铁路钢管混凝土拱桥设计
钢管混凝土拱桥设计方案
采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法，对新型钢管混凝土拱桥进行全面的分析和研究。首先进行 理论分析，建立数学模型和计算公式，然后进行数值模拟，通过计算机模拟实际施工过程和桥梁的受力情况， 最后进行实验研究，通过实验验证新型钢管混凝土拱桥的可行性和优越性。
02
钢管混凝土拱桥概述
钢管混凝土拱桥的特点
该桥在设计、施工和运营过程中积累 了一些成功的经验。首先，加强了桥 梁的监测和保护措施，确保了桥梁的 安全性和耐久性。其次，采用了先进 的施工技术和管理方法，提高了施工 效率和质量。最后，注重了环境保护 和景观设计，提升了桥梁的社会形象 。
教训吸取
该桥也存在一些不足之处，需要吸取 教训。首先，对桥梁的维护和保养工 作需要进一步加强，确保桥梁长期保 持良好的状态。其次，需要提高应急 处理能力，确保在突发事件发生时能 够及时采取措施进行处理。最后，需 要加强安全管理措施，确保施工和运 营过程中的安全性和可靠性。
拱轴线型式对拱桥的受力性能和施工方法有很大影响。常见的拱轴线
型式有圆弧线、悬链线、抛物线等。选择何种拱轴线型式需根据实际
地形、设计要求和施工条件来决定。
拱桥的荷载分析和组合
竖向荷载
主要包括车辆、人群、梁自重等。这些荷载通过桥面传递到拱肋，再由拱肋 传递到基础。
水平荷载
主要包括风载、地震载等。由于拱桥的水平承载能力相对较弱，因此水平荷 载对拱桥的安全性和稳定性影响较大。在进行荷载组合时，应充分考虑水平 荷载的作用。
THANKS
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设计要点
设计时需考虑材料性能、结构形式 、施工工艺等因素，确保桥梁的安 全性和稳定性。
03
钢管混凝土拱桥的总体设计方 案
总体设计思路和原则
跨度430 m铁路钢管混凝土拱桥主拱设计
本刊特稿跨度430m铁路钢管混凝土拱桥主拱设计陈克坚，陈建峰，张志勇（中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031）摘要：依托拉林铁路藏木雅鲁藏布江特大桥，对主跨430m中承式钢管混凝土拱桥主拱拱圈的拱轴线、矢跨比、拱肋截面、拱肋高度及拱肋倾角进行对比分析，确定主拱主要设计参数，拱轴线采用悬链线，矢跨比为1/3.84，拱肋截面采用全桁式截面。
研究提出铁路大跨度拱桥计算拱肋高度的推荐公式，并对场地狭窄V形峡谷区钢管混凝土主拱结构进行简要介绍，钢管桁架节段利用缆索吊机悬臂拼装架设，钢管内灌注自密实无收缩混凝土，单管采用四级接力泵送混凝土。
该研究可为类似结构设计提供参考。
关键词：铁路桥梁；中承式钢管混凝土拱桥；拱轴线；矢跨比；拱肋截面；拱肋高度；内倾式拱中图分类号：U442文献标识码：A文章编号：1001-683X（2021）09-0046-07 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2021.09.0460引言拉林铁路位于西藏自治区东南部，北起拉萨市，经山南市、桑日县、加查县、朗县、米林县抵达林芝市。
藏木雅鲁藏布江特大桥于加查县境内桑加峡谷区一跨跨越雅鲁藏布江，桥址为典型深切V形峡谷区，施工场地狭窄，主桥采用430m中承式钢管混凝土拱桥［1］。
我国铁路首座钢管混凝土拱桥为主跨236m的水柏铁路北盘江大桥［2］；近期修建的较大跨度钢管混凝土拱桥为主跨360m的呼准鄂铁路黄河特大桥［3-4］。
铁路钢管混凝土主拱多为内倾式拱，拱脚区段采用钢管-钢箱混凝土组合箱型断面，其他采用N形桁式断面，腹杆与弦管采用节点板连接，横向联结系与弦管采用焊接连接。
主拱钢管桁架主要有转体施工和悬臂拼装施工［5］。
藏木雅鲁藏布江特大桥为高原陡峻峡谷、大温差、强震区大跨度钢管混凝土拱桥，建设环境更加复杂，结构性能要求更高，具有特殊性［6-9］。
因此，需要对铁路大跨度钢管混凝土拱桥主拱结构设计施工方案进行研究。
铁路钢管混凝土系杆拱桥设计及计算分析
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。
钢管混凝土拱桥设计与施工规程
福建省工程建设地方标准钢管混凝土拱桥设计与施工规程福州大学土木工程学院2007年11月前言本规程是根据福建省建设厅闽建科【2007】×号文“关于制定福建省建设工程地方标准《钢管混凝土拱桥设计与施工规程》的通知”要求，由福州大学土木工程学院主编，会同福建省交通规划设计院、福州市规划设计研究院、福建省第一公路工程公司等参编单位编制而成。
本规程的制定吸收了近年来有关单位在钢管混凝土拱桥设计与施工领域所取得的最新科研成果以及工程实践经验，充分参考和借鉴了国内外的相关规程和规范，在广泛征求意见、反复修改的基础上，最后由福建省建设厅组织专家审查定稿。
本规程共分×个章节及×个附录，主要技术内容包括：下列标准所包含的条文，通过在本规程中的引用而构成本标准的条文，本规程出版时，所示标准版本均为有效。
所有所示标准均有可能修订，使用本规程的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性：1、1、总则1.1.1为满足桥梁工程建设的需要，使钢管混凝土拱桥的设计、施工和验收等工作符合技术先进、安全可靠、耐久适用、经济合理的要求，特制定本规程。
1.1.2本规程适用于以圆形钢管内浇筑素混凝土为拱肋的钢管混凝土拱桥。
1.1.3本规程适用于本省各级市政工程钢管混凝土拱桥的设计与施工，公路工程中的钢管混凝土拱桥可参照执行。
（或写成市政工程与公路工程）1.1.4本规程主要依据《公路工程结构可靠度设计统一标准GB/T50283》、交通部《公路工程技术标准JTG B01-2003》、《公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004》、《公路桥涵施工技术规范JTJ 041-2000》以及福建省工程建设地方标准《钢管砼结构技术规程DBJB-51-2003》的有关规定制定。
基本术语、符号按照国家标准《工程结构设计基本术语和通用符号GBJ132》和《道路工程术语标准GBJ124》的规定采用。
1.1.5荷载分市政与公路来写，各有规程1.1.6钢管混凝土拱桥中的墩台与基础等圬工结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的设计计算与验算，可采用《公路圬工桥涵设计规范JTGD61-2005》、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004》和《公路桥涵地基与基础设计规范JTJ 024-85》等规范进行设计。
钢管混凝土拱桥施工关键技术及稳定性分析
钢管混凝土拱桥施工关键技术及稳定性分析Chapter 1 Introduction钢管混凝土拱桥是现代桥梁结构中的一种重要形式，近年来在各种道路和铁路工程中得到了广泛的应用。
钢管混凝土拱桥的优越性能在于它具备了钢管和混凝土桥梁的优点，能够在大跨径和高荷载条件下承载结构，同时有较高的抗震能力和耐久性。
钢管混凝土拱桥的施工过程是一个具有挑战性的任务，它需要高度的技术知识和经验。
本文将介绍钢管混凝土拱桥的施工关键技术及稳定性分析。
首先，将介绍钢管混凝土拱桥的基本结构和设计要求。
其次，将讨论钢管混凝土拱桥的施工序列和关键技术。
最后，将对钢管混凝土拱桥的稳定性进行分析，以确保钢管混凝土拱桥的安全和可靠性。
Chapter 2 钢管混凝土拱桥的基本结构和设计要求钢管混凝土拱桥是由钢管和混凝土构成的，它具有轻质、高强、高刚性和良好的抗震性。
在设计中需要满足一些特殊要求，以确保桥梁的可靠性和安全性。
2.1 结构形式钢管混凝土拱桥是由一组弧形钢管和连接的混凝土组成的拱桥。
桥面直接支撑在钢管上，钢管和桥面一起受力。
为了保证桥梁结构的平衡和稳定，弓形钢管在跨度方向上把力传递到钢柱和混凝土砌块上。
钢管混凝土拱桥桥面上一般铺设混凝土板或钢板。
2.2 设计要求设计钢管混凝土拱桥需要满足以下要求：（1）满足各种相应的载荷要求，如荷载、地震、温度和疲劳等要求。
（2）搭建时拱出形状应满足理论形状，应校核拱形。
（3）设计应满足桥梁的稳定性，避免拱桥的侧扭和侧向振荡等现象。
（4）充分考虑钢管的保护性能，防止钢管的腐蚀和老化，确保整个结构的耐久性。
Chapter 3 钢管混凝土拱桥的施工序列和关键技术钢管混凝土拱桥的施工编排顺序应遵循钢管——加固空间网壳结构——混凝土固化。
钢管的高强度和铺装混凝土能极大地保护钢管不受机械损坏，从而延长桥梁的使用寿命。
3.1 钢管安装在施工中，首先需要进行钢管的加固与安装。
钢管的加固和安装关系到桥面的质量和稳定性，是整个结构的基础。
系杆拱桥施工方案
6.4 系杆拱桥施工6.4.1系杆拱桥工程概况滩地公路引桥在黄河大堤附近平面弯出后，南北两岸铁路采用钢管混凝土系杆拱桥立交跨越黄河大堤。
拱桥为自平衡简支系杆拱桥，单孔跨径94m ，矢高18.8 m，主梁采用混凝土边主箱梁截面，拱肋采用钢管混凝土结构，拱肋矢跨比为1/5，吊索纵桥向间距6m 。
桥式布置见下页图所示。
铁路跨堤钢管混凝土系杆拱结构图拱桥为自平衡简支系杆拱桥，单孔跨径94m ，矢高18.8 m，在纵桥向设置两处支承，一处为固定支承，一处为竖向支承，横桥向设置两个支座。
吊索纵桥向间距6m 。
主梁顶部全宽16m，底部全宽17.2m 。
拱肋面与竖直面夹角为14°，拱顶截面钢管顶部宽5.484m ，底部宽6.939m ，高3m。
跨中横截面见下图。
6.4.2系杆拱桥施工步骤施工步骤一：（1）拱两侧墩身施工，等待墩身混凝土强度达到100 ％铁路跨堤钢管混凝土系杆拱跨中横截面图（2）钢管拱肋制作。
施工步骤二：（1）施工拱脚满堂红支架。
（2）安装支座，浇筑端横梁、拱脚和拱脚部分相连的纵梁。
（3）待端横梁砼强度达到100 ％，龄期大于10 天，张拉端横梁钢束到设计吨位施工步骤三：（1）满堂红支架继续搭设，施作拱形安装平台，拱肋分四段在拱形作业平台上安线形拼装完成。
（2）采用履带吊进行拱肋吊装，调整轴线位置。
用千斤顶调整两拱肋到同一标高，使两个半拱形成接触，乃至形成三铰拱。
拱肋内部产生压应力，促使两半拱的下挠部分上拱，及时进行支垫，最后合拢处间隙进行焊接处理。
拱肋合拢焊接后，用超声波进行100 ％焊缝检测，对拱顶进行射线检测，焊缝合格方可进行下一步工作。
（3）拱肋脱架后，拉紧缆风绳，用缆风绳调整拱轴线至设计和规范要求。
在架设拱肋过程中，检测拱脚位移情况，若拱脚位移大于1.5cm ，张拉临时钢束进行调整。
（4）穿好吊杆。
施工步骤四：（1）张拉拱肋至设计张拉力要求。
（2）用砼泵灌筑拱肋无收缩混凝土，浇筑时同时进行并一次性浇筑完成。
钢管混凝土拱桥设计规范(报批稿)陈宝春
中华人民共和国行业标准钢管混凝土拱桥设计规范（校审稿）钢管混凝土拱桥设计规范编制组2004年2月目录1 总则 (1)2 术语和符号 (2)术语 (2)主要符号 (3)3 材料 (5)混凝土 (5)钢材 (5)钢管混凝土 (6)4 承载能力极限状态计算 (10)一般规定 (10)轴心受力构件 (11)偏心受力构件 (13)整体稳定性验算 (16)5 正常使用极限状态计算 (17)一般规定 (17)挠度验算 (17)6 施工阶段计算 (18)一般规定 (18)计算内容 (18)材料的应力限值 (19)7 构造要求 (20)拱肋 (20)吊杆及系杆 (21)立柱及拱座 (21)节点构造 (22)拱肋合拢 (23)焊缝连接 (23)8 钢管拱肋防腐涂装 (25)附件：钢管混凝土拱桥设计规范条文说明 (26)注：主编单位：重庆交通科研设计院联系人：许晓锋，黄福伟，1 总则1.0.1为使公路钢管混凝土拱桥的设计符合安全可靠、耐久适用、技术先进、经济合理的要求，特制定本规范。
1.0.2本规范适用于公路钢管混凝土拱桥，钢管为圆形截面。
1.0.3采用本规范进行设计时，应同时遵守相关的国家和行业技术规范。
1.0.4本规范采用以概率理论为基础的极限状态设计。
1.0.5公路钢管混凝土拱桥应按以下两类极限状态设计：1 承载能力极限状态：对应于公路钢管混凝土拱桥及其构件达到最大承载能力，或出现不适于继续承载的变形或变位的状态。
2 正常使用极限状态：对应于公路钢管混凝土拱桥及其构件达到正常使用，或耐久性的某项限值的状态。
1.0.6根据不同种类的作用（或荷载）及其对桥梁的影响，桥梁所处的环境条件，应考虑以下三种设计状况，并进行相应的极限状态设计：1 持久状况：桥梁建成后承受自重、车辆荷载等持续时间很长的状况。
应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。
2 短暂状况：桥梁施工过程中承受临时性作用（或荷载）的状况。
一般仅作承载能力极限状态设计，必要时才作正常使用极限状态设计。
铁路136m跨钢管混凝土系杆拱桥拱肋截面形式设计研究
桥梁铁路136m跨钢管混凝土系杆拱桥拱肋截面形式设计研究盖小红(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安710043)摘要：格丑沟特大桥跨度136m，为铁路钢管混凝土简支系杆拱桥，拱肋采用空腹式哑铃形拱肋截面形式，在铁路钢管混凝土系杆拱桥中首次采用，通过对几种典型拱肋截面形式的对比分析研究，得出大跨度钢管混凝土系杆拱桥应用于铁路桥梁时，一种合理的拱肋结构形式和截面构造尺寸。
关键词：钢管混凝土；系杆拱；空腹式哑铃形；拱肋形式中图分类号：U448．22文献标识码：A文章编号：1004—2954(2012)03—0036—04D e si gn of A r ch R i b Sect i ons of C oncr et e-f i l l ed St e el T ubeT i ed-A r ch B r i dge w i t h136m Span i n R ai l w ayG A I X i ao—hong(T he Fi r s t R ai l w ay Su r vey and D esi gn G r ou p C o．，L t d．，X i’an710043，C hi na)A bst r a c t：G ec houg ouB r i dge w i t h136m sp an is a s i m p l y suppor t ed concr et e—fi l l ed s t e el t ub e t i ed-ar chbr i dge i n r a i l w ay．T he dum bbel l—shape d open w eb s ect i on w as adopt e d f or i ts ar ch r i b，and i t w as t he f i r st收稿日期：2011—07—21；修回日期：2011—08—29作者简介：盖小红(1971一)，女，高级工程师，1994年毕业于哈尔滨建筑大学交通土建专业，工学学士，E-m a i l：gai xi aohon9888@s ohu．c or n。
钢管混凝土拱桥的施工方法和结构设计
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。
兰渝铁路96m下承式钢管混凝土拱桥设计
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桥 梁 ・
兰 渝铁路 ９ ６ ｉ ｎ下承 式 钢 管 混凝 土 拱桥 设 计
赵 亮
（ 中铁 第 一 勘 察 设 计 院集 团有 限 公 司 ，西 安 ７ １ ０ ０ ４ ３ ）
摘 要 ： 兰渝 铁 路 是 设 计 时 速 为 ２ ０ ０ ｋ ｍ的客货共线双线铁路 ， 为跨 越 境 柳 高速 公 路 ， 设 计 采 用 了 １孔 ９ ６ Ｉ ｎ下 承 式
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钢管混凝土拱桥设计与施工
摘要：介绍了上海城市轨道交通明珠线特殊大桥-苏州河桥（25m+64m+25m）的三跨中承式钢管混凝土梁-拱组合体系桥的设计特点，施工阶段划分及结构分析过程和施工难点处理措施。
关键词：钢管混凝土结构; 拱桥；设计与施工；徐变控制;1 概述苏州河桥位于上海城市轨道交通明珠线跨越既有沪杭铁路苏州河桥桥位，与苏州河正交。
桥梁需跨越苏州河及两岸的万航渡路和光复西路。
河道通航标准为通航水位3.5m，Ⅵ级航道，净宽20m，净高>=4.5m；两岸滨河路规划全宽20m（机非混行），其中机动车道宽8m；两侧非机动车道宽各3m；人行步道宽各3m；两岸滨河路机动车道净高>=4.50m，非机动车道净高>=3.50m，人行道净高>=2.5m。
桥式采用25+64+25m三跨中承式钢管混凝土梁-拱组合体系桥，桥梁全长114m，宽12.5m。
外部结构体系为连续梁，即拱脚与桥墩处以支座连接，内部为由主纵梁、小纵梁和横梁及钢管混凝土拱肋的组合结构体系。
2 钢管混凝土拱桥设计2.1桥型选择本方案设计的主导思想是在现有桥梁结构的技术水平发展的基础上有所创新，桥梁造型与周围环境相协调，桥式方案力求新颖独特，并充分体现现代化大都市的节奏与气派。
拱桥是一种造型优美的桥型，它的主要特点是能充分发挥材料的受压性能，而钢管混凝土的特点是在钢管内填充混凝土，由于钢管的套箍作用，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。
同时钢管兼有纵向主筋和横向套箍的作用，同时可作为施工模板，方便混凝土浇筑，施工过程中，钢管可作为劲性承重骨架，其焊接工作简单，吊装重量轻，从而能简化施工工艺，缩短施工工期。
苏州河桥的桥型方案经过研究分析、结构优化及评估论证，最后采用25+64+25m飞鸟式钢管拱桥的设计方案。
以抗压能力高的钢管混凝土作为主拱肋，以抗拉能力强的高强钢绞线作为系杆，通过边拱肋的重量，随着施工加载顺序逐号张拉系梁中的预应力筋以平衡主拱所产生的水平推力，最终在拱座基础中仅有很小的水平推力。
钢管混凝土拱桥设计规范
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不断更新设计理念，提高设计可靠性
桥梁设计本身就是一项创造性的工作。 桥梁设计是否满足要求的判别标准中，满足规范规定仅是最低 要求，更高的要求应是桥梁结构体系、构造设计的合理性以及 桥梁长期使用安全、耐久性。设计中，需要重新认识桥梁“最 不利”状态，计入一切可能出现的不利因素，提高设计的可靠 性。例如，对于通航河流上的桥梁，通常仅强调通航孔桥墩桥
墩防撞设计，但事实上，非通航孔并不就等于船只一定不会前
往（广东九江桥事故就是一例），且仅靠管理是难以避免的， 设计时必须留有足够余地，以便应对难以预料的风险。
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精细化设计，提高桥梁设计质量
桥梁设计是一项十分细致的技术工作。
杭州钱江四桥（2004年, 190m×2+85m×9）
------------------------------------------------------安徽太平湖大桥（2007年,352m）
世界上已建的10座最大跨径拱桥
序号 1 2 3 桥名 中国重庆朝天门大桥 中国上海卢浦大桥 中国合江长江一桥 美国新河谷（New River 4 Gorge）桥 美国纽约贝永（Bayonne） 5 桥 澳大利亚悉尼港（Sydney 6 Harbor）桥 7 中国重庆巫山长江大桥 8 中国肇庆西江铁路大桥 9 中国宁波明州大桥 10 湖北支井河特大桥 ------------------------------------------------------主跨 /m 552 550 530 518 510 503 460 450 450 430 结构形式 中承式钢桁拱 中承式箱拱 中承式钢管混凝土拱 上承式钢桁拱 中承式钢桁拱 中承式钢桁拱 中承式钢管混凝土拱 钢箱拱 中承式钢箱拱 上承式钢管混凝土拱 建成 年份 2009 2003 2012 1977 1931 1932 2005 2014 2011 2009
15-拱桥-钦江铁路特大桥128m钢管混凝土系杆拱桥设计
钦江铁路特大桥128m 钢管混凝土系杆拱桥设计廖成强（中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031）【摘要】钦江特大桥主桥采用2孔128m 下承式钢管混凝土系杆拱桥。
文章介绍该桥系杆拱的构造设计特点、参数选用及动静力计算分析等，为此类高速铁路桥梁的设计提供参考。
【关键词】系杆拱；钢管混凝土；高速铁路【中图分类号】U 442.5+4【文献标识码】A ［定稿日期］2012－04－051工程概况钦江铁路特大桥是广西沿海铁路扩能改造工程钦北段重点桥渡，桥梁与河道水流基本正交；桥位处远期规划为双孔通航，净空2－110m ˑ13m ，最高通航水位为10.09m 。
本桥采用双线有碴轨道，线间距4.6m ，列车运行速度目标值为（ZK 活载）250km /h 、（中－活载）120km /h 。
桥梁位于R =3500m 的曲线上，全长2225m 。
其中，主桥采用两孔计算跨径128m 下承式钢管混凝土简支系杆拱，立面如图1所示。
图1主桥2ˑ128m 钢管混凝土拱桥立面布置2主桥结构构造单跨系杆拱系梁全长131.6m ，计算跨径128m ，矢跨比f /L =1/5，拱肋平面内矢高25.6m ，拱轴线采用m =1.347悬链线线型。
单跨系杆拱桥立面、平面及断面布置详见图2所示。
图2系杆拱立面、平面及断面布置（单位：cm ）系杆拱采用“先梁后拱”的施工方法，主要施工顺序为：桥下搭设钢管桩支架现浇混凝土主梁（系梁）→以主梁梁体作为施工平台搭架拼装空钢管拱肋→泵送拱肋混凝土→安装张拉吊杆。
2.1拱肋、横撑及吊杆拱肋横截面采用哑铃型钢管混凝土截面，截面高3.6m ，沿程等高布置，主钢管规格为 1300mm 、壁厚δ=20mm ，上下弦管中心距2.3m 。
拱肋主钢管及腹腔内均灌注C 55混凝土。
两片拱肋之间共布置5道横撑，其中拱顶设置“米”撑，拱顶至两拱脚间设4道K 撑。
横撑为空钢管组成的桁式结构，主钢管外径850mm 、壁厚16mm ，斜钢管外径630mm 、壁厚12mm 。
钢管混凝土拱桥结构分析与设计
能力。钢管混凝土拱桥就是 向钢管内填充混凝土，这时混凝土正好处于 段就考虑到产 品寿命历程 的所有 环节 ，将所有相关 因素在产 品设计时 三向受压状态 ， 从而使得混凝土的抗压强度显著提高 。 分 阶段得 到综合规划和优化 的一种设计理论 。 全寿命 周期设计意味着 ， 钢管还可 以作为施工模板 ，方便混 凝土 的浇筑。通常在施工过程 不 仅仅 要完成好整个工程 的设计 ，而且 要考虑到后续 的使用与 后期的 中， 钢管可 以直接用作承重骨架 ， 因为钢管的重量相对较小 ， 方便拆卸 ， 维护 ，这 涉及 到损 坏、检 查、修 护、再循 环利 用 的过程 。因此 ，桥 易于安装 ，可在任何环境下组合搭建 。桥梁建设中有 了钢管 的加入 ， 梁的全寿命设计方法可 以定 义为综 合统筹考虑桥梁寿命 周期 的主要阶 将大大提高工程效率 ，缩短工程 周期。 段， 均衡考虑各方面 问题 ， 通过成本分析寻求安全性 、 耐久性 、 美观性 ， 根据理论分析和 实验 论证 ，以钢管混凝土作为材料 的拱桥 ，承载 是一个基于全寿命周 期过 程的概念 。施工 的前 中后期都 要面面俱到 ， 力和抗震性 能大大 提高。按混凝土规范的相关计算公式可 以知道 ，两 安全性要达到规范要 求 ，成本控制在合理范 围内，对 周边生态环境无 者 的结合 ，较钢管和混凝 土分 别的承受力总 和要 提高 １ １ ０ 到２ ２ ０ 倍 的 不 良影 响。比如 ，钢 管混 凝土拱桥必须考虑钢管 拱肋、系杆、 吊杆和 范 围之 间。这种 巧妙的结合在力学构造上也具有非常大 的优 点 ，由于 其它金属结构 的防腐措施 ，应配合设计充分考 虑吊杆和系杆的维修 、 钢管混凝土 拱桥 具有处 于三向受压状态 的特点 ，因此抗压 能力相应提 更换等措施 ，以保证桥梁结构在运营期间的安全性和耐久性 。 高 。根据 相关实验数 据 ，钢管混凝土 轴向压缩到原 长的 ３ ／ ４ ，轴向表 面 已经被 破坏 ，但是仍然具有一定的载重能 力，显而 易见可以抵御一 ４ 结 语 定程 度的 自然灾害 。在桥身被压弯 的情况之下 ，水平 力与位移之 间的 本文通过 对钢管混凝土拱桥 的优 良特 性、结构设计 以及注意事 项 滞 回曲线 处于十分饱和的状态 ，吸能能 力相 当好 ，硬度退化削减的现 三方面 的简要分析 ，可 以看 出钢管混凝 土拱桥 是实际建设过程 中可操 象 几乎没有 出现 ，抗破坏 的能力相 当强大 。 作性 非常强的一种桥梁 ，多年 的经验和 理论成果也可 以证 明优秀 的钢 管混 凝土拱桥设计能够简化施 工工艺 ，缩短施工工期 ，提高桥 梁的使 ２ 钢管混凝土拱桥的结构设计 章程及标准 ，灵活根据现场 实际情况进行修正变通 ，合理 地按实施步 梁的功能性作用 。通过调研使用 率、车流量等等 ，进而决定桥梁 的建 骤进行施工 ，将理论与 实际相结合 ，及时整理相关操作 经验 ，为我 国 筑规模和承重结构 。规模根据其 主跨 径和矢跨比的不同可分为大 中小 钢管混凝土拱桥的进一步发展做 出贡献。 跨径桥梁 。一般来说常用跨径在 ８ Ｏ～ ２ ８ ０ ｍ的范 围内，常用矢跨 比为 １ ／ ５ ～１ ／ ４ 。 钢管混凝土拱桥主要 由拱肋 、 立柱或 吊杆、 横撑 、 行 车道 系、 下部构造等部分组成 。拱肋 的截 面形 式主要有六种 ，根据不 同规格 的 桥 梁 ，采用不同的截面形 式。像对于 大跨径的拱桥来说 ，用格构 式的
铁路钢管混凝土系杆拱的设计
铁路钢管混凝土系杆拱的设计铁道第一勘察设计院桥隧处白全安燕飞摘要:西安北环铁路西闫特大桥主桥为48m 钢管混凝土系杆拱,结合本桥工程实例,简要介绍钢管混凝土系杆拱的设计与施工。
关键词:钢管混凝土系杆拱结构分析1前言钢管混凝土系杆拱由于其具有建筑高度低,跨径大、易于整体拼装,正越来越受到人们的青睐,钢管混凝土结构充分发挥了混凝土的抗压能力及钢材的抗压、抗拉能力,主要用于承受轴向压力的构件。
与钢或混凝土单一材料制成的构件相比,钢管混凝土结构可提高结构的强度和刚度。
2桥型方案介绍西安北环线为一次双线货运铁路,西闫特大桥主要为跨越西闫高速公路而设,西闫高速公路为双向4车道,既有路面宽28m ,线路与高速公路斜交10度。
立交净空5.5m 。
由于受线路坡度及高速公路宽度、净空的限制,若采用连续梁或简支梁,桥梁建筑高度较高,必引起桥长加大,工程投资增大,而采用系杆拱不但可以有效降低建筑高度,缩短桥长,节约投资,而且线型美观。
故采用48m 钢管混凝土系杆拱桥方案。
图一桥梁横断面示意图3系杆拱构造计算跨径为48m (桥全长49.2m ),矢跨比为1/4.248。
拱轴线为二次抛物线方程:y =4fx(L-x)/L ,拱桥理论矢高f=11.3m 。
两片拱肋之间间距为10.3m 。
拱肋采用两根Φ65cm 的钢管形成哑铃型截面,高1.5m 。
两片拱肋间设5根Φ65cm 钢管横撑及8根Φ40cm 钢管斜撑。
钢管内灌注C50微膨胀混凝土。
系梁为高2.6m ,宽1.04m ,腹板宽0.5m ,翼缘厚0.5m 的工字型断面。
吊杆采用55束Φ7mm 镀锌钢丝。
4系杆拱的计算分析系杆拱属于外部静定,内部为多次超静定结构。
按弹性理论进行分析计算。
利用BSAS 程序和Sap2000程序进行了平面线性静力计算、空间线性静力计算及动力分析,采用不同的计算模型来计算各阶段的内力、应力和变形。
计算模型见下图。
图二空间计算模型图三平面计算模型4.1计算荷载(1)结构自重(2)列车活载:采用“中-活载”(3)列车竖向动力作用:拱圈及系梁计入列车动力作用,系数按《铁路桥涵设计基本规范》第35条规定取值。
客运专线钢管混凝土提篮拱桥支架设计与检算
客运专线钢管混凝土提篮拱桥支架设计与检算摘要：以新建武汉至黄冈城际铁路跨106国道1-112m钢管混凝土提篮拱桥系梁支架施工为例，系统介绍了贝雷柱式支架设计、支架结构检算以及贝雷支架施工要点。
通过建立有限元模型，对支架结构进行分析计算。
检算结果表明，其强度和刚度均能满足施工的要求，为类似工程提供参考。
关键词：提篮拱；钢管柱式支架；设计；检算；有限元中图分类号： tu528 文献标识码： a 文章编号：1 工程概况新建武汉至黄冈城际铁路路口特大桥位于黄冈市路口镇，设计里程为dk52+429.735至dk58+393.495，全长5.964km，共计177跨。
其中92#～93#跨上部结构设计采用1-112m提篮拱，系杆拱梁全长116m，计算跨度112m，跨越106国道，与106国道成62°夹角。
系梁设计为单箱三室预应力砼箱形截面，梁宽17.8m、梁高2.5m。
底板厚度30cm，顶板厚度30cm，边腹板厚度35cm，中腹板厚度30cm。
底板在3.0m范围内上抬50 cm以减小风阻力。
吊点处设横梁，横梁厚度为40～60 cm。
拱脚顺桥向8.0m范围内为实体段，横桥向宽度由17.8m增至18.8m，截面渐变处设倒角或过渡段。
2 贝雷梁支架体系1-112m提篮拱采用先梁后拱的顺序施工，系梁采用贝雷梁柱式支架法现浇。
支架由螺旋钢管、贝雷梁、工字钢等组合而成。
（1）、整个系梁下设置间距不等的11片临时支墩，每个临时支墩设置单排外径609mm、壁厚16mm的螺旋钢管立柱，钢管立柱的间距均为4.2m，满足106国道的交通要求。
（2）、在每排螺旋钢管立柱上焊接布置双拼i56a工字钢作为横向分配梁。
（3）、为了便于底模、侧模及贝雷梁等的拆除，在钢管立柱顶部和工字钢横向分配梁之间安装可调高度的砂箱。
（4）、横向分配梁顶设置加强型纵向贝雷梁，贝雷片间距为45cm，在腹板下加密到22.5cm。
（5）、在贝雷梁顶横向铺设10cm*15cm方木，方木间距50cm；纵向铺设10cm×10cm方木，实心段按照间距20cm布置，空心段按照间距30cm布置；方木顶铺设15mm厚竹胶板。
钢管混凝土拱桥施工方案
，首先在拱背上正对吊杆 孔高度约50cm处设一转 向轮，将提升吊杆的牵引 绳通过转向轮从吊杆上螺 母、上球铰、拱肋预埋管 穿过备用。人工将吊杆运 至待挂索吊杆孔下，将上 锚头内锚环吊具与吊杆牵 引绳相连。然后徐徐收紧 牵引绳将吊杆从拱下提升 穿过拱肋预埋管，当上锚 头露出拱背锚垫板后，即 可边提升，边旋上上锚头 螺母，直至达到螺母标记 位置，放松牵引绳将吊杆 悬挂于拱背上。
吊杆张拉采用单 端张拉，张拉端 设于纵梁底部， 固定端设于拱肋 顶部，吊杆锚垫 板上下导管外设 加强螺旋筋及钢 筋网格，以弥补 吊杆锚固对纵梁 和拱肋截面的削 弱。
封锚施工
拆除桥面下临时支架；
张拉加劲纵梁剩余的预应力束T2，T5；
吊模施工桥面板；安装伸缩缝，完成全桥施工；
面板施工
桥面板采用整体桥面板，板厚25cm,并加腋30×15cm。
面板布置图
Ⅲ型桥面板
Ⅳ型桥面板
Ⅰ型桥面板
Ⅱ型桥面板
Ⅰ型桥面板 Ⅲ型桥面板
Ⅱ型桥面板 Ⅳ型桥面板
面板布钢筋绑扎
安装桥面排水设施
桥面排水采用内径∅100mm铸铁泄水管，桥面雨水直接排入河道。 泄水管平面布置示意图
泄水管构造图
桥面混凝土浇筑
伸缩缝
在桥台处各设一道D80型伸缩缝，全桥共设2道
通车效果图
②所有管节、构件在工厂制作时，应按1：1放大样，出厂前，应将管肋试 拼，试拼时的精度要求：拱轴线实测值与设计值在竖向及水平方向的允 许偏差值为：拱顶：±5mm；1/4拱肋：±5mm；拱脚：±5mm。。
• 吊杆每榀拱肋设15根厂制吊杆，吊杆间距为5.0m。吊杆采用PE7-127 半平行钢丝成品索，外包双层高密度聚乙烯（PE）护套，配套锚具采用 带有纠偏装置的DS(K)7-127镦头锚，吊杆标准强度Ryb =1670MPa， 破断力Nb=8162kN，吊杆张拉采用单端张拉，张拉端设于纵梁底部， 固定端设于拱肋顶部，吊杆锚垫板上下导管外设加强螺旋筋及钢筋网格， 以弥补吊杆锚固对纵梁和拱肋截面的削弱。
钢管混凝土系杆拱桥设计分析
王建彬 南京先行 交通工程设计有 限责任公 司 江 苏南京 ２ １ ０ ０ １ ６
Ｉ 摘要 】 随着社会经济与交通建设 事业的蓬勃发展 ，我 国对于桥 梁建设也越 来越 重视 本文主要对钢管混凝土 系杆拱桥 的设计方法 ．刚度取值 稳 定方面以及设 计的一些主要 参数 做 了一些分析 。 【 关 键词 】 钢管混凝 土拱桥；拱肋形式；计算方法；设计 中图分 类号 ：Ｕ ４ ４ ８ ． ２ ２ ＋ ５
引 言
文 献 标识 号 ：ｈ
文章 编号 ：２ ３ ０ ６ — １ ４ ９ ９（ ２ ０ １ ３ ）０ ７ — ０ ０ ０ １ ５ － ２
肋高度一般为主跨的 １ ／ ４ ０～ １ ／ ５ ｏ ， 刚性系杆柔性拱体系还可适 当降低 。 拱肋宽度 以及 拱肋 数量则应根据桥梁宽度确定 。对于主跨 小于 １ ０ ０ ｍ的 系杆拱桥 ， 一般都采用 单支钢 管混凝土拱肋 。对于跨 径较 大的钢管混凝 土拱桥 ， 拱肋则一般采用 桁架 形式。其中哑铃形双支拱肋 一股在跨径为 １ ０ ０～ ２ ０ ０ ｍ的情况下采用 。当主跨大于 ２ ０ ０ ｍ ， 其主拱肋一般采用多支 形式。 ２ ． 钢管混凝土拱桥 的计算方法 ２ １钢管混凝土拱肋的计算模式 ２ ． １ ． １钢 管 混 凝 土 计 算模 式 钢 管混凝 土计算模 式引入钢管套 箍理论 ，计入作 用引起 的强 度的提 高 。该计 算模式 是钢管 混凝土理 论研 究成果在实 际工程 中的具体应 用 ， 充分利 用 了钢 管混凝 土的受力特 点 。按 该模式设组合体 系桥是将 主要承受压 力的拱肋和 主要承受 弯矩 的行车 道 梁 组合起来 共 同承受 荷载 ，充分 发挥被组合 的简 单体系 的特 点及组合 作 用 ，以达到节 省材料和 降低对地 基的要 求的设计 构想。钢 管混凝土系 杆 拱桥与连续梁桥等其他桥梁相 比 ， 其主梁梁高较低 ，而且在横桥 向 ， 纵 向系梁设置于拱肋位 置 ， 不 占用车道位置 ，系梁项面可 高于桥面 ， 因此 控 制桥 面标 高实质上 是横梁高度 。采用 系杆 拱桥方 案带来 引桥桥孔缩 短 所节 约 的工程 造价 是相当可观 的 。近年 来，在桥梁 建筑方面 对景观要 求 日益重视 的情况 下 ， 系杆拱桥的优势显得越发 明显 。此外 ， 由于钢 管混 凝 土拱桥一方 面钢管 的约束提 高 了混凝 土的承压 能力 ， 另一方 面也使 拱 桥 的施工更加便捷 。 １ ． 钢管混凝土拱桥拱肋形式 拱肋 形式 的选 取一般根据 桥梁跨 径而定 。对 于刚性系 杆刚性拱 的拱 液压 推力油 缸把固 定部分和工 作部分连 接起来 ，提 供 向前 移动 的动 力， 迫使 刀盘紧贴 隧道掌 子面 的岩石 表面进 行切削开挖 并 出渣 。一般岩石 强 度高 的隧道 不加衬砌 ，岩 石风化 的地层 采用钢拱 架、钢丝 网、喷混凝 土 衬砌 。Ｔ Ｂ Ｍ旋工月进度一般在 ｌ ０ ０ ０ ｍ以上 ，速度快 ，质量好 ，适用于铁 路 、公 路 隧 道 及 水 工 隧 洞 。 ４ ２ 泥水平衡盾构施工技术 泥水平 衡盾构 的特点是 ： 在盾 构正面 与支承环 前面装置 隔板的密封 舱 中，由有适 当压力 的泥 浆来支 撑开挖面 ，并 由安装 在正面 的大刀盘 切 削土体 ，进土 与泥 水混合 成泥浆 后，通过泥浆 泵和 管道 输送到 隧道外 的 地面 ， 由泥 浆分 离设备 除掉土砂 后， 再通过管道把合格 的泥浆送到 工作面 。 反 复循 环地切 割地层 、推 进并安 装管片 以形成隧道 结构 ，这种 开挖方 式 适用 于多种复 杂的地层 ，特别是 地下水位 较高 的地 层，上海 、广州都有 成 功案例 。泥 水盾构对 地层扰动 最小 ，地 面沉降 小，但 盾构及 与其配 套 的泥浆制造 、分离设备造价高 、占地面积大 。 ４ ３土压平衡盾构施工技术 土 压 平 衡 盾 构 的前 端 设 有 一 个 全 断 面 大 刀 盘 ，切 削 刀 盘后 是 密封 舱 ， 在密封 舱的下 部装置 长筒形螺 旋输送机 ，输送机一 头设有 出入 口。所 谓 土 压平衡就 是刀盘切 削下来 的土体和泥 水充满密 封舱 ，具 有适 当压 力， 与开挖面保持土体 的相对平衡 。 ４ ． ４气压盾构施工 技术 穿越 饱和含水 地层所采用 的压缩 气体防漏水 的盾构称 为气压盾 构， 气压盾构要设 一个闸室来保证 工作面 跟隧道 隔断，以确保工作面的压力 。 工作人 员进 入工作 室时，要通 过 闸室增 压或减压 ，管片和 其他材料进 出 也必经 闸室 。气压盾 构的气压 容易对施 工人员产 生不 良影响，长期在 这 种 条件 下工作容易得 “ 气压 病”，故应尽量减少这种方法。 ４ ５混合盾构施工技术 混 合盾构 是 目前世界 上最先进 的盾构 ，适合 于复杂 多变的地层 。混 合 盾构 的特 点是 ： 在大 刀盘上安 装适合各 种地层 的多种刀 具，其在辐 条
钢管混凝土拱桥设计
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。