钢管混凝土拱桥技术规程施工组织设计.doc

钢管混凝土拱桥技术规程施工组织设计第一篇 总论1 总则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。1.2 本规程适用于以圆形钢管内浇筑混凝土为拱肋的钢管混凝土拱桥。1.3 本规程适用于本省各级市政与公路工程钢管混凝土拱桥的设计、施工与养护。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/T50283-1999、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混凝土结构技术规程DBJ 13-51-2003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GBJ132-90和道路工程术语标准GBJ124-88的规定采用。1.5 钢管混凝土拱桥中的桥道系、墩台与基础等钢结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、圬工结构的设计计算与验算，应符合公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ025-86、公路圬工桥涵设计规范JTG D61-2005、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JTG D63-2007等规范的要求。结构抗震设计应采用公路桥梁抗震设计细则JTG/T B02012008。材料和施工质量验收应符合钢结构工程施工质量验收规范GB 50205-2001、混凝土结构工程施工质量验收规范GB 50204-2002以及公路工程质量检验评定标准JTG F80/1-2004的要求。1.6 本规程中未明确部分应遵守现行有关的国家标准和行业技术规范的规定。1.7 对有特殊要求和在特殊环境条件下的钢管混凝土拱桥设计与施工，尚应符合专门规范的规定要求。1.8 本规程共分3篇18个章节，主要技术内容包括：钢管混凝土拱桥的设计、施工及养护。1.9 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，使用本规程时应探讨使用下列标准最新版本的可能性：1、 公路工程结构可靠度设计统一标准GB/T50283-19992、 公路工程技术标准JTG B01-20033、 公路桥涵设计通用规范JTG D60-20044、 城市桥梁设计准则 CJJ11-935、 城市桥梁设计荷载标准 CJJ77-986、 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62-20047、 公路圬工桥涵设计规范 JTG D61-20058、 公路桥涵地基与基础设计规范JTG D63-20079、 公路桥涵钢结构及木结构设计规范 JTJ025-8610、公路斜拉桥设计细则JTG/T D65-01200711、公路桥梁抗震设计细则JTG/T B0201200812、公路桥涵施工技术规范JTJ 041-200013、钢管混凝土结构技术规程DBJ 13-51-200314、钢结构工程施工质量验收规范 GB 50205-200115、混凝土结构工程施工质量验收规范 GB 50204-200216、公路工程质量检验评定标准 JTG FS0/1-200417、公路桥涵养护规范JTGH11200418、城市桥梁养护技术规范CJJ 992003、J 281200319、工程结构设计基本术语和通用符号GBJ132-9020、道路工程术语标准GBJ124-882 术语2.1 钢管混凝土 Concrete Filled Steel Tube (CFST)在钢管内浇筑混凝土并由钢管和管内混凝土共同承担荷载的构件。2.2 核心混凝土（管内混凝土） Concrete Core浇注在钢管内的混凝土。2.3 钢管混凝土拱肋 CFST Arch Rib 主要受力截面为钢管混凝土的拱肋。2.4 钢管拱肋Steel Tubular Arch Rib施工过程中管内未填筑混凝土的钢管拱肋。2.5 钢管混凝土拱桥 Concrete Filled Steel Tubular Arch Bridge 以钢管混凝土拱肋为主要受力结构的拱桥。2.6 单圆管拱肋Single Tube Arch Rib拱肋截面为单根钢管混凝土截面的拱肋。2.7 哑铃形拱肋 Dumbbell Shape Arch Rib拱肋截面为上下两个单圆钢管和两块联接钢板组成哑铃形截面且上下圆钢管内填筑有混凝土的拱肋。2.8 桁式拱肋 Truss Arch Rib拱肋由上下钢管混凝土弦杆通过钢管腹杆组成桁式受力结构的拱肋。2.9 钢管混凝土格构柱 CFST Laced Column由若干钢管混凝土主肢和空钢管缀件组成的柱子。2.10 刚架系杆拱Rigid-Framed Tied Arch拱肋与桥墩固刚结，以柔性系杆的预应力（主动平衡力）来平衡拱的推力的结构。2.11 下承式刚架系杆拱 Rigid-Framed Tied Through Arch全部桥面系悬挂在拱肋以下的刚架系杆拱。2.12 带悬臂半拱中承式刚架系杆拱（飞鸟式拱）Rigid-Framed Tied Half-Through Arch with cantilever half-arch (Fly-bird-type Arch)由多跨组成，主跨为中承式，两边跨为上承式悬臂半拱，系杆锚固在边跨端部的刚架系杆拱。2.13 组合轴压强度 Composite compressive strength钢管混凝土组合截面所能承受的最大名义压应力。2.14 组合抗剪强度 Composite shear strength钢管混凝土组合截面所能承受的最大名义剪应力。2.15 组合轴压弹性模量 Composite compressive modulus of elasticity钢管混凝土组合截面在单向受压，且其纵向名义应力与应变呈线性关系时，截面上名义正应力与对应的正应变的比值。2.16 组合弹性抗弯刚度 Composite bending stiffness of elasticity钢管混凝土构件的曲率与截面弯矩近似呈线性关系时，截面弯矩与曲率的比值。2.17 套箍（约束效应）系数 Hooping (Constraining) Coefficient反映钢管混凝土组合截面的几何特征和组成材料的物理特性的综合参数，标准值用表示，；设计值用表示，。2.18 钢管初应力（初应力）Initial Stress of Steel Tube (Initial Stress)由于钢管构件先于管内混凝土施工，在钢管混凝土组合截面形成前钢管中的应力。3 符号3.1 作用和作用效应弯矩设计值；轴向力设计值；均布极限荷载；剪力设计值；作用（或荷载）效应的组合设计值；构件承载力设计值。3.2 材料指标钢材线膨胀系数；钢管混凝土组合轴压刚度；钢管混凝土组合弹性抗弯刚度；混凝土弹性模量；钢材弹性模量；钢管混凝土组合弹性模量；EAscm钢管混凝土截面轴压设计刚度；EIscm钢管混凝土截面抗弯设计刚度；混凝土轴心抗压强度设计值；混凝土轴心抗压强度标准值；材料强度设计值；钢材的抗拉、抗压、抗弯设计强度；钢管混凝土组合轴心受压强度设计值；当脱粘率不大于1.2%时钢管混凝土组合轴心受压强度设计值；钢管混凝土组合抗剪强度设计值；混凝土轴心抗拉强度设计值；混凝土轴心抗拉强度标准值；钢材的屈服强度；钢管初应力；混凝土剪切变形模量；钢材剪切变形模量；欧拉临界力；轴向压力组合设计值；单管截面钢管混凝土轴心受拉构件的承载力；格构式（桁式）钢管混凝土轴心受压构件的整体承载力；哑铃型截面钢管混凝土轴心受压构件的承载力；哑铃型钢管混凝土构件承受压力、弯矩共同作用时的承载力；单管钢管混凝土轴心受压短柱的极限承载力；腹板的极限承载力；等效柱的极限承载力；交变冲剪力幅值；轴向负荷时，支杆公称应力的交变幅值；平面内交变弯曲应力的幅值；平面外交变弯曲应力的幅值；名义应力幅；钢管混凝土节点确定疲劳寿命的全疲劳应力幅；空钢管节点相同疲劳寿命时的全应力幅；钢材的密度；混凝土的泊松比；钢材的泊松比。3.3 几何参数格构柱肢截面换算面积；一个节间内各平腹杆面积之和；钢管内混凝土的截面面积；一个节间内各斜腹杆面积之和；钢腹板的面积；钢管的截面面积；钢管混凝土构件的组合截面面积；单根柱肢中心到虚轴y-y的距离；单根柱肢中心到虚轴x-x的距离；钢管外径；钢管内径；偏心距；界限偏心率；拱的矢高；桥道系以上拱肋的矢高钢管混凝土拱桥的一阶竖向频率；钢管混凝土拱桥面内一阶频率；h格构柱的柱枝间距离；拱肋截面高度；钢管混凝土截面回转半径；混凝土截面惯性矩；钢管截面惯性矩；钢管混凝土组合截面惯性矩；构件长度或拱跨径；构件的计算长度或拱的净跨径；构件的计算长度；构件对X轴的计算长度；构件对Y轴的计算长度；柱肢节间距离；钢管混凝土截面半径；拱轴线长度；钢管壁厚或混凝土初凝时间；拱肋两节段间折角；杆件中心线的夹角；钢管混凝土组合截面弹性抵抗矩；支杆对主杆的相对厚度几何参数；支杆间隙；支杆直径；几何参数设计值。3.4 计算系数及其它截面的含钢率（）；弦杆椭圆系数；抗压刚度计算中混凝土刚度的折减系数；抗弯刚度计算中混凝土刚度的折减系数；钢管初应力度（，为钢材的初始应力）；等效弯矩系数；、钢管混凝土的约束效应系数设计值、标准值；构件偏心率（）；柔度系数；钢管混凝土拱桥汽车荷载冲击系数；换算长细比材料修正系数；桥梁结构重要性系数；构件截面抗弯塑性发展系数；构件截面抗剪塑性发展系数；混凝土刚度折减系数轴心受压稳定系数；哑铃型轴压构件稳定系数；轴心受压格构柱稳定系数；偏心率折减系数；构件长细比；构件的换算长细比；单肢一个节间的长细比；整个构件对X轴的长细比；整个构件对Y轴的长细比；构件在x-x和y-y方向换算长细比的较大值；弹性失稳界限长细比；等效梁柱的长细比；临界长细比；混凝土徐变折减系数；荷载系数；行车道系数；钢管混凝土脱粘折减系数，可取0.97；换算长细比系数；简化算法中，拱考虑矢跨比因素的承载力折减系数；拱考虑初始缺陷因素的折减系数；钢管混凝土构件承载力的初应力度影响系数；拱轴系数；格构柱肢数；给定名义应力幅度下作用的循环次数；给定名义应力幅度下循环次数允许值；响应速度的最大值；振动大小水平；振动大小；输送泵的额定速度；要求灌注的混凝土量；钢管混凝土拱桥的桥面平整度。 4 材料4.1 混凝土4.1.1 钢管混凝土拱肋管内混凝土可采用普通混凝土或高强高性能混凝土，其等级一般为C30C60。4.1.2 管内混凝土应具有低水灰比、高流动性、低收缩、低水化热、缓凝、早强等特点。宜掺适量减水剂。4.1.3 混凝土轴心抗压强度标准值、轴心抗压强度设计值、轴心抗拉强度标准值、轴心抗拉强度设计值、弹性模量应按表4.1.3采用。混凝土的剪变模量可按表4.1.3中弹性模量的0.4倍采用，混凝土的泊松比可采用为0.2。表4.1.3 混凝土强度和弹性模量 （MPa） 强度种类强度等级 抗压强度抗拉强度弹性模量标准值设计值标准值设计值C3020.113.82.011.393.00104C4026.818.42.401.653.25104C5032.422.42.651.833.45104C6038.526.52.851.963.601044.2 钢材4.2.1 钢管和其它承重结构钢材宜采用B级或B级以上级别的Q235钢、Q345钢或Q390钢，钢材的质量应符合相应的现行国家标准和相关规定。4.2.2 钢管可采用卷制焊接管或无缝钢管。当钢管直径超过600mm时宜采用卷制焊接管。4.2.3 钢材的主要强度指标应按表4.2.3采用。表4.2.3 钢材的强度设计值 （MPa）钢材抗拉、抗压、抗弯屈服强度钢号组别厚度或直径(mm)Q235第1组16195235第2组1640185225第3组4060180215Q345第1组16285345第2组1635270325第3组3550245295Q390第1组16325390第2组1635310370第3组35502903504.2.4 钢材的物理性能指标可按表4.2.4采用。表4.2.4 钢材的物理性能指标弹性模量（）剪变模量（）线膨胀系数（/0C）密 度（）泊松比2.061057.91041.210-57.851030.34.3 钢管混凝土4.3.1 钢管与管内混凝土的匹配可参照下列材料组合：Q235钢宜配C30或C40级混凝土；Q345钢宜配C40、C50或C60级混凝土，Q390钢宜配合C60及C60以上混凝土。4.3.2 钢管混凝土组合轴心受压强度设计值应按下式计算： (4.3.2-1) (4.3.2-2)式中： 钢管的截面面积； 核心混凝土的截面面积； 钢管混凝土的约束效应系数设计值，见式（4.3.2-2）； 钢材的抗压设计值； 混凝土的轴心抗压强度设计值。 采用第一组钢材的值应由式（4.3.2-1）计算。采用第二组、第三组钢材的值应将式（4.3.2-1）计算值乘以换算系数0.96后确定。 4.3.3 对钢管混凝土轴压构件和偏心率0.3的偏压构件，其承受永久荷载引起的轴压力占全部轴压力的30 及以上时，应将组合轴压强度设计值乘以混凝土徐变折减系数，可按表4.3.3-1取值。表4.3.3-1 徐变折减系数构件长细比永久荷载所占比例(%)305070及以上50700.900.850.80701200.850.800.75注：表内中间值可采用插入法求得。构件的长细比可按式（4.3.3）计算： （4.3.3）式中，L0为构件的计算长度，其计算方法见表4.3.3-2；D为钢管外径。表4.3.3-2 拱肋的等效计算长度拱的两端结合情况计算长度三铰拱0.58Sg双铰拱0.54Sg无铰拱0.36Sg注：Sg为拱轴线长度。4.3.4 钢管初应力（简称初应力）是指先期架设的钢管拱肋在形成钢管混凝土拱肋之前所受到的应力。初应力度定义为： （4.3.4）式中：钢管初应力，可取拱脚截面的初应力平均值；钢材的屈服强度。4.3.5如果设计计算中不考虑初应力对构件承载力的影响，可限制初应力度小于0.3。如果在设计计算中考虑了初应力度对极限承载力降低的影响，则对初应力度可以不加限制。4.3.6 考虑初应力影响的钢管混凝土轴压强度，可以通过将组合轴压强度设计值乘上钢管初应力度影响系数来考虑，的计算公式如下式所示。（4.3.6）当时， 当时， 当时，当时，式中：构件的计算长细比，可按式（4.3.3）取值；弹性失稳界限长细比（其值对应三种钢号Q235、Q345及Q390分别为100、80和75）；构件偏心率。4.3.7 应考虑脱粘钢管混凝土承载力的影响。当脱粘率大于1.2时，应进行修补混凝土脱粘缺陷设计。当脱粘率不大于1.2时，钢管混凝土的承载力的可按下式计算：式中：钢管混凝土脱粘折减系数，可取0.97，4.3.8 钢管混凝土组合抗剪强度设计值应按式（4.3.8）计算： （4.3.8）式中，钢管混凝土截面的含钢率，。采用第1组钢材的应按式（4.3.8）计算。采用第2、第3组钢材的值应按式（4.3.8）的计算值乘换算系数后确定。第二篇 钢管混凝土拱桥的设计5 结构设计5.1 结构体系5.1.1 钢管混凝土拱桥主要结构体系有（有推力）上承式（图a）、（有推力）中承式（图b）、拱梁组合体系（图c）、下承式刚架系杆拱（图d）和带悬臂半拱的中承式刚架系杆拱（飞鸟式，图e）等五种和其它体系。 (a)上承式 (b)中承式 (c) 拱梁组合体系 (d) 下承式刚架系杆拱 (e)飞鸟式图 5.1.1常见的钢管混凝土拱桥结构体系5.1.2 钢管混凝土拱桥设计，必须确保结构和构件满足强度、刚度、稳定性和耐久性要求。5.1.3 设计中应提出主结构的施工方法、主要施工步骤，明确结构体系转换的顺序及应采取的相应措施。5.1.4 处于雷区的钢管混凝土拱桥，拱肋设计时应设置避雷设施。5.1.5 钢管混凝土拱桥的设计应考虑检修与维护的需要。吊杆、系杆等易损构件应进行可检查、可更换性设计。对于大跨径桥梁的拱肋、钢桥面系和钢混凝土组合桥面系应有检修通道与设施的设计。5.1.6 地质、地形条件许可时宜选择有推力的拱。无推力的柔性系杆拱宜慎用。5.1.7 钢管混凝土拱常用的矢跨比，上承式为1/51/6，中承式为1/3.51/5，下承式为1/4.51/5.5。5.1.8 钢管混凝土拱常用的拱轴线，上承式为拱轴系数m为1.22.8的悬链线，中承式为拱轴系数m不大于1.9的悬链线或抛物线，下承式为拱轴系数m不大于1.5的悬链线或抛物线。5.1.9 三跨飞鸟式钢管混凝土拱桥，常用的几何参数如下：边孔与中孔跨径之比取值为0.1790.424；边孔与主孔的矢高之比为1/3.51/4.5；边孔矢跨比与主孔矢跨比之比为1/1.161/2；主拱拱肋截面高度与主跨跨径之比为0.01090.0263。5.1.10 中承式拱桥的桥道系位置f1/f（f1为桥道系以上拱肋的矢高，f为拱肋的总矢高）一般宜在0.650.57之间；从协调美观的角度出发，宜优先考虑0.618的黄金分割比例。5.1.11 提监拱的拱肋内倾角以50100为宜。5.1.12 单肋拱、无风撑拱的拱肋应有较大的横向抗弯和抗扭刚度，结构整体应有足够的横向稳定性。5.2 主拱结构5.2.1 钢管混凝土拱肋的截面形式主要根据跨径、桥宽与车辆荷载等级进行选择。常用的截面形式有单管、哑铃形和桁式（包括多肢桁式和横哑铃式），如图5.2.1所示。当跨径小于120m时，宜选用哑铃式；当跨径大于120m时，宜选用桁式。 (a)单圆式 (b)哑铃式 (c)哑铃式(d)三肢式 (e)四肢式 (f)横哑铃式 (g)混合式图5.2.1 钢管混凝土拱肋截面类型5.2.2 拱肋钢管直径一般随主拱跨径增大而增大，常用直径为600mm1200mm。对于跨度大于300m的特大跨径桥梁，其拱肋截面形式及钢管直径应特殊考虑。5.2.3 拱肋钢管的壁厚不宜小于12mm，钢管的外直径与壁厚之比宜在35 D/t90（235/fy）范围内选用，约束效应系数设计值不宜小于0.60，常用的截面含钢率s宜在0.050.08之间。5.2.4 钢管混凝土拱桥拱肋截面的高、宽尺寸的拟定，应充分考虑主拱跨径及拱肋片数的影响。对于采用单管截面钢管混凝土拱桥，跨度不般不宜超过80m，肋高可选择0.6m0.8m。5.2.5 对于跨度不大于300m、采用哑铃形或多肢桁式截面的的桥，拱肋截面高度尺寸可按式（5.2.5）进行初步估算： （5.2.5）式中：H 拱肋高度（m）；L0 拱肋净跨径（m）；k1 荷载系数，对公路II级为0.9，对公路I级为1.0。k2行车道系数，当设计车道为2或3行车道时可取0.9，当设计车道为4行车道时可取1.0；当设计车道为6行车道时可取1.1。5.2.6 哑铃形截面的弦管管径可取0.37H0.45H（H为拱肋高度）。等高度桁架式截面的拱肋宽度可采用0.6H0.5H，弦管直径可采用0.23H0.19H，随拱肋高度的增大而取用低值。采用变高度桁式截面的拱桥，拱顶截面高度可初步取为式（5.2.5）计算值的0.8倍，拱脚截面高度可初步取为式（5.2.5）计算值的 1.4倍1.5倍。5.2.7 哑铃形拱肋，应对吊杆处的腹板进行加劲。当腹腔内没有填充混凝土时，腹板应有加劲的构造措施，以保证腹板的局部稳定。5.2.8 桁式拱肋的腹杆、平联一般采用空钢管，支管面积不应小于1/4主管面积，支管直径与主管直径的比值宜控制在0.350.6之间，支管壁厚与主管壁厚的比值宜大于0.55，且支管壁厚不应大于主管壁厚。主管与支管之间的夹角宜控制在30 60之间。对于受力较大的腹杆，可采用钢管混凝土构件。5.2.9 多于两管的桁式拱肋，钢管的横向联系可采用钢管平联（组成全桁截面）或钢板（组成横哑铃形）。5.2.10 桁式拱肋宜在吊杆、立柱处等截面处设置斜向联结构件，以增强其抗扭刚度。5.2.11 桁式拱肋弦杆与腹杆的节点构造应以传力明确、构造简单、整体性好、安全可靠、节约材料和方便施工为原则。常用的节点构造见图5.2.11，它应符合下列规定：1）、弦杆和腹杆应直接焊接，腹杆不得穿入弦杆。2）、相邻的腹杆端部净距不得小于50mm。3）、腹杆轴线宜交于节点中心，当不能满足时，允许腹杆轴线不交于弦杆轴线，但偏心距e0不得大于D/4。同时，任意两钢管之间的夹角不得小于30。 (a) (b)图5.2.11 多肢桁式拱肋截面的弦、腹杆连缀节点5.2.12 除了无风撑拱和单肋拱，拱肋间宜设置适当数量的横撑，以保证拱的横向稳定性。横撑一般采用空钢管结构，常用的横撑有一字式、K式、X式、米字式等。横撑的构造与拱肋截面相适应，常用的有单圆管、哑铃形、单片桁式或空间桁式。5.2.13 对于上承式和中承式拱桥，拱脚段拱肋横向之间可设置剪刀撑，以加强横向稳定性；下承式拱的端横梁除要满足横梁受弯的需要外，还应对拱肋提供足够大的抗扭刚度；中承式拱的桥面与拱肋交界处风撑，可采用该处的横梁，也可以单独设立。5.2.14 分段安装的拱肋，各拱段接头间应设置临时定位构件。拱肋钢管对接时，宜采用与母材等强度的焊缝连接；作为节段间的临时连接，可采用内法兰盘配螺栓连接或其他可靠方式连接。采用法兰盘连接时，法兰盘应为带孔板，使管内混凝土保持连续。5.2.15 钢管混凝土拱肋施工时应在空管阶段完成合龙。为便于拱段准确对位，必要时可在前段拱肋钢管端部设置导向管，导向管伸出长度不宜大于50mm。5.2.16 对于大跨度钢管混凝土拱桥的拱肋，为便于使用期间的检查和养护维修，宜设置检修通道。5.3 防腐设计5.3.1 钢管混凝土拱桥应考虑钢管拱肋和其它金属结构的防腐措施，以保证桥梁结构在运营期间的安全性和耐久性。5.3.2灌注混凝土的钢管和使用期间内壁封闭的空钢管内壁，一般可以不设专门防腐体系。钢管外壁的防腐体系应依据桥位处的大气腐蚀环境，按涂层的防腐年限、维修周期和涂装工艺的可靠性来确定。钢管拱肋防腐涂装的设计使用年限应不小于10 年20年。5.3.3涂装设计除应指明涂料体系、各涂层厚度、材料要求、除锈等级要求及方法等技术指标外，还应给出不同涂装体系（钢管外表面、内表面和其它钢构件）的表面积，以便工程量与造价计算。5.3.4 钢管拱肋外表面宜优先采用热喷涂金属防腐体系，也可采用重防腐涂料体系。热喷涂金属体系宜采用电弧喷涂锌、铝及其合金。重防腐涂料体系宜以富锌漆（无机富锌、环氧富锌漆）为底漆。5.3.5 钢构件表面在涂装前应进行表面净化与粗化处理。钢构件表面除锈方法与表面粗糙度应与设计采用的涂装体系相适应。5.4拱座与立柱5.4.1拱座一般为钢筋混凝土结构。钢管混凝土无铰拱的拱脚与拱座必须充分连接，形成一体。对于单圆管或哑铃形拱肋，埋入长度应在一倍的拱肋高度以上。对于桁式拱肋，各弦杆埋入长度控制在弦杆管径的1倍以上为宜。为改善拱座的局部受力状况，宜在拱脚埋入段内钢管外缘设置螺旋箍筋，在拱座内拱脚截面下应设置2层4层分布钢筋网。5.4.2中、上承式钢管混凝土拱桥的立柱，可采用钢管混凝土构件或钢筋混凝土构件。5.4.3立柱与钢管混凝土拱肋与立柱盖梁要有可靠的联接。对于钢管混凝土立柱，其下端可接与拱肋钢管焊接固结，为便于安装可设置柱脚。上端可焊接于预埋在盖梁底的钢板。对于钢筋混凝土立柱，可通过钢筋伸入柱脚和盖梁的钢筋来锚固，钢筋伸入长度应满足锚固长度要求，钢筋截面积不应小于立柱混凝土计算截面积的0.4%。5.4.4对于钢筋混凝土立柱，其下端应通过其主筋与焊接于主拱肋上的钢板焊接，形成固结，上端与盖梁的连接可按一般钢筋混凝土构件处理。5.5吊杆与系杆5.5.1对于设置吊杆、系杆的钢管混凝土拱桥，除应考虑吊杆和系杆的防护措施和耐久性外，还应提出更换吊杆、系杆的具体措施。5.5.2为保证结构使用的安全性，建议吊杆安全系数取值大于2.5。如结构允许，宜采用双吊杆以便换索。5.5.3吊杆与系杆所用防护材料不得含有对钢材有腐蚀作用的成分。为便于日常检查和养护，吊杆的上下端锚具宜露出结构外。当锚具设置于结构内时，应考虑安装的空间、检查与养护的方便。为保证吊杆下端的防水，下预埋管应伸出桥面结构100mm150mm。5.5.4吊杆锚具宜采用冷铸锚；对外露的锚具部分应设防护罩；短吊杆锚端宜设可转动球铰。5.5.5系杆宜选用钢铰线系杆成品索，其索体可采用环氧喷涂钢铰线成品索体。5.5.6系杆锚具根据系杆长度可采用冷铸锚或可采用经过耐疲劳及强度试验证明其可靠性的预应力体系常规锚具，但应考虑防止退锚的措施。5.5.7系杆宜采用系杆箱防护。系杆箱应具有良好的防水性能。系杆的预埋管应伸出拱座结构150mm200mm。外露的系杆锚具部分应设置防护罩防护。5.6 桥道系5.6.1钢管混凝土拱桥桥道系以横梁支承桥面板（梁）为主，常见的桥面板（梁）有简支体系、连续体系和先简支后连续体系。5.6.2中下承式钢管混凝土拱桥的悬吊桥道系桥，不宜采用简支体系，宜采用连续体系或先简支后连续体系，且应设加劲纵梁；或采用纵横梁组成的整体结构。5.6.3刚架系杆拱的加劲纵梁与端横梁不宜固接；下承式刚架系杆拱和中承式拱的悬吊部分的桥道系，宜采取横向限位措施。5.6.4 中下承式钢管混凝土拱桥的悬挂桥道系部分，桥面板与横梁之间除伸缩缝处设支座外，其余以不设支座为宜。5.6.5 桥道系横梁可采用钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、钢混凝土组合结构。对于钢混凝土组合结构，应设置检查与养护设施。桥道系的纵梁（板）应以钢筋混凝土结构为主。6 设计计算规定6.1 一般规定6.1.1 钢管混凝土拱桥设计采用以概率理论为基础的极限状态设计，应考虑以下两类极限状态设计：1）承载能力极限状态：对应于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。在进行上述两类极限状态设计时，应同时满足构造和工艺方面的要求。6.1.2 对于不同种类的作用（或荷载）及其对桥梁的影响、桥梁所处的环境条件，设计中应考虑以下三种状况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。3）偶然状况：在桥梁使用过程中偶然出现的如罕遇地震的状况。仅作承载能力极限状态设计。6.1.3 钢管混凝土结构或构件之间的连接，以及施工安装阶段（混凝土浇注前和混凝土硬结前）的承载力、变形和稳定，应按钢结构进行设计。钢管混凝土拱桥中索结构部分，可参照斜拉桥的相关规定执行。6.1.4 钢管混凝土拱肋截面轴压设计刚度EAscm与抗弯设计刚度EIscm可分别按式(6.1.4-1) 和(6.1.4-2)计算： （6.1.4-1） （6.1.4-2）式中，、分别为抗压刚度和抗弯刚度计算中混凝土刚度的折减系数，可按表6.1.4采用。表6.1.4 钢管混凝土拱桥设计刚度取值建议钢管混凝土拱肋形式单圆管及哑铃形桁式内力、应力、动力特性1.01.00.41.0弹性屈曲与变形0.40.40.40.46.2 作用6.2.1 在采用本规范进行设计时，根据桥梁的性质和设计任务书的要求，有关作用的分类、组合以及结构重要性系数的确定，应符合公路桥涵设计通用规范JTG D602004或城市桥梁设计荷载标准CJJ 77-98中的要求。6.2.2 钢管混凝土拱桥设计中，作用效应组合应符合公路桥涵设计通用规范JTG D602004或城市桥梁设计荷载标准CJJ 77-98中的要求。6.2.3 钢管混凝土拱桥汽车荷载的冲击系数，可采用下式计算： （6.2.3）式中：为钢管混凝土拱桥的一阶竖向频率。6.2.4 地震力的计算应符合公路桥梁抗震设计细则JTG/T B02012008的要求。6.2.5 基准温度（合龙温度）在进行温降计算时，应取空钢管拱肋合龙后进行管内混凝土浇灌的当月的月平均温度加上4C5C作为计算合龙温度；在进行温升计算时则应以空钢管拱肋合龙后进行管内混凝土浇灌当月的月平均温度作为计算合龙温度。6.2.6 有效温度除有实测资料外，福建省内钢管混凝土拱桥的拱肋有效作用温度计算取值可按表6.2.6取用。表6.2.6 福建省最高、最低有效温度作用取值建议地区北部沿海南部沿海山区最低有效温度（）单圆管1.5（0.5）4（3）0.0（-1）哑铃形1.5（0.5）3.5（2.5）0.0（-1.0）桁式1.5（0.5）4（3）0.0（-1）最高有效温度（）单圆管深色涂层（红、灰）：当地极值高温浅色涂层（白、银白）：当地极值高温-3哑铃形深色涂层（红、灰）：当地极值高温浅色涂层（白、银白）：当地极值高温-2桁式深色涂层（红、灰）：当地极值高温浅色涂层（白、银白）：当地极值高温-3注：表中北部沿海指宁德与福州市的沿海地区，南部沿海指莆田、泉州、漳洲、厦门的沿海地区、其余为山区。弦管管径D0.75m时，最低有效温度取括号内的值。6.2.7 非线性温差计算钢管混凝土构件由于温度梯度引起的效应时，可采用图6.2.7的竖向温度梯度曲线，其表面的最高温度T规定见表6.2.7所示。对于钢管外径小于300mm的钢管混凝土构件和空钢管构件，可不计温度梯度影响。 图6.2.7 钢管混凝土径向温度梯度曲线图表6.2.7 钢管混凝土径向日照正温差计算的温度基数表钢管表面状况T1()T2()深色涂层228浅色涂层155注：深色包括红色、蓝色等；浅色包括白色、银白色等。6.3 施工计算6.3.1 钢管混凝土拱桥施工阶段的设计和计算内容应根据选用的施工方案确定。一般应包括如下内容：1）拱肋构件的运输、安装过程中的应力、变形和稳定计算；2）与拱肋形成有关的附属结构（如拱铰、扣点以及拱段接头等）的设计和计算；3）拱肋形成过程的施工程序设计及拱肋形成过程中自身的应力、变形和稳定计算；4）拱上结构或桥面系的加载程序设计与相应阶段的结构应力、变形和稳定计算；5）系杆拱分阶段预加力的设计和计算。6.3.2 进行施工计算时，必须计入施工中可能出现的实际荷载，包括架设机具和材料、施工人群、桥面堆载以及风力、温度变化影响力和施工临时荷载等。6.3.3 施工阶段应按弹性理论，采用应力叠加原则进行结构计算，按容许应力法进行应力控制。6.3.4 施工阶段的桥梁的力学计算模型及加载程序应与实际情况一致。进行结构分析时，应充分考虑拱肋形成过程中截面几何特性和材料特性的变化。6.3.5 施工阶段钢管拱肋应按空钢管进行验算，除其自身自重外，还应考虑混凝土达到设计强度前的自重和其它施工荷载。钢管拱肋的应力限值应符合公路桥涵施工技术规范JTJ 041-2000中钢结构施工的要求。6.3.6 施工阶段的设计应提出拱肋加载时对该拱肋已浇注混凝土的强度要求，一般要求不宜低于设计强度的80%。6.3.7 施工阶段的结构整体稳定，应依据施工阶段划分，逐阶段地进行验算。各阶段的整体结构弹性一类稳定荷载系数应不小于4.0。6.3.8 采用泵送顶压法浇注钢管内混凝土时，应对钢管的环向应力进行验算。对在钢管上开设临时孔洞，如灌浆孔、冒浆孔等应验算其强度，并采取必要的加强措施。6.3.9 施工加载程序设计应以使主拱肋受力均匀、避免剧烈的反复变形为原则。6.3.10 构件在吊装、运输过程中的重力荷载应乘以动力系数1.2或0.85，并视构件的具体情况做适当增减。但在吊装过程中计入动力系数的重力荷载，仅限于吊装中的构件本身，不涉及已安装的构件。6.4 疲劳计算6.4.1 承受活载应力中反复变化的构件和连接，设计时应考虑应力循环次数、预期的应力幅度以及构件的形式、位置或其他细节。6.4.2 验算管节点疲劳时，材料类型和所处场合应按表6.4.2分类。表6.4.2 管节点形式和位置的应力分类表应力类别情况说明应力种别DT设计成符合制造篇图10.3.12的全焊透坡口焊缝的简单的T、Y、K连接（包括主杆在各交接处均满足剪切要求的搭接连接）支杆中的TCBR（主杆必须按K2类校核）ET具有部分焊透坡口焊缝或角焊缝的简单的T、Y、K连接；以及主杆的剪切强度不能承担全部荷载，靠搭接（负偏心矩）、连接板、加强环等完成荷载传递的复杂管状连接支杆中的TCBR（简单的T、Y、K连接之主杆必须按K2类校核；焊缝也必须按FT类校核） 续上表应力类别情况说明应力种别FT 承受拉伸或弯曲，有角焊缝或部分焊透坡口焊缝的简单的T、Y、K连接焊缝中的剪力（与加载方向无关）X2简单的T、Y、K连接形状的相交件；用精确比例模型试验或理论分析（如有限元法）确定合适的任何连接处与相交构件外表面上焊趾处热点应力或应变的最大全幅在缩减模型或原型接头上试验后测量或用现有最好的理论计算之K2主杆的R/tc之比不超过24的简单的T、Y、K连接主杆的冲剪力，按注计算注：T-拉伸；C-压缩；B-弯曲；R-反向；即公称轴向和弯曲应力的全幅值。根据“典型的”连接几何参数绘制的经验曲线；如果实际的应力集中因子或热点应变已知，则最好用X2曲线。根据（R/tc）等于1824的试验绘制的经验；对于重型弦杆（R/tc较低），曲线是安全可用的；对于R/tc大于24 的弦杆，应按下面的比例降低许用应力： 若实际应力集中因子或热点应变已知，则最好用X2曲线；交变冲剪力幅值为：式中：是支杆对主杆相对厚度几何参数：b与 c之比；是杆件中心线的夹角；是轴向负荷时，支杆公称应力的交变幅值；是平面内交变弯曲应力的幅值；是平面外交变弯曲应力的幅值；为弦杆椭圆参数。弦杆椭圆参数的确定方法a) 对于所有构件在同一平面内的有间隙的K-连接中的轴向荷载以及垂直于主杆的基本上对称的荷载： 其中：g支杆间隙； 支杆直径；b) 对于T-和Y-连接中的轴向荷载，=1.7.c) 对于十字形连接中的轴向荷载，=2.4.6.4.3 凡有疲劳要求者，任何一处的最大应力不得超过规定的许用应力，并且在给定的循环次数时的应变和作用次数由变化的疲劳环境、累计疲劳破坏率D，即各荷载破坏率的总和，不应超过1。名义应力幅度不得超过按表6.4.3换算的数值。表6.4.3 管结构连接应力类型的许用疲劳应力幅S-N公式表类别S=C*(单位：Mpa)DT2.50.24160ET0.30020FT0.24160.14300X20.26770K20.246606.9036.4.4 名义应力幅可按下式计算： 式中：给定名义应力幅度下作用的循环次数；表6.4.3所允许的给定名义应力幅度的循环次数。6.4.5 对于主管内灌注混凝土的连接形式（接头为ET类）名义应力幅，可按下式进行修正：式中：钢管混凝土节点确定疲劳寿命的全疲劳应力幅；相应空管节点相同疲劳寿命时的全应力幅（按表6.4.3换算）。6.4.6 凡不符合表6.4.3材料类型和所处场合的各种构件和连接的疲劳应力幅，应按铁路桥梁钢结构设计规范（TB 10002.22005）确定。7 持久状况承载能力极限状态计算7.1 一般规定7.1.1 钢管混凝土拱桥应按承载能力极限状态的要求，对构件进行承载力及稳定进行验算。计算中作用（或荷载）（其中汽车荷载应计入冲击系数）效应应采用其组合设计值；结构材料性能应采用其强度设计值。7.1.2 对承载能力极限状态，应根据桥梁结构破坏可能产生的后果的严重程度，按表7.1.2划分的三个安全等级进行设计。对于有特殊要求的桥梁结构，其安全等级可根据具体情况另行确定。同座桥梁的各种构件宜取相同的安全等级，