrete-filled steel tubular and hollow steel tubular DTY joints, XYT joints, DTDY joints under the axial strength or axial and bending loadings together function in brace along with the variation of diameter of braces and the included angle of braces and chords the have carried out. The results show that the concrete-filled steel nodes are more obvious than the empty steel tube nodes on stress concentrate phenomenon and as well as nodes under the function of axial strength than axial and bending loadings together function in brace.
【钢管混凝土拱桥拱座结构受力分析】钢管混凝土拱桥结构及受力特点分析
【钢管混凝土拱桥拱座结构受力分析】钢管混凝土拱桥结构及受力特点分析某中承式钢管混凝土拱桥拱肋的理论计算跨径为152m，拱肋直径1.5m，厚度为2cm，内部浇筑C50混凝土，计算矢高为47m，矢跨比为1/3，拱肋拱轴线采用倒悬链线，拱轴系数为1.55。
拱肋采用圆形截面，主梁采用扁平流线形钢箱截面，拱肋设18对吊杆。
下部结构为钢筋混凝土拱座及承台接钻孔灌注桩基础。
桥面铺装采用6cm 厚环氧沥青。
钢箱梁主体结构均采用Q345-C钢，钢箱拱肋结构采用Q345D钢，其技术指标应符合《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-94）的相关要求，盖梁及墩柱采用C40混凝土，拱座及承台采用C30混凝土，基桩采用C25混凝土。
桥梁设计荷载为公路-I级，人群荷载5.0KN/m2；环境类别为II类；设计安全等级为一级。
Midas/Civil有限元模型使用Midas/Civil建立全桥模型，本桥3D模型按照桥梁设计选择相应的材料和截面特性。
模型划分共计368个节点，378个单元，其中梁单元360个，桁架单元18个，考虑到的各作用效应有：（1）恒载：自重以及设计荷载；（2）均匀温度：结构因均匀温升、温降，梯度温升、温降产生的作用效应按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）规定计算。
（3）支座沉降：支座不均匀沉降按1cm考虑。
（4）车辆荷载：按最不利车辆荷载考虑，车辆为公路—I级五车道，人群荷载为5.0KN/m。
本桥考虑2.5%的桥梁纵坡。
模型节点单元见图3。
其中，拱肋单元编号为155~322，共计167个单元。
图1 钢管混凝土拱桥有限元模型永久作用分项系数按照作用对结构承载能力不利的情况选取，可变作用分项系数按照规范的要求进行取值。
各荷载组合系数见表3。
表3 荷载组合系数名称荷载工况组合系数结构恒载自重+二期1.1车辆荷载公路—Ⅰ级1.4支座沉降1cm 1.0温度荷载±20℃ 0.7计算结构自重+二期+车辆荷载+升、降温效应（±20℃）+支座沉降（1cm）作用下的拱肋内力。
对钢管混凝土拱桥受力分析及性能探讨
对钢管混凝土拱桥受力分析及性能探讨摘要:钢管混凝土拱桥设计是常见而又复杂的实际问题，针对钢管混凝土受力性能及抗震横向对提高拱肋的横向稳固性起到了极大的作用, 一同避开了拱顶段管内混凝土不密实的问题.本文笔者以下进行了分析。
关键词:钢管混凝土;拱桥设计；抗震；分析1 有限元模型简介某大桥的受力分析采用大型通用程序A N-SYS 进行计算.建模时, 拱肋、桥面纵梁、横梁采用空间梁单元, 其中钢管混凝土拱肋段采用双单元法建模, 即在模型离散时, 在同一段有限元模型中将钢管和混凝土分别作为两根杆件输人, 但同时保证二者的节点坐标完全相同, 在相同的节点间建立两个单元, 一个单元赋予钢管的材料属性, 另一个单元则赋予混凝土的材料属性, 这样两种材料的应力—应变关系可以得以输人[4]; 系杆与吊杆采用拉杆单元, 桥面系采用梁格法模拟. 桩基的计算模型是用弹簧支承来模拟地基的水平抗力, 用m 法进行计算.全桥共374 个节点,4 2 个梁单元, 有限元模型见图1图1 某大桥有限元模型2 横向一类稳定计算某桥成桥后进行了静动载测试本文在进行横向稳定计算时, 以静载测试的四个工况为模型的荷载, 计算某大桥在各个工况下的一类稳定系数(特征值)静载试验共进行了 4 个工况: 工况一为按口 4 点弯矩最大; 工况二为拱脚负弯矩最大江况三为拱顶正弯矩最大; 工况四为拱脚推力最大布载。
分析时以管内混凝土填充长度系数α为参数(参数a 含义见图3).0 < a < 0.5 时为复合拱; 当a= O 时为钢管拱; 当a = 0.5 时, 为钢管混凝土拱.计算中不考虑材料的非线性计算结果见图2.图2稳定系数变化趋势图对该桥的弹性一类稳定分析表明, 在各种加载工况下, 一阶弹性失稳模态不受混凝土充填系数a的影响, 均为面外失稳，但α对稳定系数有影响.当a 从0 变化至1/ 12 时, 稳定系数缓慢增长, 最大仅增加4.8% ; 此后, 稳定系数增加较快,当a 趋近L/4 时, 稳定系数均达最大值(除工况三) ; 此后随a 增加稳定系数反而下降, 在α=0.4 17 时达到最低点后又开始上升, 到a =0.5(钢管混凝土拱)时稳定系数达到第二个峰值.因此, 从弹性一类稳定系数来看, 坡充系数太小(小于1/ 1 2) 时管内混凝土对稳定系数提高的作用较小, α在0.25 附近时, 效率最高; 超过0.25 时反而降低了拱的稳定性能, 这可能是此时刚度增加的有利作用小于拱肋自重产生的不利影响. 当然,钢管混凝土拱的稳定系数最大, 但从复合拱的角度而言, 钢管与钢管混凝土在拱肋L/4 处相接, 结构一类弹性稳定性最好。
钢管混凝土异型拱桥拱座力学特性分析
中简化 了超静 定结 构 的约束 作用 ， 故计 算 结 果不 能保 证精度 。为此 ， 采用 Ａ Ａ ｔ Ｂ ＱＪ Ｓ通用 程序 建立 了全 桥有 限元模 型 （ 图 ２ ， 见 ） 以准 确分 析拱 座 的局 部 应力 。模
第一作者简介 ： 赵铁永（９ ５ ） 男， １７ 一 ， 主要从事 交通及市政道路
桥 梁设 计 工 作 。
１ ６
型 中采用 杆系单元 模 拟拱 座局 部 区域 外 的结 构 刚度 ，
用 三维实体 单元模拟 拱座 局部 区域 （ 见图 ３ 。为 了确 ）
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赵 永徐 ，越 ： 管 凝 异 拱 拱 力 特 分 铁 ，平朱 峰 钢 混 土 型 桥 座 学 性 析
０ Ｉ ｌ ｏ 《 ６ （ ｏ Ｉ ０ ４ Ｉ６ ｌ Ｉ８０ ０
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ｂ 主 跨 横 断 面 圈 ）
３ ． ６５ｍ。拱 肋 由 ３根圆形 截 面钢 管混 凝 土结 构组 成 ，
包 括１ 主拱肋和 ２根 副拱肋 ， 根 ３根拱肋 之 间成倒 三角
形截 面。拱肋 曲线 均为 抛物 线 ， 主拱 肋平 面和 副拱肋
４ ７ｍ＋１２ｎ ＋ ７ｍ。 主梁 中跨 为钢一 混凝 土结 合箱 ３ ｌ ４
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收 稿 日期 ：０ ０— １ ０ ２１ ０ — ８
大跨度钢管混凝土拱桥受力性能分析
参考内容
基本内容
随着经济的发展和科技的进步，我国基础设施建设规模不断扩大，尤其是大 跨度桥梁的建设取得了长足的发展。大跨度钢管混凝土拱桥作为现代桥梁工程的 重要类型，具有结构轻盈、跨越能力大、美观环保等优点，因此在公路、铁路和 城市交通领域得到广泛应用。
然而，大跨度钢管混凝土拱桥施工过程复杂，涉及众多关键技术，如何确保 桥梁施工过程中的稳定性、安全性和精度控制成为亟待解决的问题。本次演示旨 在探讨大跨度钢管混凝土拱桥施工控制方面的研究，以期为类似桥梁工程建设提 供理论支持和实践指导。
参考内容二
一、引言
随着现代工程技术的不断发展，大跨度桥梁的设计和施工越来越受到人们的。 大跨度桥梁不仅在视觉上提供了宏大的景观效果，而且在功能上满足了跨越大型 河流、峡谷或其他复杂地形的需求。在众多大跨度桥梁中，大跨度钢管混凝土拱 桥因其独特的结构特性，如高强度、耐久性好、造价低等，而在桥梁工程中具有 广泛的应用。
在实验研究方面，学者们通过制作缩尺模型、全桥模型等进行了各种加载实 验，以探究拱桥的受力性能。这些实验表明，大跨度钢管混凝土拱桥具有良好的 承载能力和变形性能，同时拱脚处容易出现裂缝。尽管实验研究在某些方面取得 了成果，但仍存在实验条件与实际环境有所差异等问题。
本次演示主要研究大跨度钢管混凝土拱桥的受力性能，借助完善的理论和实 验设施，旨在探寻拱桥结构中应力、应变和强度等指标的变化规律。首先，运用 有限元软件建立大跨度钢管混凝土拱桥的数值模型，进行静力分析和模态分析， 以获取拱桥在自重作用下的应力分布和振动特性。
文献综述
大跨度钢管混凝土拱桥的非线性地震反应研究已经取得了不少进展。国内外 学者通过理论分析、实验研究及数值模拟等方法，对拱桥的地震响应进行了深入 探讨。已有的研究主要集中在以下几个方面：
钢管混凝土拱桥
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。
钢管混凝土拱桥动力特性与分析
结 构 参 数 影 响 进 行 了初 步 研 究 ［ ４ ］ ， 为 深 入 开 展 对 中 承 式 钢 管 混 凝 土 拱 桥 自振 特 性 研 究 ， 提 供 了 技术 支 持 。
１ 有 限 元 法概 述
模 型 材料 参数
钢 管
２ ． １ Ｅ１ １
７ ８ ０ ０ ０ ． ３
０ 引 言
式 中： Ｋ 为 刚度 矩 阵； Ｍ 为 质量 矩阵 ； “为 位 移 向 量 。 若假定为谐 运 动 ， 模 态 分 析 的 运 动 方 程 可 以 转 化 为 公 式
（ ２ ） 。
钢 管 混 凝 土 拱 桥 是 我 国 公 路 上 广 泛 使 用 的 一 种 桥 梁 结 构 型 式 。 钢 管 混 凝 土 拱 桥 以其 型 式 优 美 、 结 构 受 力 合 理 等 优 点 得 以在 中 、 大 跨 径 的 桥 梁 设 计 中 广 泛 应 用 ］ 。近 年 来， 钢 管 混凝 土 拱 桥 也 成 为 国 内 外 桥 梁 专 家 研 究 的 重 要 对
Ｉ Ｋ一∞ ｆ 一０
（ ２ ）
由于 钢 管 混 凝 土 拱 桥 的 跨 度 较 大 ， 结 构复 杂 ， 自 由 度
象， 其中主要 的研究 领域 为其 静 力性 能 ， 而 成 果 也 主 要 集 中在 对 其 结 构影 响 较 大 的极 限承 载 力 、 收 缩 徐 变 等 结 构 方 面 。但 是 在 对 钢 管 混 凝 土 拱 桥 的 动 力 性 能 分 析 方 面 却 研
以某 三 跨 中承 式 双 飞 燕 钢 管 混 凝 土 系 杆 拱 桥 为 例 ， 跨 径组 合 为 ８ ０ ｍ＋３ ６ ８ ｍ＋ ８ ０ ｍ。边 跨 、 主 跨 拱 脚 均 固 结 于 拱 座 。 边跨 曲 梁 与 边 墩 之 间 设 置 轴 向 活 动 盆 式 支 座 ， 在 两 边 跨 端部之间设置钢铰线 系杆 ， 通 过 边 拱 平 衡 主 拱 拱 肋 所 产 生 的 水 平 推 力 。桥 面 设 置 ２ 双向纵坡 ， 横 向设 ２ 双 向横 坡， 全 桥 桥 面宽 度 为 １ ６ ． ０ ｍ。 全桥 吊杆 和 立 柱 间 距 为 ８ ｍ。 模 型 材料 参 数 见 表 １所 列 。 表１
钢筋混凝土拱桥结构受力特点及设计
钢筋混凝土拱桥结构受力特点及设计摘要：钢筋混凝土拱桥形式古朴、优美，是景观桥梁常用的结构形式。
拱桥结构能够充分利用混凝土的抗压能力,养护维修费用低。
本文以北京新八里桥为例，通过有限元软件对该桥梁进行静力、抗震分析，最后得出结论。
希望为今后同类型的桥梁设计提供一些借鉴作用。
关键词：钢筋混凝土拱桥有限元、结构分析设计实例Mechanical Characteristics and Design of Reinforced Concrete Arch Bridge1 前言拱桥造型优美、庄重、大气，同时其结构形式多样，在城市景观桥设计中经常选用拱桥结构。
拱式结构在荷载作用下，两端将产生水平推力，从而使拱内产生轴向压力，从而大大减小了拱圈的截面弯矩，使之成为偏心受压构件，截面应力分布均匀，可以充分利用主拱截面材料强度。
2 钢筋混凝土拱桥结构特点2.1 钢筋混凝土拱桥优点外形美观，跨越能力较大，截面应力均匀，能充分的利用混凝土抗压能力，耐久性好，维修、养护费用低，构造较简单[1]。
2.2 钢筋混凝土拱桥缺点自重较大，相应的水平推力也较大，增加了下部结构工程量，当采用无铰拱时，对地基条件要求较高，由于拱桥水平推力较大，在连续多孔的大、中桥梁中，为防止一孔破坏而影响全桥的安全，需要采用较复杂的措施，如单向推力墩。
3 新八里桥工程3.1 工程概况新建八里桥位于通燕高速旁通惠河上现状八里桥上游。
新建桥梁全长81.0m，桥梁断面全宽26.6m，断面布置为：3.0米（人行道）+10米（行车道）+0.6米（双黄线）+10米（行车道）+3.0米（人行道）。
上部结构为一孔等截面悬链线钢筋混凝土箱型拱桥，主拱跨径为1-55m，矢高f=8.1米，矢跨比f/L =1/6.79，拱轴系数m=2.8398，主拱高1.35m，宽24.3m；腹拱拱轴跨径6.0米、矢高f=1.2米，矢跨比f/L =1/5的等截面圆弧板拱，腹拱高0.3m，宽24.3m；下部结构桥台为薄壁台身接承台, 基础为钻孔灌注桩，台身厚1.2m，在距离承台4.5m位置渐变宽至2.932m,桥台宽26.3m；承台尺寸：长x宽x厚为26.3x13.2x3m；桩基直径2m，每个桥台布置15根桩，顺桥向布置3排，每排5根。
钢管混凝土拱桥设计
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。
基于劲性骨架法的下承式钢管混凝土拱桥受力分析
基于劲性骨架法的下承式钢管混凝土拱桥受力分析钢管混凝土拱桥是一种具有较高承载力和良好整体性能的桥梁结构，其基于劲性骨架法的受力分析是对桥梁结构进行设计和施工的基本要求。
劲性骨架法是一种常用的桥梁结构力学分析方法，其基本原理是将桥梁结构抽象为一个由杆件连接起来的刚性骨架，在外力作用下进行受力分析。
在钢管混凝土拱桥的受力分析中，劲性骨架法可以有效地模拟和计算各个组成部分的受力情况。
首先，需要根据设计要求和实际情况确定拱桥的结构形式和几何参数，包括拱轴线的几何形状、跨度、高度、板厚等。
然后，将拱桥的结构抽象为一个由许多杆件连接组成的刚性骨架，在外力作用下进行受力计算。
在钢管混凝土拱桥中，主要有以下几个关键受力部位需要进行分析：1.拱腹受力分析：拱腹是拱桥的主要受力构件，承担着桥梁的垂直荷载和弯矩。
通过劲性骨架法可以计算出拱腹的受力分布情况，包括弯矩、剪力和轴力。
同时，还需要对拱腹在不同加载情况下的应力和变形进行分析，以保证拱腹的承载性能和安全性。
2.竖向支座受力分析：竖向支座是拱桥与桥墩之间的连接部位，承担着拱桥的水平荷载和垂直荷载。
通过劲性骨架法可以计算出竖向支座的受力分布情况，包括水平力和垂直力。
同时，还需要对竖向支座在不同加载情况下的应力和变形进行分析，以保证其在使用寿命内的稳定性和安全性。
3.拱腿受力分析：拱腿是拱桥与桥台之间的连接部位，承担着桥梁的水平荷载和垂直荷载。
通过劲性骨架法可以计算出拱腿的受力分布情况，包括水平力和垂直力。
同时，还需要对拱腿在不同加载情况下的应力和变形进行分析，以保证其在使用寿命内的稳定性和安全性。
通过对上述关键受力部位的分析，可以得到钢管混凝土拱桥在不同加载情况下的受力情况，包括各个构件的受力大小、分布和变形情况等。
这些结果可以为钢管混凝土拱桥的设计和施工提供重要参考，并保证其在使用寿命内的安全性和承载性能。
同时，还可以通过对不同参数的敏感性分析，得到对拱桥结构性能影响较大的因素，为拱桥的优化设计提供依据。
钢管混凝土系杆拱桥空间受力性能分析
个索单元、２６８个板单元（见图３）系粱和横粱预 应力通过节董荷载作用干模型．忽略曲线配筋的 韧弯矩措构件长度变化的影响，模型没有反映顶 拱度及索力谓整影响
纵桥向的荷载也不是按和杆分配此外，通过吊杆
横粱传递的荷载将在系粱上产生扭矩，ｍ吊杆横 粱卫对其有约束作用这些空间受力是平面模型 无法反映的
目３
ｉＭｉ限Ⅱ《■Ⅻ侧目
粱与系架帽接处的负弯矩空间模型中则根据实
际构造将吊杆横粱与系梁固结在一起．分析表明 吊杆横粱受力状态界干简支粱和吲端粱之阃设 吊杆横粱的梁端负弯矩与踌中正弯矩之比的绝对
而当荷载直接作用在端横梁上时．端横梁上的面 内弯矩将引起系粱和拱肋扭转，即８４．５％端横粱 面内弯矩转化为系粱扭矩．而仅有９％转化为拱
摘要：以郑州黄河公路二桥主桥为分析对象，建立桥梁上部结构的平面与空闻有限元模型，对活载横向分 布系数，横梁、拱肋和系梁的受力特点进行比较分析，重点考察结构的空间受力问题，并分析了结构第一类空 间稳定系数及其主要影响因素．分析结果表明，活载横向分布系数采用杠杆法与空间分析结果相近，可用于 设计计算之中；系梁承受有较大的扭矩；吊杆横梁的受力性质接近于简支梁，而端横粱的受力要进行空间分 析，考虑系梁扭矩的影响；Ｋ撑中的斜撑和系粱安装支架对提高结构稳定系数贡献较大． 关键词：钢管混凝土；系杆拱桥；空问；受力性能 中图分类号：Ｕ４４８．２２＋５ 文献标识码：Ａ 文章编号：０３６７—６２３４（２００５）增刊一００７８—０５
的桥面板时，椅载传力途径介于上述两种情况之 问 从以上分析可以看出，无论荷载作用在什么
线的距离有关，但并不足简单的力与ｍ确丰Ⅱ乘桥
ＩＡＩ荷载在拱脚处系粱产生的扭销影响线（辛【｝纵桥 向）近似为三状抛物线，倚拽作用在跨中时产牛 的扭矩煨大当桥面荷载与系粱间距从Ｉｍ增大 到２ｍ时。拱脚处系粱扭矩增大约３５％
浅谈钢管混凝土桥梁受力性能
浅谈钢管混凝土桥梁受力性能桥梁按照结构体系可以分为简单体系拱桥和拱梁组合体系桥。
拱梁组合体系桥过去常用于钢拱桥之中，对于钢筋混凝土拱桥由于拱肋自重较大，无论是结构上还是施工上都存在着不小的困难，所以采用较少。
随着钢管混凝土在拱桥中的应用，拱梁组合桥在我国得到了大量的应用，尤其是在城市、平原和软弱地基桥位的中小跨径桥梁。
一、桥梁的特点：在简单体系的拱桥中，行车道系不参与主拱承受荷载，只有主拱肋是全桥受力结构。
拱梁组合桥是将行车道系与主拱按照不同的构造方式组合成整体，共同承受荷载。
系杆拱桥是最常见的一种拱梁组合桥，当桥面高程受到严格限制而桥下又要求保证较大的净空，或当墩台基础地质条件不良易发生沉降，但又要保证较大跨径时，系杆拱桥具有相对的优越性。
根据拱肋和系杆相对刚度的大小，系杆拱桥可分为柔性系杆刚性拱、刚性系杆柔性拱和刚性系杆刚性拱种体系。
对于后2种桥型，由于在荷载作用下系杆还要承担一定的弯矩，它又可称为系梁。
在系杆拱桥中，拱肋产生的推力全部或大部分由系杆承担，系杆承受较大的轴向拉力。
钢管混凝土拱梁组合桥主要是刚（系）梁刚拱的组合体系。
拱肋为钢管混凝土结构，系梁为预应力混凝土结构。
在拱脚处和端横梁固结，结构不仅具有较大的竖向刚度，而且存在更为强大的侧向刚度，因此能显著增强拱肋的空间稳定性。
由于外部为静定结构，下部结构类似梁桥受力，可应用于软弱地基桥位处。
当需采用多孔结构时，它不存在连拱作用问题。
但拱梁组合桥是内部超静定结构，吊杆内力的大小直接影响着成桥时结构各部位特别是纵梁的线形和内力分布。
吊杆的设计与施工、拱脚节点的处理、系梁预应力束的张拉调整以及支座的构造均是拱梁组合体系拱桥成桥技术的关键。
钢管混凝土在拱梁组合体系拱桥的应用，不仅充分发挥了钢管混凝土抗压性能好的优点，而且减轻了桥梁上部结构的自重，大大提高了拱梁组合桥的跨越能力。
同时，拱肋采用钢管混凝土结构，空钢管拱肋架设自重轻，易于实现无支架施工或少支架施工。
某大跨上承式钢管混凝土拱桥结构设计与受力分析
某大跨上承式钢管混凝土拱桥结构设计与受力分析作者：***来源：《西部交通科技》2024年第05期摘要：文章以国内某大跨上承式钢管混凝土拱桥为研究对象，介绍了桥梁重要设计参数，基于有限元软件对结构承载能力、应力、挠度和稳定性进行了重點分析。
结果表明，钢管混凝土拱桥设计时应加强拱脚组合构件承载能力验算和应力验算，拱肋在1/4截面附近竖向变形较大，整桥最不利屈曲模态为拱上立柱和盖梁施工后的拱肋面外弹性扭转变形。
关键词：钢管混凝土拱桥；设计参数；承载能力；竖向变形；屈曲模态U448.22A3310330 引言除悬索桥和斜拉桥两种桥型外，山区大跨度桥梁主要结构形式为连续刚构和拱桥。
近年来，连续刚构主要适用于主跨100 m至250 m桥梁，随着交通部公路长大桥梁健康监测系统建设的大力推进，主跨160 m以上的连续刚构由于主梁下挠病害严重，后期刚度下降，设计时将同步实施健康监测系统。
综合考虑项目投资，目前桥梁建设中特大跨径桥梁较少采用连续刚构形式。
对于特大跨径桥梁而言，拱桥尤其是钢管混凝土拱桥是桥梁建设的典型桥型之一。
我国钢管混凝土拱桥最早建设于20世纪90年代，主跨为110 m，后续随着钢、混凝土材料及结构形式等不断深入研究，目前钢管混凝土拱桥最大跨径已超过500 m。
邱鸿博［1］从体系转换和建设周期角度，分析了钢管混凝土拱桥结构特点和项目特点；李伟华［2］基于Midas Civil有限元软件对潍河大桥下承式钢管混凝土拱桥进行了验算分析；王红伟［3］采用模型试验、理论研究和数值分析相结合的分析方法，研究了钢管混凝土拱桥施工阶段稳定性问题；丁自明等［4］基于三榀拱肋有限元模型，分析下承式钢管混凝土拱桥拱肋和吊杆强度问题；董福民［5］对钢管混凝土拱桥设计理念和力学特性进行了系统研究。
关于钢管混凝土拱桥的相关研究较多，大多研究对象为系杆拱桥和下承式钢管混凝土形式。
目前，通过设置拱上立柱，主梁采用常规预制T梁或箱梁形式的上承式钢管混凝土拱桥在公路桥梁建设中具有一定优势。
钢管混凝土拱桥结构受力及参数设计分析
第４３卷㊀第６期２０１９年１２月武汉理工大学学报(交通科学与工程版)J o u r n a l o fW u h a nU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y(T r a n s p o r t a t i o nS c i e n c e&E n g i n e e r i n g)V o l ．４３㊀N o ．６D e c ．２０１９钢管混凝土拱桥结构受力及参数设计分析黄永忠(广西建工集团第五建筑工程有限责任公司设计研究院㊀广西㊀５４５００６)摘要:以某钢管混凝土桥梁工程为例,通过有限元分析了自重作用下拱桥的位移及受力,并对使用阶段拱桥的稳定性进行求解,对最不利荷载组合时影响钢管混凝土拱桥稳定的参数进行了分析．结果表明,自重荷载作用下拱桥最大挠度发生在跨中位置,最大负弯矩出现在两端拱脚处,最大正弯矩出现在跨中位置;在不同荷载组合下,结构稳定安全系数在７．３５~１２．７９,恒载及两排车辆全桥满布(偏心布置)工况为最不利荷载组合;改变钢管壁厚㊁钢管直径,以及选用不同拱轴线形对提高结构安全稳定系数不明显,而采用双K 字撑时,可使结构稳定安全系数相对于K 字撑时增大近１/３．关键词:桥梁工程;钢管混凝土拱桥;结构稳定性;参数分析中图法分类号:U ４４d o i :１０．３９６３/j．i s s n ．２０９５Ｇ３８４４．２０１９．０６．０１９㊀㊀㊀㊀收稿日期:２０１９Ｇ１０Ｇ１６㊀㊀㊀㊀黄永忠(１９６９ ):男,硕士,高级工程师,主要研究领域为道路桥梁设计０㊀引㊀㊀言钢管混凝土拱桥造型独特优美,近年来在工程中被广泛应用．然而因为其发展年限较短,相关研究还存在一些不足[１Ｇ３]．王春生等[４Ｇ６]以某跨河交通桥的结构设计㊁施工方法为例,采用M i d a s/C i v i l 软件进行桥梁结构整体进行了分析和稳定计算,并结合监测数据研究了高性能钢管混凝土拱桥受力特性;乔永平等[７Ｇ８]通过建立钢管混凝土拱桥极限承载力分析的弹性模量缩减法,给出了混凝土强度㊁含钢率等对钢管混凝土拱桥结构极限承载力的影响规律;尹志雨[９]根据某工程场地地震动参数等技术资料,采用M i d a s /C i v i l 建立了某大跨钢管混凝土拱桥空间杆系有限元模型,并对该桥在地震作用下的结构响应进行了深入分析．然而,由于国内目前尚无钢管混凝土拱桥的相关针对性规范,因此,研究钢管混凝土拱桥的稳定性及参数影响至为重要[１０]．文中以某钢管混凝土桥梁工程为例,通过有限元分析了自重作用下拱桥的位移及受力,并对使用阶段拱桥的稳定性进行了分析,最后以最不利荷载组合工况为例,对影响钢管混凝土拱桥稳定的参数钢管壁厚㊁钢管直径㊁拱轴线形,以及横撑类型等进行了分析．１㊀工程概况及数值模型建立１．１㊀工程概况某拱形桥梁的主体结构为上承式钢管混凝土桥梁,主桥的拱肋跨径长为１２６m ,桥梁上部结构分为南北两幅,引桥和拱桥上立柱的跨径布置为１２．５mˑ２m＋１１m＋１５mˑ８m＋１１m＋１２．５mˑ２m．对于主桥立柱,其截面为方形钢制立柱,尺寸为０．８mˑ０．８m ,而对于引桥桥墩,其截面为钢筋混凝土方形桥墩,尺寸为１．６mˑ１．６m ,全桥的主梁均采用等截面的钢制箱梁,见图１,为桥梁示意图,其中图１b )中立柱从左到右依次编号为１＃,２＃,３＃和４＃．主桥采用悬链式的拱轴线形,拱轴系数取１．２６,主拱圈跨径取１２６m ,该工程的桥墩㊁桥台及拱座的桩基均采用钻孔灌注桩,桥面横向总宽度为３８．５m．１．２㊀数值模型建立采用A N S Y S １３．０建立模型,整体采用B e a m １８８单元,建立的模型共包括有１８４６个单元以及５４８图１㊀桥梁示意图(单位:c m )个节点,见图２,为桥梁整体模型㊁桥梁侧视图以及拱肋和斜撑截面图．对于拱桥的拱脚处进行全方向的自由度约束,为了考虑桥台伸缩缝的影响,箱梁在顺桥方向上自由度放开,只在其他方向进行自由度限制．表１为相关计算模型参数．图２㊀数值模型图表１㊀模型计算参数材料钢材(管)弹性模量/M P a C ５０混凝土弹性模量/M P a 钢材密度/(k g m －３)混凝土密度/(k g m －３)参数２．０ˑ１０５３．４ˑ１０４７６００２４００２㊀钢管混凝土拱桥结构受力分析２．１㊀自重作用下拱桥结构位移及受弯分析拱桥结构的竖向变形对于结构的安全至关重要．图３为自重荷载作用下各立柱截面的排架竖向位移图,由图３可知,四个控制截面上排架１~１７的竖向位移基本保持一致,各立柱截面的最大竖向位移依次为－３２．８６,－３２．８７,－３２．８７和－３２．８６m m ,即最大竖向位移发生在跨中截面位置．此外,从各截面排架竖向位移可知,拱桥的排架在控制截面的竖向挠度变化相对比较均匀．图３㊀自重荷载下各立柱截面的排架竖向位移分析弯矩变化规律对于判断结构受力较为重要,图４为自重荷载作用下各控制截面下不同横撑面的弯矩图,其中编号０和１８均为拱桥两端拱脚．由图可知,最大负弯矩出现在两端拱脚处,最大正弯矩出现在跨中位置．观察可以发现从拱脚沿着拱肋向上时,弯矩是先逐渐减小,在编号４和１４前后弯矩趋于０,之后从编号４和１４往跨中移动时,弯矩逐渐增大,且此时由之前的负弯矩变为正弯矩．此外,四个控制截面的弯矩变化规律基本一致．图４㊀自重荷载下各控制截面弯矩(单位:k N m )２．２㊀使用阶段拱桥结构稳定性分析相对于自重荷载,桥梁在使用过程中的稳定性更为重要．为了分析该桥梁在使用阶段的稳定性,选取最具有代表性的５种荷载组合情况,在有限元软件中分别进行计算,并求得其稳定系数．不同工况下所得桥梁结构的第一阶稳定安全系数见表２．表２㊀不同荷载工况及相应结构稳定安全系数不同荷载类型结构稳定安全系数工况一:仅恒载１２．７９工况二:恒载及一排车辆全桥满布(偏心布置)１０．２６工况三:恒载及一排车辆全桥满布(中心布置)９．９７工况四:恒载及两排车辆全桥满布(偏心布置)６．０６工况五:恒载及两排车辆全桥满布(中心布置)７．３５㊀㊀由表２可知,在不同荷载组合下,工况一时结构稳定安全系数最大,在工况四时结构安全稳定系数最小,说明在上述五种荷载组合下,数工况四,即恒载及两排车辆全桥满布(偏心布置)荷载６８０１ 武汉理工大学学报(交通科学与工程版)２０１９年㊀第４３卷类型下结构最不稳定．为了探讨钢管混凝土拱桥的设计参数对结构的安全稳定性影响,下文取工况四(最不利荷载组合)进行详细参数分析．３㊀钢管混凝土拱桥参数设计分析３．１㊀钢管壁厚的影响分析图５为不同钢管壁厚下结构的稳定安全系数,其中拱肋钢管直径取１０００m m且固定不变,钢管壁厚分别取１０,１２,１４,１６和１８m m等五种尺寸．由图５可知,五种不同钢管壁厚下结构稳定系数随失稳模态阶数变化规律一致,第一阶失稳模态下管壁厚度从小到大的结构稳定系数分别为６．１２,６．２８,６．３２,６．３７和６．４５,即当钢管壁厚由１０m m增加到１８m m时,结构稳定系数增加了５．４％．图５㊀不同钢管壁厚下结构的稳定安全系数３．２㊀钢管管径的影响分析图６为不同钢管管径下结构的稳定安全系数,其中钢管壁厚取１６m m且固定不变,钢管直径分别取８００,９００,１０００,１１００和１２００m m等５种尺寸．由图６可知,５种不同钢管直径下结构稳定系数随失稳模态阶数变化规律一致,第一阶失稳模态下钢管直径从小到大的结构稳定系数分别为６．０４,６．２０,６．３８,６．４４和６．６４,即当钢管直径由８００m m增加到１２００m m时,结构稳定系数增加了９．９％．图６㊀不同钢管管径下结构的稳定安全系数３．３㊀拱轴线形的影响分析图７为不同的拱轴线形下结构的稳定安全系数,其中拱轴线形包括悬链线和抛物线两种．由图７可知,两种拱轴线形下结构稳定系数随失稳模态阶数变化规律一致,悬链线和抛物线第一阶失稳模态下结构安全稳定系数分别为５．７１和５．４３,即当选用悬链线拱轴线形时,其结构安全稳定系数要比选择抛物线拱轴线形时大５．２％．图７㊀不同的拱轴线形下结构的稳定性３．４㊀横撑形式的影响分析本工程中横撑结构采用为K字撑,为了探讨不同横撑形式对桥梁结构的稳定安全系数影响,见图８,取K字撑㊁口字撑和双K字撑三种横撑结构进行分析．图９为不同横撑结构下的桥梁的稳定安全系数．由图可知,双K字撑时结构安全稳定系数最大,其次是K字撑,最小的是口字撑．第一阶失稳模态下三种横撑的结构稳定系数依次为４．９４,６．０６和８．０３,即采用双K字撑时,结构稳定安全系数要比K字撑㊁口字撑增加了３２．５％和６２．６％．因此,如果本工程采用双K字撑,可使结构的稳定安全系数增大１/３．图８㊀不同横撑结构图９㊀不同的横撑形式下结构稳定性安全系数４㊀结㊀㊀论１)自重荷载作用下拱桥最大挠度发生在跨中位置,拱桥排架在控制截面竖向挠度变化相对７８０１㊀第６期黄永忠:钢管混凝土拱桥结构受力及参数设计分析比较均匀．最大负弯矩出现在两端拱脚处,最大正弯矩出现在跨中位置．２)在不同荷载组合下,结构稳定安全系数在７．３５~１２．７９之间,工况四恒载以及两排车辆全桥满布(偏心布置)即为最不利荷载组合,并对最不利荷载组合下影响拱桥结构稳定的参数进行了分析．３)改变钢管壁厚㊁钢管直径以及选用不同拱轴线形对提高结构安全稳定系数不明显,而采用双K字撑时,可使结构稳定安全系数相对于K字撑时增大近１/３．参考文献[１]崔军．大跨度钢管混凝土拱桥受力性能分析[D]．杭州:浙江大学,２００３．[２]陈宝春,范冰辉,余印根,等．钢管混凝土拱桥强健性设计[J]．桥梁建设,２０１６,４６(６):８８Ｇ９３．[３]陈卫华．大跨度钢管混凝土拱桥施工优化分析[J]．中外公路,２０１７(５):１４５Ｇ１５１．[４]王春生,刘喆,翟晓亮,等．高性能钢管混凝土拱桥结构分析与施工监控[J]．钢结构,２０１５,３０(６):１３Ｇ１６．[５]吕利芹,张谢东,朱海清,等．带初始缺陷的方钢管混凝土构件抗弯性能试验研究[J]．武汉理工大学学报(交通科学与工程版),２０１８,４２(４):７０５Ｇ７０９．[６]蒋义．钢管混凝土拱桥结构分析与设计[J]．山东工业技术,２０１５(１０):１１３Ｇ１１３．[７]乔永平,张伟,杨绿峰．钢管混凝土拱桥极限承载力分析的弹性模量缩减法[J]．中外公路,２０１５,３５(３):１１１Ｇ１１６．[８]詹昊,廖海黎．拱桥钢箱吊杆驰振稳定性数值计算研究[J]．武汉理工大学学报(交通科学与工程版),２０１８,４２(５):７６６Ｇ７７１．[９]尹志雨．大跨度上承式钢管混凝土拱桥地震响应分析[J]．水利与建筑工程学报,２０１７,１５(２):１２８Ｇ１３２．[１０]杨莹莹,王骞,谭岩斌,等．某钢管混凝土拱桥的振动舒适性评价及加固方案研究[J]．武汉理工大学学报(交通科学与工程版),２０１９,４３(４):７７９Ｇ７８３,７９０．S t r u c t u r a l F o r c e a n dP a r a m e t e rD e s i g nA n a l y s i s o fC o n c r e t eF i l l e dS t e e lT u b u l a rA r c hB r i d g e sH U A N GY o n g z h o n g(D e s i g n a n dR e s e a r c hI n s t i t u t e o f t h eF i f t hC o n s t r u c t i o nE n g i n e e r i n g C o．L t d．,G u a n g x i C o n s t r u c t i o nE n g i n e e r i n g G r o u p,L i u z h o u５４５００６,C h i n a)A b s t r a c t:T a k i n g a c o n c r e t eＧf i l l e d s t e e l t u b eb r i d g e p r o j e c t a s a n e x a m p l e,t h e d i s p l a c e m e n t a n d s t r e s s o f t h eA r c hb r i d g e u n d e r t h e a c t i o n o f s e l fＧw e i g h tw e r e a n a l y z e db y f i n i t e e l e m e n tm e t h o d,t h e s t a b i l iＧt y o f t h e a r c hb r i d g e i n t h e u s e p h a s ew a s s o l v e d,a n d t h e p a r a m e t e r s a f f e c t i n g t h e s t a b i l i t y o f t h e c o nＧc r e t eＧf i l l e d s t e e l t u b e a r c hb r i d g e u n d e r t h em o s t u n f a v o r a b l e l o a d c o m b i n a t i o nw e r e a n a l y z e d．T h e r eＧs u l t s s h o wt h a t t h em a x i m u md e f l e c t i o no f t h e a r c hb r i d g eu n d e r d e a dw e i g h t l o a do c c u r s a t t h em i dＧs p a n p o s i t i o n,t h em a x i m u mn e g a t i v e b e n d i n g m o m e n t o c c u r s a t t h e a r c h e s a t b o t h e n d s,a n d t h em a xＧi m u m p o s i t i v eb e n d i n g m o m e n to c c u r sa t t h em i dＧs p a n p o s i t i o n．U n d e rd i f f e r e n t l o a dc o m b i n a t i o n s, t h e s t r u c t u r a l s t a b i l i t y s a f e t y f a c t o r i s b e t w e e n７．３５a n d１２．７９,a n d t h e d e a d l o a d a n d t h e f u l l b r i d g e (e c c e n t r i c a r r a n g e m e n t)o f t w o r o w s o f v e h i c l e s a r e t h em o s t u n f a v o r a b l e l o a d c o m b i n a t i o n s．I t i s n o t o b v i o u s t o i m p r o v e t h e s a f e t y a n d s t a b i l i t y c o e f f i c i e n t o f t h e s t r u c t u r eb y c h a n g i n g t h ew a l l t h i c k n e s s o f t h e s t e e l t u b e,t h ed i a m e t e ro f t h es t e e l t u b ea n dc h o o s i n g d i f f e r e n t a r c ha x i ss h a p e s．H o w e v e r, w h e nu s i n g d o u b l eKＧb r a c e s,t h e s a f e t y c o e f f i c i e n t o f t h e s t r u c t u r e s t a b i l i t y c a nb e i n c r e a s e db y n e a r l y １/３c o m p a r e dw i t h t h a tw h e nu s i n g KＧb r a c e s．K e y w o r d s:b r i d g e e n g i n e e r i n g;c o n c r e t e f i l l e d s t e e l t u b u l a r a r c hb r i d g e;s t r u c t u r a l s t a b i l i t y;p a r a m e t e ra n a l y s i s８８０１ 武汉理工大学学报(交通科学与工程版)２０１９年㊀第４３卷。
钢管混凝土拱-梁组合桥受力性能分析与设计
钢管混凝土拱-梁组合桥受力性能分析与设计摘要：本文以某市跨河桥梁方案设计为例，提出钢管混凝土拱-连续梁组合桥设计方案，通过建立全桥空间有限元模型，分析了此种桥梁结构体系的受力特点和使用性能。
结果显示，这种桥型适用于较大跨径且具有一定景观需求的市政桥梁，桥梁结构型式美观，是现代景观类桥梁的理想桥梁结构体系。
关键词：钢管混凝土，拱，连续梁，组合结构，受力性能，方案设计中图分类号：文献标识码：现代桥梁建设水平日益提高，人们不仅对桥梁有着交通功能需求，而且越加期望能够具有造型美观的建筑样式，能够反映当地历史文化及承载历史记忆，也能体现当地的民风民俗、地域特点等，能够成为当地地区的一处景观，甚至成为地标性建筑物。
1前言拱桥是一种古老的桥型，古今中外广泛建造，拱桥具有曲线形态优美、坚固耐用、承载能力强、经济性高等特点。
从公园中的石拱桥到大跨度的跨江跨河大桥中，都有着拱桥的身影。
拱桥是以受压为主的结构形式，拱圈常常用受压性能良好的材料建造，例如石材、混凝土、钢材料等，钢管混凝土是一种承压性能优良的组合结构材料，把钢材和混凝土这两种建材各自优势得以充分发挥，在现代拱桥建设中已经得到广泛应用。
钢管拱结构节段预制，现场架设拼装，再向钢管中填筑混凝土形成主拱肋，整个过程施工便捷，经济性高。
梁桥结构简洁，常常应用于桥梁建设中，本桥考虑到交通功能兼顾景观要素，主梁采用变截面连续现浇箱梁。
连续梁跨于河道水面之上，梁体边线形似曲拱形状，如同水面上泛起波纹，具有轻盈动感。
连续梁上的侧立面可雕刻当地历史文化浮雕，桥面人行道栏杆上刻画历史典故图案，使整座桥丰富了历史内涵和文化渲染力。
2钢管混凝土拱-梁组合桥设计2.1工程概况本桥桥址位于城市中部跨越河流，是连接新老城区重要的交通枢纽。
综合考虑桥位所处的地理位置以及河道水位标高要求，应在满足河道水位要求的前提下尽量降低桥梁高度，最大化减小桥梁建设对河道的影响，因此选择较为合适的拱-梁组合桥设计方案。
钢管混凝土拱桥静动力特性分析
钢管混凝土拱桥静动力特性分析摘要：钢管混凝土拱桥具有跨越能力大、强度高、重量轻、便于施工等优点，近年来在我国桥梁建设中迅速发展。
随着钢管混凝土技术的不断发展，钢管混凝土拱桥的跨径不断的增大，其静力性能、动力性能的研究显得越来越重要。
本文展示了钢管混凝土拱桥的应用与发展，并通过大型有限元软件Midas/Civil对跨径为575m的某中承式钢管混凝土拱桥进行了静力特性和动力特性分析，并通过查阅资料文献，论述可钢管混凝土拱桥地震响应的特点，并对今后钢管混凝土拱桥的性能研究提出了建议。
关键词：钢管混凝土拱桥；静力特性；动力特性；地震响应；中图分类号：O 319.56 文献标志码：A 文章编号：1674-0696（2011）1 钢管混凝土拱桥的应用与发展"钢管混凝土构件"是指用混凝土填充空心钢管而形成的一种复合构件，是集钢管和钢筋混凝土优点于一体的新型构件。
由于钢管混凝土结构具有抗压能力强、安装方便等优点，钢管混凝土框架拱桥发展迅速。
在中国短短的6年间建了10座钢管混凝土拱桥。
2 静力特性2.1有限元模型以主跨为575m某中承式钢管混凝土拱桥为例，利用大型桥梁计算软件Midas/Civil用于分析桥梁的静动态特性。
全桥共有13546个单元，节点5431个，其中梁单元9650个，桁架单元64个，板单元3832个，边界条件取用一般支撑与弹性连接。
为综合考虑整个桥梁的静力特性，选择了恒载荷、活载荷、混凝土收缩徐变等参数来分析桥梁结构的静力特性。
2.2恒载效应分析恒载考虑：自重、二期。
钢材为Q345，容重取，混凝土为C70，容重取；二期恒载考虑桥面铺装、桥梁附属设施的自重。
根据有限元模型进行计算，计算得到恒载作用下钢管混凝土拱肋竖向位移，其中最大竖向位移为-564 mm，它发生在拱肋的近跨中段。
拱肋上弦杆混凝土在拱顶部位的最大压应力为-0.17 MPa，在拱脚部位的最大压应力为-0.19 MPa，在拱肋下弦杆混凝土的最大压应力为-0.19 MPa。
钢管混凝土拱桥的力学分析与施工技术控制要点问题
箱 型 拱 以 及 刚 架拱 ，为 节省 材 料 和方 便 合 形 成 的 刚性 结 构 ，借 助 于 钢 管 对 核 心 省 掉 安 装与 拆 除 模 板 的工 作 过 程 及 建筑
钢 管 本 身 就 是 劲 性 承 重 骨 架 ．可
以先 安 装 空 管 套 后 再 填 充 浇 筑 混 凝 土
下 承 式 之 间 ．由于 跨 径 大 常 用 于 桥 的 主 提 高 后 者 的 抗 压 强 度 和 变 形 能 力 的 这 和 创 造 力 相 同 的 条 件 下 ：可 节 省 钢 材 约
桥 跨 ．桥 的边 跨 配 以不 带 系 杆 的 小 跨 径 种 作 用 成 为 套 箍 或 约 束 作 用 ， 毕 竞 抗 ５ ０ ％ ，同 时 大幅 度 的减 少 焊 接 工程 量 。
对 钢 管 混 凝 土 拱 桥 的 施 工 质 量 进 行 技 术 构 影 响 较 大 。 第 二 种 模 式 结 构 受 力 明 确 性 ．该 混凝 土 具 有 一般 套 箍 混 凝 土 的 强
研 讨 和 总 结 ，恪 尽 职 守 的做 好 监 理 工 作 为 外 部 超 静 定 结 构 下 部 结 构 类 似 梁
式 构 造 横 向联 系 容 易 ．且 桥 面 系 支 撑 在
钢 管混 凝 土
板 ，钢 管 的制 作 远 比加 工 箍 筋 工 作 效 率
钢 管 混 凝 土 是 有 钢 管 和 混 凝 土 组 高 并且 质 量 可 靠 ， 因此 ； 浇筑 混 凝 土可 混凝 土 的 套箍 （ 约 束 ）作 用 ，使 核 心 混 材 料 。 凝 土 处于 三 向 受 力状 态 ，具 有 更 高 的抗 压 强 度 和 抗 变 形 能 力 ， 从 而 提 高 受 压 使 用 外部 材 料 （ 如 钢 筋 ）有 效 的 约 束 内部 材 料 （ 如混 凝 土 ）的横 向变形 ．
钢管混凝土拱桥的受力特点
钢管混凝土拱桥的受力特点钢管混凝土拱桥，这名字一听就让人有点头大吧？一大堆钢管、混凝土、拱形结构，好像都不太好理解。
不过呢，咱们今天就简单聊聊它的受力特点，让大家在轻松愉快的气氛中，也能搞明白它的工作原理。
你看看这桥的外形，弯弯的像个大拱门，给人一种坚固可靠的感觉，仿佛有着一种无形的力量支撑着一切。
得说说什么是钢管混凝土拱桥。
顾名思义，它就是用钢管和混凝土这两种材料组合而成的拱桥。
钢管呢，主要是用来提供强大的抗压和抗拉能力，混凝土则是给桥梁带来强度的关键。
这种搭配就像是一对绝配的搭档，刚刚好。
而拱形结构嘛，你可以把它想象成是一个巨大的拱门，支撑着桥面，把重量往两边分散开去。
你是不是也觉得挺神奇的？钢管混凝土拱桥在受力方面有什么独特的地方呢？你要知道，拱桥的设计理念是通过拱形结构让桥梁的受力变得更加均匀。
简单说，它不像传统的直梁桥那样，一条直线受力，桥面上的重量会直接作用到支撑点。
而拱形桥是通过弯曲的结构，把重量分散到两侧，形成一个自然的力学平衡。
这就好比你背着一袋大米，站直了重，弯下腰就轻了，懂了吗？接下来要说的就是钢管混凝土拱桥在受压和受拉方面的表现。
钢管在这种桥梁结构中，主要承担的是“受压”任务。
你想啊，钢管硬邦邦的，遇到压力自然不会软下来，它会把受力传递到两侧的支撑点。
再加上混凝土，它更像是一个“稳稳的高山”，在钢管的帮助下，它不仅承担了自重，还能分担一部分外来的荷载。
混凝土的强度也能在很大程度上避免桥梁的变形和破坏。
所以，钢管和混凝土就像是“狼和羊”的组合，既能相互支持，又能各司其职，受力特点真是各有千秋。
不过呢，这种结构虽然看上去很靠谱，但也有它的“脆弱点”。
比如说，在桥梁中部，受力最集中的地方，如果有不均匀的受力或者超负荷的情况，钢管可能会发生屈曲。
就好像一根弯了的钢管，可能就会断裂。
而混凝土虽然很强，但如果过度拉伸，也会出现裂缝。
再说，拱桥的受力传递是通过支撑点来完成的，如果这些支撑点的位置出现问题，桥梁的整体结构就会不稳，甚至崩塌。
钢管混凝土拱桥
钢管混凝土拱桥.【钢管混凝土拱桥文档模板】本文档旨在提供钢管混凝土拱桥相关的详细信息，帮助读者深入了解该领域的知识和技术。
以下是钢管混凝土拱桥的文档详细内容：一、引言1.1 背景介绍在钢结构和混凝土结构领域，钢管混凝土拱桥作为一种具有良好性能和高承载力的结构形式，由于其独特的设计和建造方式而备受关注。
1.2 文档目的本文档的目的是介绍钢管混凝土拱桥的设计、建造和维护过程，以及相关的技术要点和注意事项。
二、钢管混凝土拱桥的基本原理2.1 结构特点钢管混凝土拱桥采用钢管作为主要承载结构，混凝土充填在钢管内部，形成一个整体的拱桥结构。
具有较高的强度和刚度，适用于大跨径的桥梁。
2.2 力学特性钢管混凝土拱桥在受力时，通过拱的原理将荷载转移到桥墩上，并抵消部分自重，从而产生较小的变形。
三、钢管混凝土拱桥的设计3.1 结构设计原则钢管混凝土拱桥的设计过程包括确定荷载、计算强度和刚度等关键参数，以满足桥梁的安全可靠性和承载能力要求。
3.2 施工工艺钢管混凝土拱桥的施工工艺包括钢管制作、混凝土浇筑、拱体安装等步骤，需要严格按照设计要求进行。
四、钢管混凝土拱桥的建造4.1 地基处理在建造钢管混凝土拱桥之前，需要对桥梁所在的地基进行处理，以确保其稳定性和承载能力。
4.2 钢管制作和安装钢管混凝土拱桥的钢管需要经过制作和预处理，并按照设计要求进行安装，以确保其连接牢固和稳定性。
4.3 混凝土施工钢管混凝土拱桥的混凝土需要在钢管内部进行浇筑，确保充填充实且不产生空洞。
五、钢管混凝土拱桥的维护与管理5.1 结构检测钢管混凝土拱桥需要定期进行结构检测，包括观察表面变形、裂缝情况等，以及必要的探伤、超声波检测等。
5.2 养护措施钢管混凝土拱桥的养护包括钢管防腐、混凝土修补等工作，以延长桥梁的使用寿命。
附件：附件1：钢管混凝土拱桥设计图纸附件2：钢管混凝土拱桥施工技术规范法律名词及注释：1. 钢结构：指由钢材构成的建筑结构。
2. 混凝土结构：指由混凝土构成的建筑结构。
钢管混凝土系杆拱桥 结构特点
钢管混凝土系杆拱桥结构特点研究了这么久钢管混凝土系杆拱桥的结构特点，总算发现了一些门道。
首先呢，钢管混凝土这个组合就很有特点。
你想啊，钢管就像一个坚硬的外壳，它把里面的混凝土给紧紧地包裹住。
这就好比是给一个柔软的东西穿上了一层坚固的铠甲。
混凝土在钢管的约束下呢，它的力学性能就大大改变了。
比如说，单独的混凝土遇到比较大的压力的时候，可能就比较容易出现裂缝啊之类的问题。
但是在钢管里就不一样了，钢管像是一个箍一样，让混凝土没办法轻易变形，这就增强了混凝土的抗压能力。
再说说这个系杆。
系杆在这个桥里可起着“平衡大师”的作用。
我之前就很疑惑，桥的拱要承受很大的压力，那这个力要是没有一个平衡的东西，桥不就塌了吗？后来慢慢理解了系杆的作用。
系杆就像是一个拔河比赛里中间的那根绳子，它把拱两边的力给拉住。
就好像两边有两个人在很用力地拉这个系杆，这样拱本身就不会被它所承受的压力直接压垮了。
好比我们挑东西的时候，扁担两边挂着重东西，我们的肩膀就类似系杆，承受着两边的拉力，让扁担不会断掉。
这个拱的结构啊，也很有趣。
它是弯弯的形状。
拱这种形状很聪明，它可以把上面传来的压力转化为沿着拱体的压力和侧向的推力。
就像我们打太极一样，把对方直直推过来的力给转化成其他方向的力了。
这就使得桥能承受更重的荷载。
比如说有好多车辆在桥上行驶，这个拱的形状就能够很巧妙地把这些车辆给的压力合理地分配并且传递走。
还有啊，钢管混凝土系杆拱桥在建造的时候也有特点。
因为钢管是空心的，在灌注混凝土的时候就有点像给一个大容器灌东西。
但这个过程可不像我们想象中那么简单。
在实际操作中，要保证混凝土均匀地填充到钢管的每个角落，要是有哪个地方没有填好，就会影响整个结构的强度。
就像我们做蛋糕，如果蛋糕糊没有均匀地分布在模具里，烤出来的蛋糕就有的地方实有的地方虚。
整个桥在施工的时候还得考虑拱的搭建，系杆的安装顺序等等。
啊对了，还有一个点我前面忘了说，桥梁的基础也很重要。
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【钢管混凝土拱桥拱座结构受力分析】钢管混凝土
拱桥结构及受力特点分析
某中承式钢管混凝土拱桥拱肋的理论计算跨径为152m，拱肋直径1.5m，厚度为2cm，内部浇筑C50混凝土，计算矢高为47m，矢跨比为1/3，拱肋拱轴线采用倒悬链线，拱轴系数为1.55。
拱肋采用圆形截面，主梁采用扁平流线形钢箱截面，拱肋设18对吊杆。
下部结构为钢筋混凝土拱座及承台接钻孔灌注桩基础。
桥面铺装采用6cm 厚环氧沥青。
钢箱梁主体结构均采用Q345-C钢，钢箱拱肋结构采用Q345D钢，其技术指标应符合《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-94）的相关要求，盖梁及墩柱采用C40混凝土，拱座及承台采用C30混凝土，基桩采用C25混凝土。
桥梁设计荷载为公路-I级，人群荷载5.0KN/m2；环境类别为II类；设计安全等级为一级。
Midas/Civil有限元模型
使用Midas/Civil建立全桥模型，本桥3D模型按照桥梁设计选择相应的材料和截面特性。
模型划分共计368个节点，378个单元，其中梁单元360个，桁架单元18个，考虑到的各作用效应有：（1）恒载：自重以及设计荷载；
（2）均匀温度：结构因均匀温升、温降，梯度温升、温降产生的作用效应按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）规定计算。
（3）支座沉降：支座不均匀沉降按1cm考虑。
（4）车辆荷载：按最不利车辆荷载考虑，车辆为公路—I级五车道，人群荷载为5.0KN/m。
本桥考虑2.5%的桥梁纵坡。
模型节点单元见图3。
其中，拱肋单元编号为155~322，共计167个单元。
图1 钢管混凝土拱桥有限元模型
永久作用分项系数按照作用对结构承载能力不利的情况选取，可
变作用分项系数按照规范的要求进行取值。
各荷载组合系数见表3。
表3 荷载组合系数
名称荷载工况组合系数
结构恒载自重+二期1.1
车辆荷载公路—Ⅰ级1.4
支座沉降1cm 1.0
温度荷载±20℃ 0.7
计算结构自重+二期+车辆荷载+升、降温效应（±20℃）+支座沉降（1cm）作用下的拱肋内力。
根据分析结果，提取拱脚处最大荷载，见表3.7。
表4 拱脚处荷载最大值
工况轴力（KN）剪力（KN）弯矩（KN.m）纵
-*****.5 -490.03 *****.51
拱座有限元模型
设计中拱座采用的是强度等级为C30的混凝土，《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ D62-2004）第3.1.2条规定，钢筋混凝土构件混凝土强度等级不应低于C20。
因此，为了便于对比分析采用不同标号的混凝土拱座主拉应力和主压应力的变化情况，建立了C20、C25、C30、C35和C40五组不同强度等级混凝土拱座模型，用以观察拱座内力变化的情况，进而确定合适的混凝土标号。
根据圣维南原理，如果把物体的一小部分边界上的面力变换为分布不同但静力等效的面力（主矢量相同，对于同一点的主矩也相同），那么，近处的应力分布将有显著的改变，但是远处所受的影响可以不计。
拱脚的局部应力分布只与邻近区域的应力状态有关，远离拱脚区域的应力状态对拱脚处的应力分布影响很小，可以忽略其对拱脚处应力分布的影响，因此对加载区域进行延长处理消除应力集中的影响，可以满足要求。
分析中取0.5m长的拱肋。
由于五组模型在单元划分、荷载、边界条件等方面均保持一致，区别仅在于选用不同强度等级的混凝土，这种处理方式既方便了模型的建立，又能够在相同条件下比
较准确地分析不同强度因素对主拉应力和主压应力的影响效果。