钢管混凝土拱桥

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钢管混凝土拱桥的构造
钢管混凝土拱肋——吊杆
Ø 锚固在拱肋的吊杆锚具。
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钢管混凝土拱桥的构造
钢管混凝土拱肋构件的节点与连接——基本要求
Ø 连接节点必须满足强度、刚度、稳定性要求。 Ø 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。 Ø 钢管混凝土的连接设计必须保证可靠地传递内力。
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钢管混凝土拱桥的计算
计算方法
Ø 设截面在形成过程中，各阶段产生弯矩ΔM1、 ΔM2，各阶段截面惯矩Ι1、Ι2、Ι（总惯矩）， 面积A1、A2、A（总） 。 Ø 内力叠加法
σ=
∑ N ± ( ∆M
A
1
+ ∆M 2 ) yt EI
Ø 应力叠加法
σ=
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∆N1 ∆M 1 y1 ∆N 2 ∆M 2 y2 + + + +K EI 2 A1 EI1 A2
Ø 钢管混凝土拱桥的受力与施工过程有关。 Ø 空钢管和未凝固的混凝土重力由空钢管承担，按钢 结构计算（强度、变形和稳定）。 Ø 混凝土凝固及强度提高后，混凝土与钢管一起受 力。 Ø 拱上建筑、二期恒载及活载均由钢管混凝土共同承 担。 Ø 混凝土考虑套箍效应影响的提高：钢管混凝土的承 压能力比一般混凝土提高150％－175％，应考虑提 高的影响。
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钢管混凝土拱桥的构造
实例——广东南海三山西大桥计算特点
Ø 主跨、边跨及基础作为整体建模计算，考虑基础水平抗 力。 Ø 计算考虑了混凝土收缩、徐变、温度变化、基础不均匀 沉降、水平位移的影响内力。 Ø 采用美国Nastran程序计算了5种工况的空间稳定分析， 安全系数大于4 。
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钢管混凝土拱桥的构造
实例——武汉长丰大桥
Ø 2001年，主跨240m，宽31m 。
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钢管混凝土拱桥的构造
实例——武汉长丰大桥
Ø 2001年，主跨240m，宽31m 。
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钢管混凝土拱桥
Ø 概述 Ø 钢管混凝土拱桥的构造 Ø 钢管混凝土拱桥的计算 Ø 钢管混凝土拱
钢管混凝土拱桥的形成过程
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钢管混凝土拱桥
Ø 概述 Ø 钢管混凝土拱桥的构造 Ø 钢管混凝土拱桥的计算 Ø 钢管混凝土拱桥的施工
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钢管混凝土拱桥的施工
混凝土拱桥施工方法——就地浇注法
Ø 就地浇注法就是把拱桥主拱圈混凝土的基本施工工 艺流程（立模、扎筋、浇注混凝土、养护及拆模 等）直接在桥孔位置完成。 Ø 就地浇注法分为有支架施工法和悬臂浇注法。
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概述
钢管混凝土的缺点
Ø 钢管的接头连接存在的缺陷。 Ø 钢管内灌注混凝土的密实度问题。 Ø 钢管的养护问题。 Ø 钢管混凝土的动力性能及疲劳性能。
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概述
钢管混凝土拱桥的建造情况
Ø 1930年苏联建造了世界上第一座钢管混凝土拱桥。 Ø 1963年我国将钢管混凝土用于北京地铁车站工程。 Ø 1991年我国建成了第一座钢管混凝土拱桥－115米 的四川旺苍大桥。 Ø 2000年主跨360米的广州丫髻沙大桥是转体施工的 世界最大跨度钢管混凝土拱桥。 Ø 2004年主跨460米的重庆巫山巫峡长江大桥是当时 世界上最大跨度的钢管混凝土拱桥。
实例——广东南海三山西大桥
Ø 桥址地质较差，桥型选用45＋200＋45米飞燕式钢管混 凝土系杆拱，矢跨比1/4.5，桥面宽28米，四条快车 道、两条慢车道及人行道，设计荷载汽车－20级，挂车 －100，人群－3.5kN/m2。
主拱横断面
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钢管混凝土拱桥的构造
实例——广东南海三山西大桥结构特点
Ø 拱肋为钢管混凝土桁架结构，主跨拱肋高3.5m，由4根 750x10mm钢管组成空间桁架结构，内填C40混凝土。 上弦和下弦之间用10mm厚钢板连接，内填C40混凝 土，腹杆为350x10mm的15Mn空钢管。 Ø 吊杆间距5米，每根吊杆144根直径5mm平行钢丝束， 两端墩头锚，安全系数3倍。 Ø 系杆用600股钢绞线置于主桥面上，边跨张拉力传到主 跨拱脚以平衡推力。 Ø 两拱肋间设9道横撑，每道横撑为4根500x12mm钢管桁 架，宽2米。 Ø 主桥桥墩采用12根直径150厘米的钻孔灌注桩。
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钢管混凝土拱桥的计算
计算方法
Ø 内力叠加法：各施工阶段的内力直接迭加，不考虑 拱圈截面的形成过程，最后应力以全截面的EA、 EI 表达，截面应力保持一条直线。 Ø 应力叠加法：考虑拱圈截面逐步形成，应力在截面 上的迭加历史不同，分阶段计算应力，此时截面上 的应力曲线是阶梯形，有突变。 Ø 采用有限元建模计算，对于钢管混凝土采用“应力 叠加法”更符合实际。
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钢管混凝土拱桥的计算
钢管混凝土材料性能
Ø 钢管混凝土的徐变折减系数Kc 钢管混凝土受轴压及偏心距小于0.3的偏压， 将组合强度设计值乘以混凝土徐变影响系数， Kc=0.75~0.9，查表。 Ø 钢管混凝土组合抗弯弹性模量和组合剪切模量
Esc , m = k2 Esc , G sc = k3 Esc k2、k3 为系数
钢管混凝土拱桥的计算
合成法确定钢管混凝土的基本性能
Ø 分别用钢管和核心混凝土在轴心力作用下的本构关 系，运用平衡条件和变形协调条件将两者的本构关 系合成钢管混凝土的组合关系，自然包含了套箍效 应。 Ø 钢管混凝土弦杆组合轴压强度设计值
f sc = (1.212 + Bξ 0 + Cξ 02 ) f c B = 0.176 f y / 235 + 0.974, C = −0.104 f ck / 20 + 0.031, ξ 0 = α s f / f c , ξ 0 为套箍系数, f 、f c 为钢材和混凝土的抗压设计强度, f y、f ck 为钢材屈服强度和混凝土强度标准值, α s 为含钢率。
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钢管混凝土拱桥的构造
风撑（横撑）
Ø 主要设置于拱顶、拱脚、桥面系处加强横向联系， 保证结构稳定性。
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钢管混凝土拱桥的构造
风撑（横撑）
Ø 横撑多采用钢管桁架，钢管可空心，也可填实。
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钢管混凝土拱桥的构造
风撑（横撑）
Ø 横撑在拱脚多采用K撑或X撑，获得较好稳定性， 桥面系上采用直撑、K撑或H撑。
Ø 2001年，主跨238米。
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钢管混凝土拱桥的构造
实例——浙江铜瓦门大桥
Ø 2001年，主跨238米。
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钢管混凝土拱桥的构造
实例——合川嘉陵江大桥
Ø 2000年，130＋200＋130米。
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钢管混凝土拱桥的构造
实例——合川嘉陵江大桥
Ø 2000年，130＋200＋130米。
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钢管混凝土拱桥的构造
轴心受压：N ≤ ϕf sc Asc 轴心受拉：N ≤ 1.1 f s As N Mf s + ≤ fs 拉弯： 1.1As γ mWsc f sc ϕ根据λ = 4l0 / D查表
Ø 格构式钢管混凝土构件承载力计算
轴心受压：N ≤ ϕf sc Asc ϕ为格构换算长细比λ0 y , λ0 x 相应的稳定系数 腹杆受剪：Q = ∑ f sc Asc / 85
Ø 钢管混凝土组合抗剪强度设计值
Q 1.5 f sc = (0.385 + 0.25α s )ξ 00.125 f sc
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钢管混凝土拱桥的计算
钢管混凝土拱肋桁架在管内混凝土硬化前的计算
Ø 合拢前按悬臂钢结构计算。 Ø 合拢后可按无铰拱钢结构计算。
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钢管混凝土拱桥的计算
钢管混凝土拱肋承载力计算
Ø 单肢钢管混凝土构件承载力计算
钢管混凝土拱肋构件的节点与连接 ——格构式拱肋腹杆、系梁布置与连接构造
Ø 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。
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钢管混凝土拱桥的构造
钢管混凝土拱肋构件的节点与连接
Ø 格构式拱肋缀条的节点构造。
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钢管混凝土拱桥的构造
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钢管混凝土拱桥的构造
钢管混凝土拱桥的基本组成
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钢管混凝土拱桥的构造
钢管混凝土拱肋——截面
Ø 拱肋横截面：单肋型、双肢亚玲型、四肢格构型、 三角形格构型、集束型等。
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钢管混凝土拱桥的构造
钢管混凝土拱肋——钢管
Ø 采用16Mn钢、15Mn钢或A3钢，无缝钢管或钢板卷 制加工均可，厚度不宜小于12mm 。 Ø 钢管与混凝土面积之比称为含钢率，不宜小于5 ％，否则不能发挥套箍作用，也不宜大于10％，以 免浪费钢材。 Ø 焊缝采用螺旋焊接(也可采用直缝)，必须符合质量 检验标准，需进行超声波检测或x射线检测。
钢管混凝土拱桥
钢管混凝土拱桥
Ø 概述 Ø 钢管混凝土拱桥的构造 Ø 钢管混凝土拱桥的计算 Ø 钢管混凝土拱桥的施工
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概述
钢管混凝土
Ø 钢管混凝土是空钢管内填充混凝土而形成的一种复 合材料。 Ø 混凝土增强了钢管壁的稳定性。 Ø 钢管对混凝土形成套箍作用。
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概述
钢管混凝土的优点
Ø 钢管混凝土复合体具有强度高、延性好、质量轻、 耐疲劳、抗冲击等。 Ø 与钢筋混凝土相比较，钢管混凝土省去支模、拆模 等工序。 Ø 钢管相当于钢筋，具有纵向钢筋和横向箍筋的作 用，既能受压又能受拉。 Ø 与钢筋混凝土相比较，钢管混凝土可节省材料约 50％。
实例——广东南海三山西大桥施工特点
Ø 支架浇注边跨半拱。 Ø 拱肋制作：冷弯卷制拱肋钢管，放半拱大样焊接， 每肋分7段制作。 Ø 无支架吊装拱肋。 Ø 系杆安装：拱肋合拢后安装横撑，穿系杆钢绞线， 安装张拉设备。 Ø 浇注拱肋混凝土，安装桥面系，同步张拉系杆。
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钢管混凝土拱桥的构造
实例——浙江铜瓦门大桥
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概述
钢管混凝土拱桥的建造情况
排序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 桥名 巫山长江大桥 广州丫髻沙大桥 南宁永和邕江大桥 重庆奉节梅溪河大桥 湖北江汉三桥 南宁三岸邕江大桥 重庆高家花园嘉陵江大桥 湖北秭归青于河大桥 湖北江汉五桥 浙江铜瓦门大桥 广珠线河口大桥 广西六景邕江大桥 四川眉山岷江大桥 四川绵阳洪江大桥 广东南海三山西大桥 杭州钱塘江四桥 郑州黄河二桥 四川旺苍东河大桥 115 1990 主 跨 460 360 338 288 280 270 270 256 240 238 224 220 206 202 200 2001 在建 拟建 1999 2002 1997 1995 2002 广西区交通勘测设计院 四川省公路规划设计院 四川省公路规划设计院 广东省公路勘测设计院 杭州城 建设计院 河南省交通勘测设计院 第一座钢管混凝土拱桥 建成 2004 2000 拟建 2002 2001 1998 2001 铁道部大桥局设计院 广西区交通勘测设计院 重庆市政设计院 铁道部大桥局设计院 湖北省交通规划设计院 浙江省交通设计院 铁道部专业设计院 广西区交通勘测设计院 设计单位 世界记录 1 2
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钢管混凝土拱桥的施工
混凝土拱桥施工方法——整体安装法
Ø 拱肋从平卧至竖立的翻转过程中，应将此两个起吊 点视为作用于其上的垂直集中力来验算此曲梁的刚 度和强度。 Ø 在竖向吊运过程中，需验算吊点截面的强度。 Ø 当两吊点间距较近时，需验算系杆是否出现轴向压 力及其面外稳定性。
N Mβ m Q 2 压弯剪同时： + ( )1.4 + ( ) ≤1 Q ϕAsc f sc Wsc (1 − ϕN / N E ) f sc Asc f sc
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钢管混凝土拱桥的计算
钢管混凝土拱肋承载力计算
Ø 缀条或缀板计算：按腹杆受剪计算。 Ø 钢管混凝土拱桥的变形计算：采用电算。 Ø 钢管混凝土拱桥稳定性计算：采用电算。
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钢管混凝土拱桥的构造
钢管混凝土拱肋构件的节点与连接
Ø 拱肋弦杆连接构造常采用法兰盘，螺栓孔对位准确 相连。
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钢管混凝土拱桥的构造
钢管混凝土拱肋构件的节点与连接 ——拱肋弦杆与拱座连接
Ø 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。
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钢管混凝土拱桥的构造
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钢管混凝土拱桥的构造
钢管混凝土拱肋——混凝土
Ø 宜选用高标号混凝土，与含钢率匹配，发挥套箍作 用。 Ø 加入减水剂和膨胀剂、加入粉煤灰降低水化热、减 少水泥用量以减少收缩。 Ø 钢管混凝土结构的主要参数——套箍指标：
As f s / Ac f c = 0.3 ~ 3.0
Ø 套箍指标小于0.3，套箍能力不足造成脆性破坏， 套箍指标大于3，会产生塑性变形。
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概述
1991年115米的四川旺苍大桥
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概述
主跨360米的广州丫髻沙大桥
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概述
2004年7月建成的主跨460米的重庆巫峡长江大桥
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概述
2001年建成的主跨288米的重庆奉节梅溪河大桥
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概述
绵阳涪江三桥
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概述
武汉晴川大桥
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钢管混凝土拱桥
Ø 概述 Ø 钢管混凝土拱桥的构造 Ø 钢管混凝土拱桥的计算 Ø 钢管混凝土拱桥的施工