钢管混凝土拱桥

结构特点：

钢管本身就是耐侧压的模板
钢管本身就是钢筋 钢管本身又是劲性承重骨架 与钢结构相比，省钢材50%，与普通钢筋砼 相比，面积省一半（用钢量相同时）

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。早期钢管混凝土 结构多用于桥梁工程的基础工程之中。随 着对钢管混凝土构件工作性能的深入研究 以及计算机技术的不断发展，从八十年代 开始钢管混凝土开始用于拱桥结构。我们 知道拱桥的拱圈是以承受轴向压力为主的 构件，这恰好充分利用了钢管混凝土结构 的优点。由于钢管混凝土结构的重量相对 较轻，加之拱桥的转体施工技术，使得拱 桥的跨径大幅度增加。此外钢管混凝土柱 也大量地用于桥梁下部结构，以使得桥梁 结构更加秀丽美观。
(a)圆形截面
(b)哑铃形截面
(c)二肢桁式
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(d）横哑铃形桁式
(e
面
(c)二肢桁式
(d）横哑铃形桁式
(e）混合式
(f）四肢式



大跨径拱桥一般选择格构式截面，这样 一来，每一根弦杆基本上都是轴心受压构 件，充分利用钢管混凝土材料。 钢管材料：16Mn钢、15Mn、或A3钢； 可采用无缝钢管，也可采用钢板卷制而成， 钢板厚度不宜小于12mm。 混凝土：高标号、高性能混凝土：免 振自流平，微膨胀、低收缩、高强度，一 般选择C50、C55
5、立柱 在中承拱桥的上承部分，需设置立柱， 用来支承桥面系，是桥面系与拱肋之间的 传力结构。主要有三种形式：钢筋混凝土 立柱、钢管混凝土立柱和钢结构立柱。
6、吊杆

吊杆的构造与一般的斜拉索基本相似，常 用的就是平行钢丝和平行钢绞线两种，所 用的锚具有冷铸锚、钝头锚以及夹片群锚。 钢丝一般为Φ5mm和Φ7mm两种。我国已建 成了多座专业的制索工厂，拉索的质量达 到国际水平，可根据设计人员提供的参数 进行生产，大大方便了拱桥的设计

（3）桥面以上。如图8。桥面以上的横撑 一般设成奇数个，因为在拱顶出的横撑所 起的作用较大，然后两边对称布置。横撑 间距一般是吊杆间距的整数倍，可设置在 吊杆的节点处。横撑可以径向布置（与拱 轴线垂直）或竖向布置（与水平面垂直）。 横撑形式可以设成“一”字横撑和“K”字横 撑。拱肋在四分点处的相对搓动较大，因 此较多的在四分点处设置强大的“K”撑，能 显著的提高拱肋的稳定系数
2、钢管混凝土的优点 （1）构件承载力大大提高 （2）具有良好的塑性和韧性 （3）结构自重和造价均有降低 （4）施工简单、缩短工期 （5）防腐、防火性能好 （6）结构造型美观
特别适合于修建拱桥: 拱为压弯构件，钢管砼以受压为主； 拱桥施工问题 3、钢管砼的主要缺点 （1）钢管的接头连接存在的缺陷 （2）钢管内灌注砼的密实度问题 （3）钢管的养护问题 （4）钢管砼的动力性能及疲劳性能
世界最大钢管混凝土拱桥------巫山长江大桥
巫山长江大桥位于重庆巫山县长江巫峡入口 处，全桥跨径组合为6×12m+492 m +3×12m；引 桥为预应力混凝土连续梁；主跨为钢管混凝土中 承式拱桥，主跨净跨460米，是目前世界跨度最 大的钢管混凝土中承式拱桥。值得骄傲
四川旺苍东河大桥
浙江新安江大桥
3、桥面系构造 桥面系直接承受车辆荷载 。 纵铺桥面板式（常用）
•桥面板的形式

4、横梁 横梁可以采用混凝土结构或钢结构制 作。截面可以采用箱型，也可采用“T”形， “I”型等。桥面宽度在30m以下时可以采用 预应力混凝土结构，为缩短横梁计算跨径， 可采用简支双悬臂结构。30m以上时，建议 采用钢结构，若再采用混凝土结构，截面 尺寸太大，横梁自重大，不易吊装，也不 利于拱肋的受力，令外粗大的横梁也破坏 了桥梁的美观。

2、拱圈横向联系构造 （1）在桥面以下，可以采用刚度较大的K 式或X式横撑，以加强拱脚段的横向刚度， 又不致影响美观。K撑布置形式有两种，当 为整体式桥台（墩），可采用如图7a式， 当桥台（墩）为分离式时，采用图7b式。


在中等跨径的中承式拱桥中，桥面以下， 拱脚附近也可不设横撑，一般也能满足要 求，因为在固定横梁与工作之间的距离一 般不大，中间无需再设计横撑，稳定性也 能满足要求。 （2）固定横梁。固定横梁既是支撑桥面的 横梁，同时也是拱肋的横撑。固定横梁受 力复杂，构造设计也复杂。可以做成钢结 构或钢筋混凝土结构，但必须周密考虑其 与拱肋的连接。
钢管混凝土拱圈最优选择——外包混凝土加固
加固工艺的实施—斜拉扣挂法施工
钢管混凝土拱桥改造方案汇总表
方案名称 方案一（加固） 方案二（加固） 方案三（新建） 方案四（新建） 改造措施 原拱圈外全包钢筋混凝土加固 原拱圈外局部包钢筋混凝土加固 新建跨径140米的钢筋混凝土上承式拱桥 新建跨径160米的单跨悬索桥 设计寿命 50年 50年 100年 100年

（4）形成钢管混凝土拱桥
钢管混凝土截面形成过程
• 1. 混凝土未凝固
2. 上弦杆混凝土凝固 3. 上、下弦杆混凝土凝固 施工中拱肋截面形成过程
•四肢管分两批灌注，首先，同时灌注两根上弦管；在上弦管混凝 土达到设计强度，上弦管形成钢管混凝土截面以后，再同时灌注 两根下弦管。上下游同时进行。钢管混凝土截面分二次形成。在 灌注上弦管混凝土时，所有自重由空钢管混凝土承担（图1）；在 浇筑下弦管内混凝土，新浇筑的混凝土重量由形成的一期钢管混 凝土截面承受（图2）。待下弦管内混凝土也达到强度后，形成最 终的钢管 混凝土截面（图3），后续发生的荷载都由钢管混凝土截面承受

4、格构式拱肋腹杆、系梁布置与连接构造 腹杆与腹杆、腹杆与弦杆、腹杆与系杆之间尽量 采取直接对接方式相连。只有连接钢管多且发生 冲突时才采用节点板连接方式。
5、格构式拱肋缀条的节点构造
节点与连接－节点板连接
节点构造
横向连接
四、钢筋混凝土拱桥病理及改造实例

峡门口乌江二桥位于武隆县境内国道319线 上，建成投入营运已近6 年，在县城附近峡门口 跨越乌江，大桥上部结构为中承式集束钢管混凝 土提篮拱，拱圈内倾13.97º ，主拱由5根钢管集束 而成，中间管为φ290～1400变直径，外层4根钢管 φ700等直径，矢夸比为E/F=1/4，计算跨径140m。 桥面设置19对加PE防护套高强钢丝冷铸墩头锚吊 杆（吊杆横梁采用预应力混凝土结构），桥面板 为跨径10m及5m普通钢筋混凝土空心板简支梁， 桥面净宽13.0m，其中车行道宽9m（双车道）， 两侧人行道各宽2m。设计荷载：汽—20级、挂— 100，人群—3.5kN/m2。
3、拱圈最大的病理特征是拱轴线的改变， 外包混凝土加固可以在一定程度上形成新 的有利于受力、光滑的拱轴线。 桥梁维修加固决策大都是从结构的承 载力角度研究在役桥梁结构的安全可靠性、 适用性和耐久性，进而得出结构是否需要 维修加固的结论；或者以可靠度为参数， 考虑维修加固费用及失效损失，进行维修 加固决策；以及研究使用不同材料、加固 方法在加固后的结构可靠性。
安全性方面因素
适用性方面因素
桥梁改造方案影响因素 经济性方面因素 美观性方面因素 社会影响方面因素
加固方案


1． 拱圈主要作为受压体系，外包混凝土能 够很好的利用混凝土抗压性能好的优点来 增大拱圈受压面积，从而达到加固的目的； 2．外包混凝土加固集束钢管混凝土拱圈具 有施工可行性的优点。锚喷混凝土方法较 外包混凝土施工工艺有很高的要求； 而体 外预应力加固和贴钢法基本不能用于受压 体系的加固；碳纤维加固不能改变已发生 变形拱圈的现形且造价昂贵等缺点。
具体表现在：拱脚截面强度严重 不足；计入偏心距增大系数则 拱圈荷载效应的计算值均大于截 面荷载抗力效应计算值，且拱顶 截面尺寸不满足最小尺寸要求； 部分拱圈混凝土截面拉应力偏大， 将影响其承载能力；边吊杆安全 储备不足。 在静、动试验荷载作用下， 主拱圈跨中截面应力及挠度均大 于该荷载作用下理论计算值，校 验系数偏大，结构工作性能差， 主拱圈竖向刚度和强度低于设计 值。
天津彩虹大桥
安徽黄山太平湖大桥
2007年3月3日拍摄的主 体全部竣工的太平湖 提篮拱桥。被称为亚 洲第一提篮拱桥的安 徽黄山太平湖大桥日 前全部竣工。该大桥 是合（肥）铜（陵） 黄（山）高速公路的 重点工程，主跨336米， 在亚洲目前同类桥型 中跨度位居第一。
天津金刚桥

金钢桥为双 层拱桥，下层桥 利用旧桥墩改建 为三孔钢与混凝 土组合的箱梁桥。 上层桥采用三孔 中承式无推力拱 桥结构，全长 600m，宽15m。
2、 钢管混凝土拱桥的基本组成、各部 构造
包括：钢管混凝土拱肋、立柱或吊杆、横撑、 行车道系、下部构造
横撑
吊杆
拱肋




1、拱肋构造 （1）拱肋的截面形式 ①单肢圆管适用于跨径小于80m的钢管混凝 土拱桥。 ②双肢哑铃截面常用于80~150m的钢管混凝 土拱桥，其拱圈的出平面刚度较小。 ③三肢构格式适用的跨径在80~120m，但可 以考虑取消横桥向风撑。 ④四肢格构式、四肢梯形单哑铃形及四肢 双哑铃形断面常用于100~500m跨径的钢管 混凝土拱桥。

钢管混凝土拱桥（Concrete Filled Steel Tubular Arch Bridge）简称CFST拱桥，其主 跨径一般在40~400m，矢跨比的范围在 1/6~1/3。常用跨径在80~280m，常用矢跨比 为1/5~1/4。我国第一座钢管混凝土拱桥即 四川旺苍东河大桥始建于1990年10月，其 跨度为115m，矢跨比为1/6。二十世纪建成 的钢管混凝土拱桥中，跨径最大的是广西 的三岸桥。其跨径为270m，矢跨比1/5， 1999年建成。目前的钢管混凝土拱桥的最 大跨径已达400m，是巫峡长江大桥，其矢 跨比为1/5。拱轴线：悬链线或抛物线
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钢管混凝土拱桥
天津第六市政公路工程有限公司 薛长迁 2014年5月
主要内容

一、钢管混凝土拱桥概述 二、钢管混凝土拱桥的基本组成、各部构 造 三、钢管砼拱肋构件的节点与连接 四、钢管混凝土拱桥病理及改造实例


一、钢管混凝土拱桥概述


1、钢管混凝土工作的基本原理 钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成 的构件 。钢管混凝土的原理可类比于螺旋配筋的 钢筋混凝土柱来比拟：核心混凝土在密集的螺旋 筋的作用下处于三向受压状态，因而使得核心混 凝土的抗压强度明显提高 。由于钢管对混凝土的 紧箍力作用，大大提高管内混凝土的承载力，反 之，混凝土对钢管的约束作用，提高了钢管抗失 稳的能力，二者结合是完美的 。 借助内填砼增强钢管壁的稳定性； 借助钢管对核心砼的套箍作用提高砼强度
吊杆的锚固： 设计中，应该注意的就是吊杆 的上下端的锚固构造设计。吊杆下 端锚固与横梁，在预制横梁时应预 留锚固空间及其相应的构造。吊杆 上端锚固与拱肋，可以直接穿过弦 杆，锚于钢管上，也可设计专门的 锚箱。并应该加强其防腐设计
•吊杆系统示意图
三、钢管砼拱肋构件的节点与连接
1、节点与连接的要求 （1）连接节点必须满足强度、刚度、稳定性要求 （2）节点及连接构件应构造简单、整体性好、安 全可靠、节省材料、方便施工 （3）钢管砼的连接设计必须保证可靠地传递内力 2、拱肋弦杆连接构造 常采用法兰盘，螺栓孔对位准确相连 3、拱肋弦杆与拱座连接 将拱肋上下弦杆插入拱座内1－2倍钢管直径深度， 端头与预埋在拱座内的钢板或钢筋连接
Ⅰ-Ⅰ Ⅱ-Ⅱ
拱脚
拱顶
评估结论

通过详细现状检查、结构 验算、荷载试验结果仔细 研究分析后认为：现有状 态下的峡门口乌江二桥存 在多种缺陷，包括:主拱 钢管表面锈蚀、钢管焊缝 质量未达到国家规定的合 格标准、管内顶部填充混 凝土不密实、主拱圈拱顶 标高已低于设计值等，已 危及大桥安全。





拱肋施工 （1）首先分段加工钢管 （2）现场拼装钢管拱 （3）灌注管内混凝土
管内混凝土的灌注—形成钢管混凝土拱肋， 钢管主拱吊装焊接完成后，检测拱轴线和高程符 合设计要求后即可进行管芯砼的浇注。主拱肋内 砼灌注采用泵送顶升法，自两端拱脚一次对称压 注至拱顶。施工流程是：清洗管内污物→人工浇 捣拱脚封底砼→润湿内壁→安设压注口和砼闸阀 →压注砼→从拱顶排气孔溢出部分砼→从拱顶排 气孔振捣混凝土→关闭压注口闸阀稳定→拆除闸 阀完成压注。