《组合结构设计原理》结课论文

《组合结构设计原理》

结课论文

学院：土木与交通学院

姓名：马晓栋

学号：200903501

钢管混凝土在拱桥中的应用

摘要：钢管混凝土拱桥以其强度高、跨越能力大、施工便捷、经济效果好、桥型美观等优点在我国桥梁中得到了广泛应用。本文介绍了钢管混凝土拱桥的应用及理论研究现状，对其发展优势及发展中存在的问题进行了分析，最后展望了钢管混凝土拱桥的发展趋势。

关键词：钢管混凝土拱桥现状发展

Abstract: the concrete filled steel tubular arch bridge with its high strength, spanning capacity, construction is convenient, economic effect is good, bridge aesthetic advantages in our country in the bridge to a wide range of applications. This paper introduces the concrete-filled steel tubular arch bridge of the application and theory research present situation, the development advantages and developing existence problems have been analyzed, and the future development trend of concrete filled steel tube arch bridge.

Keywords: concrete filled steel tubular arch bridge development present situation

钢管混凝土是将混凝土填充到钢管内形成的一种组合结构材料。这种材料具有承载力高、塑性韧性好、施工方便、耐火性能和经济效果好等优点，工程上常应用于房屋建筑结构和桥梁结构中，其中在桥梁上主要应用于拱桥。

一、钢管混凝土拱桥的应用现状

水柏铁路北盘江大桥

1、钢管混凝土结构是近十年来才应用于桥梁工程的。在我国，主要应用于拱桥。其发展非常迅速。从1990年起我国第一座大跨度钢管混凝土——四川旺苍大桥建成至今，已建成和在建的钢管混凝土拱桥已经超过100座。近年来，转体施工法在钢管混凝土拱桥中的应用越来越多，如长江三峡的黄柏河大桥、贵州水柏铁路北盘江大桥、广州东南西环的丫髻沙大桥、江西德兴太柏桥、广西梧州桂江三桥、三峡莲沱大桥等。

北盘江大桥是水柏线(贵州六盘水～云南柏果)上的控制工程，全长468.20米，其中主跨是236米的上承式铁路单线拱桥，拱轴线为悬链线，拱轴系数M=3.2、矢跨比为1/4，钢管拱截面由两组4Ø1000㎜×16㎜钢管组成，上下游两组钢管拱在空间立面内分别向内旋转6.5°钢管拱分成长度为7.1～8.6米之间的38个

节断，分别在两岸山坡的膺架上拼装焊接成整体，然后经转体到跨中合拢，其中六盘水岸逆时针转体135°，柏果岸转体180 °。

2 、施工测量精度要求

钢管拱成桥线型为中线限差L/5000=±48 ㎜，高程限差L/4000=±59㎜；拼装时两端口中心坐标误差小于±1㎜；半跨成型后钢管拱轴线偏差小于±5 ㎜；合拢后拱顶处轴线限差小于±10㎜，高程限差小于±10㎜；两岸球铰之间的跨距误差小于±2 ㎜，高差误差小于±2㎜。在钢管拱施工中测量的关健是使控制拼装时的拱轴轴线误差小于±5㎜。

3 、施工控制网布设

北盘江大桥桥位处地形异常复杂，北岸钢管拱拼装场地山坡坡比达1：1.5，南岸山坡坡比为1：2.5，主墩之间则是深达220米的悬崖。通视条件特别好，两岸相互能看到对岸的每个点位，但自身岸由于受到山势的限制，控制点之间通视条件很差。甲方只在两岸提供了两个相距约600米的轴线控制点ZD6和ZD7，上面附带高程。经复测发现其平面距离短了5 ㎜，高差不符值则相差60㎜，无法满足控制点的起算要求，根据钢管拱施工要求的精度，主要考虑到两拱座球铰之间的跨距精度要求（小于±2 ㎜）以及实际的地形和现有的仪器情况，布设了一条逆向精度平面控制网，即以保证两球铰的相对精度为控制目标，而推至起始控制点精度的平面控制网。

连徐路京杭运河大桥

京杭运河大桥也是一座飞鸟式拱桥,但其拱肋为提篮式,主孔跨径为235m,边跨

径为57. 5m,施工时采用了竖向转体施工法,于2002年建成。京杭运河大桥由主引桥组成,主桥主孔跨径为235m,边孔跨径为57. 5m,主桥全长350m(图5) 。大桥主拱为提篮拱,施工时采用半跨竖向转体施工。大桥转体示意图

重庆巫峡长江大桥

重庆巫峡长江大桥主孔跨径达460m,是目前世界上跨径最大的钢管混凝土拱桥,也是世界上为数不多的跨径大于400m的拱桥之一。该桥为中承式桁拱,采用斜拉悬臂缆索吊装施工,于2005建成。无论在结构设计还是施工方面,该桥均有许多创新之处。大桥位于著名的三峡风景区巫峡入口处,桥面布置为净15+2×

1. 5m人行道。设计荷载为汽车- 超20级,挂车- 120,人群荷载3. 5kN/ m2。总体布置图如图14所示。

拱肋采用钢管混凝土桁架结构,拱顶截面肋高为7. 0m,拱脚截面肋高为14. 0m,肋宽为4. 14m,每肋上、下各两根<1220mm×22(25) mm、内灌C60的钢管混凝土弦杆,弦杆通<711mm×16mm横联钢管和<610mm×12mm的竖向钢管连接而构成钢管混凝土桁架。两拱肋间桥面以上设置“K”形横撑,桥面以下的拱脚段设置“米”字形撑,每道横撑均为空钢管桁架。拱肋与桥面交接处,设置一道肋间横撑,全桥共设横撑20道。吊杆采用109<7mm的预应力环氧喷涂钢丝,两端采用OVMLZMT- 109型冷铸锚具。吊杆横梁和立柱横梁为预应力混凝土组合截面梁,肋间横梁为钢横梁。行车道梁为先简支、后连续的预应力混凝土“π”形连续梁。桥面铺装为厚8cm的钢纤维钢筋混凝土,全桥在两岸桥台处设两道24cm伸缩缝。两岸均采用“U”形桥台,两岸桥台台口宽度分别为19. 0m和55. 17m。引桥桥墩设计为明挖扩大基础,现浇钢筋混凝土的双排桩。拱座设计为分离式的钢筋混凝土拱座,横向分别设三道钢管混凝土横撑,拱座基础应置于稳定的、完整的弱风化基岩上,要求地基允许承载力不小于3. 0MPa。钢管拱肋采用斜拉悬臂法架设。施工中根据索跨大、起吊重量重(索跨576m,设计吊重128t)的特点,

为减小吊点(吊具)的配重,避免被动式承索器易发生钢丝绳扭铰的情况,开发应用了主动式承索器(主动式承索器获得国家专利,专利号: ZL03234487. 2) 。此外,还开发出“可调索低应力夹片锚固系统”,获国家专利(专利号:ZL03234873.

8) 。

二、钢管混凝土拱桥的发展优势

将钢管混凝土应用于拱桥中，在力学性能、施工、经济以及美观等方面，表现出很大的优越性，极大促进了拱桥的发展。

钢管混凝土同套箍混凝土相同，一方面借助钢管对核心混凝土的套箍约束作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和压缩变形能力；另一方面借助内填混凝土的支撑作用，增强钢管壁的几何稳定性，改变空钢管的失稳模态，从而提高其承载力。二者的结合,充分发挥了两种材料的优点，相互弥补了彼此的不足。钢管混凝土作为一种组合材料具有独特的工作