钢-混组合结构在拱桥上的应用与发展

钢-混组合结构在拱桥上的应用与发展

发表时间：2019-04-08T11:12:30.770Z 来源：《建筑模拟》2019年第3期作者：尹平[导读] 在桥梁应用上，钢-混组合结构多用于拱桥的主拱圈，立柱等部位，钢-混组合实践于钢管混凝土中，它凭借着受力性能，耐久性等各方面突出优点，随着我国桥梁发展与人们对钢管混凝土结构的认识，渐渐形成了所谓的“钢管拱”。

尹平

四川公路桥梁建设集团有限公司公路三分公司摘要：在桥梁应用上，钢-混组合结构多用于拱桥的主拱圈，立柱等部位，钢-混组合实践于钢管混凝土中，它凭借着受力性能，耐久性等各方面突出优点，随着我国桥梁发展与人们对钢管混凝土结构的认识，渐渐形成了所谓的“钢管拱”。钢筋混凝土拱桥无论从外观上还是内在受力情况，都给桥梁领域带来了新的发展方向。

关键词：钢-混组合结构；钢管混凝土；受力性能；拱桥；发展；

1 引言

钢筋混凝土拱桥是一种内部由钢筋混凝土构成外部由钢管紧密包住的一种组合材料的拱桥形式，简称为CFST拱桥，其主跨径已经超过数百米，矢跨比大多在1/6～1/3之间。正常情况下都考虑应用于100～200m跨径和矢跨比为1/5～1/4的拱桥。.20世纪建造完成的CFST拱桥中，跨径最长的是跨径为270米、矢跨比为1/5的广西三岸桥，于二十世纪末建成。位于重庆的巫峡长江大桥在现在建成的钢管混凝土拱桥里面跨度名列榜首。曾经也有桥梁专业人员预测过，根据钢管拱的受力优点等各方面特点，是完全能够使其达到连斜拉桥也无法达到的跨度。

2 钢管混凝土组合结构的特点 2.1 钢管混凝土组合结构工作的基本原理

钢管混凝土的原理实际上就是内部混凝土外部由薄壁钢管紧密包裹住，共同承担桥上全部荷载带来的轴力、剪力和弯矩，从而让整体混凝土大幅度提升自己的抗压优势，能够抵抗更高的压力。这样在钢管的紧箍力作用下使其承载能力大幅度提升，在相互作用下，混凝土紧密的和钢管组合在一起形成组合材料，大幅度提升了钢管在受到外力作用下保持稳定的能力，这种情况类似于混凝土与钢筋之间的完美融合。

2.2 钢管混凝土的特点和优点

钢管混凝土的特点和优点有：⒈总体结构承载力显著提升⒉结构本身就是钢筋，既能受压也能受拉⒊结构本身是劲性骨架⒋可大幅度节约材料，减少施工困难⒌防腐、防火、防震性能好⒍结构外形美观。

2.3 钢管混凝土与拱桥的结合

钢筋混凝土已经在桥梁领域有很长的历史了，最早在英国铁路桥的桥墩建设中就应用到了钢管，为了防止内部结构的腐蚀与损坏，带来各种病态，从而引起所受弯矩的改变，人们开始尝试向钢管注入混凝土进行防护，这样既避免了钢管的锈蚀，也提升了整体结构抵抗外压力的能力。

钢管混凝土结构充分发挥了混凝土的抗压性能和钢材的抗压、抗拉的能力，常适用于轴向受压的构件中。以前桥梁工程的基础建设中大多使用钢管混凝土结构，随着人们对钢管混凝土构件的各方面性能研究及计算机技术的不断完善，从80年代开始将钢管混凝土应用到了拱桥结构。

3 钢管混凝土拱桥的特点及应用 3.1 钢管混凝土拱桥的特点

钢管混凝土拱桥主要由钢筋混凝土主拱圈、拱肋、吊杆、立柱、行车道系等结构组成。拱桥所受的所有荷载大部分是由钢管混凝土拱肋来承担的，并且它将供上的所有荷载传到下部的墩台和基础上。

钢管混凝土拱桥的方式目前有大约五种，在城市里面最常见有上承式拱桥和中承式拱桥，在山谷或者江、河之间有许多飞燕式拱桥等，它属于组合体系拱桥。

对于上承式拱桥和中承式拱桥而言，它们都具有推力结构，适用于地质良好的情况下采用。上承式拱桥截面有哑铃型和桁式截面的，拱肋一般采用双肋或多肋形式，每个拱上立柱的地方设置有横向联结系使得拱肋之间的受力均匀。目前最常用的桥型之一是中承式钢管混凝土拱桥，单跨式的形式比较常见。为了增加桥梁总体的美观，我们常常在多跨径中设置成等跨或者不等跨的形式，然后根据地质条件，地形等因素布置成中承式或上承式拱用于边跨设计以平衡中承式的水平力。中承式拱桥拱肋的截面多采用哑铃型或者四肢桁式截面，一般横向联结系很少有设计。

3.2 钢管混凝土拱桥被广泛应用的原因

根据部分资料显示，仅二十年时间，我国已完成了不同跨度及多种钢管混凝土拱桥的形式和样式，可以说这是我国在世界上桥梁领域的一种优势，钢管混凝土能在我国得以广泛应用和迅速发展主要由以下的一些原因： 1.当控制在100～500m以内的跨径时，我们发现钢管混凝土拱桥对其适应能力非常的出色，具有和其他桥型一样的竞争力。在拱桥建造的早期，人们为了建造上百米跨径桥梁的时候很少想到用拱桥，当时见得最多的也就是石拱桥，鉴于石拱桥跨径小的原因，很少再考虑拱桥的建造，多数桥梁设计都是以连续钢构桥、斜拉桥等桥梁结构为基础。2.当钢筋混凝土很融洽的与拱桥组合之后，钢管混凝土实现它自身具有很高的抗压、抗失稳的能力的优势，让拱桥的受力更加安全可靠，对于偏心受压的拱桥可以很好以次为基础修建。钢管还可以充当耐侧压模板的作用，在工期方面，能够有效的节约工期。3.普通钢筋混凝土由于自身结构重量大，产生的对地基的作用力很大，所以对地质条件比较苛刻，因此使用度方面大大降低。而钢管混凝土拱桥由于自身独特的构造，整体产生对的两端地质的推力较相同跨径的钢筋混凝土拱桥相比要小很多，所以对地基的指标要求也没那么苛刻。

在拱桥施工中所遇到的重量和承载能力方面的矛盾也通过钢管混凝土拱桥得到了比较好的改善，这种桥梁结构体系对于桥梁专家而言是十分满意的。

4 总结

对于钢管混凝土拱桥是一种组合式材料的新型、美观、结构自重轻、跨径大的桥梁形式，它的出现给我国桥梁领域带来了新鲜的血液，让更多的桥梁专家积极的对此结构展开深入的研究。钢管混凝土拱桥凭借极好的受力方式和方便的施工技术使它在连续刚构桥、斜拉桥等体系中脱颖而出，而且在跨径上目前还没有达到上限，随着不断的设计和研究，钢管混凝土的跨径日益增加，专家预测，它的跨径有望超过650m。

对于钢管混凝土拱桥还有很多地方需要无数学者和专家们进行研究和探讨，比如超大跨径时，对合拢段的施工技术控制和精确对位技术上，还需要不断的升级。桥梁以前充当的角色也就是承重结构，方便人群和车辆跨越障碍，而如今审美观念深入人心，无论是设计方还是政府都希望最终的桥型和四周环境想融洽，形成一道美景。总的来说，未来的钢管混凝土拱桥一定会往超大跨度、外形美观、实用的方面发展。

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