钢管混凝土拱桥设计初探

1、钢管混凝土拱桥设计初探 摘要：结合工程实例，对钢管混凝土拱桥的总体设计要点进展了讨论，并进展了全桥静力分析。关键词：钢管混凝土拱桥；设计；静力分析1引言钢管混凝土拱桥这种桥型利用先前吊装架设的钢管作为后续灌注混凝土的支架，节省了施工支架，便于施工，发挥了钢与混凝土两种材料的优势，受力合理、跨越才能大，因此在全国得到了广泛应用，据统计，全国跨径大于50m的钢管混凝土拱桥超过了400座1，本文结合高速公路某钢管混凝土拱桥的设计，讨论了其设计要点。2总体设计某高速公路工程需要跨越航道等级为级航道通航净宽不小于220m，通航净高不小于13m的河流，该河道在桥位处呈U型，两岸岩石裸露，经地质勘察为中风化

2、灰岩，岩石较硬，饱和单轴抗压强度标准值达35.0MPa，合适作为有推力拱桥的拱座根底。桥位处水流湍急，最好一跨过江，初步估计跨径应在300m以上，目前已建成的跨径300m以上的拱桥大多为钢管混凝土拱或钢箱拱，而在经济性指标方面，钢管混凝土拱桥比钢箱拱桥具有明显优势，造价更低，因此，结合行洪、通航及地形情况，拟定桥型方案为钢管混凝土拱桥，拟定计算跨径为320m，主桥长336m。桥梁立面布置如图1所示。拱肋拱轴线采用悬链线，矢高80m，矢跨比1/4，拱轴系数m1.167。钢管混凝土拱肋采用变截面四管桁式构造，各节段拱肋宽度保持不变，拱顶与拱脚均为3m，拱顶处的截面高7.0m，拱脚处的截面高12.0

3、m。上、下弦管直径1.2m，从拱脚至拱顶根据受力需要采用2232mm的壁厚，上、下弦管内通过泵送顶升灌注C55微膨胀混凝土，以降低混凝土收缩徐变的影响；拱肋腹杆采用直径610mm，壁厚16mm的无缝钢管；拱肋横缀管采用直径813mm，壁厚20mm的无缝钢管。单根拱肋分24个节段加工制作及安装，节段最大重量100t。拱肋横桥向中心间距为23.9m，上下游拱肋横向联络采用X撑横联2，单幅桥共设24道X撑横联。横联钢管采用直径0.92m无缝钢管，钢管壁厚16mm。全桥吊杆形式为单吊杆，吊杆顺桥向标准间距13.4m，横桥向间距23.9m，共设20对吊杆，吊杆为镀锌平行钢丝成品索，弹性模量为1.9x10

4、5MPa，平行钢丝抗拉强度1670MPa，吊杆设计平安系数K3.0。桥面系采用连续的钢格子梁体系，钢格子梁由钢纵梁与钢横梁组成，格子梁上为14cm厚混凝土板并与格子梁形成钢-混组合桥面板。主横梁顺桥向标准间距13.4m，截面为工字型，端部梁高1.4m，跨中梁高2.2m，底板厚34mm，顶板厚16mm；次横梁顺桥向标准间距2.68m，工字形截面，底板厚18mm，顶板厚16mm；纵梁共设5道，工字形截面，边纵梁底板厚20mm，顶板厚16mm，其他纵梁底板厚18mm，顶板厚16mm。桥面沥青混凝土铺装厚7cm。拱座根底形式为扩大根底，采用爆破明挖施工后满槽浇筑C30混凝土，明挖时尽量保持拱座根底反面

5、垂直开挖。为了进一步增大拱座处恒载，以有利于拱座根底的抗滑移，主引桥交界墩设置于拱座根底上。伸缩缝采用单元式预应力多向变位伸缩缝，交界墩设置一道YLF240伸缩缝。主桥拱上立柱支座采用防落梁抗震钢支座、球形钢支座，交界墩处采用盆式橡胶支座。3静力计算按拱肋钢管及混凝土、缀板、缀管钢材、钢横梁钢纵梁及桥面板等实际重量计算，主桥钢管中混凝土容重按25.0kN/m3计算，主桥其他混凝土容重按26kN/m3进展计算，下部构造混凝土容重按26kN/m3计，钢材密度按7850kg/m3计算。钢横梁及钢纵梁内加劲构件以荷载形式来补充，二期恒载采用荷载形式输入。汽车荷载公路级，单幅桥汽车活载按4车道布置，进展

6、空间布载，横向折减系数0.67；纵向折减系数0.97，横向偏载系数1.15。冲击系数及汽车制动力按?公路桥涵设计通用标准?相关规定取值。考虑风荷载、温度作用、根底变位等的影响3。桥梁构造整体静力分析采用Midas/Civil进展空间构造分析。吊杆采用桁架单元模拟。拱肋、腹杆、横撑采用梁单元模拟，主梁采用梁单元与板单元组合形式，边界条件按实际模拟。持久状况中应力结果按标准组合，持久状况标准组合拱肋钢管最大应力为-197.54MPa应力以拉为正，压为负，应力符合标准要求。应力包络为-143.58MPa108.94MPa，应力符合标准要求。持久状况标准组合吊杆最大应力为361.04MPa，应力符合标准要求。可见，前文拟定的拱肋、横联、吊杆等桥梁构件的构造尺寸是合理的。4结语钢管混凝土拱桥应结合地形地质以及行洪通航条件进展总体设计，以确定跨径、桥面高度等，并应结合静力分析结果确定构造尺寸，以满足标准要求。参考文献1陈宝春钢管混凝土拱桥M.北京：人民交通出版社，2022.2彭益华，