第二篇钢管混凝土拱桥的计算

第四章钢管混凝土拱桥的计算

第一节钢管混凝土的材料性能第二节钢管混凝土的刚度计算第三节钢管混凝土拱桥的计算

第四章钢管混凝土拱桥的计算

钢管砼拱桥不是一种专门桥型，而是把钢管砼作为主拱受力用的结构材料。受力特点与拱桥存在共性，计算思路与钢筋砼拱桥相似；但有它独具特点，结构分析时必须注意到这一点。

第四章钢管混凝土拱桥的计算

钢管砼拱桥内力计算与施工过程有关。①将拱肋分成数段加工，吊装形成钢管拱肋桁架，桁架自重由钢管承受。②初始浇注钢管内砼时，砼作为外荷载作用在钢管拱肋上，砼自重由钢管拱肋承受，应按钢结构计算钢管拱肋应力；③随着管内砼的凝固和强度提高，砼随着浇筑顺序逐渐与钢管一起参与受力；④后期的拱上建筑、桥面系的自重和荷载作用均由钢管砼组合截面来承担。第四章钢管混凝土拱桥的计算

钢管与核心砼间具有相互作用和协同互补的套箍效应，使钢管砼具有优越的力学性能，也导致了力学性能的复杂性。介绍钢—砼组合结构的材料特性、组合强度设计值以及钢管砼轴压刚度、弯曲刚度和剪切刚度的计算方法；结合钢管砼拱桥的结构特点，介绍单肢和格构式钢管砼构件承载力计算的基本公式。第四章钢管混凝土拱桥的计算

第一节钢管混凝土的材料性能钢管砼结构设计规程：国外有：日本设计规程AIJ；美国设计规程ACI和AISC-LRFD；英国设计规程BS及欧洲规程EC4等。国内有：国家建筑材料工业局JCJ01-89（1989），中国工程建设标准化协会标准CECS28：90（1992），中国电力行业标准DL/T5085-1999（1999）。福建省工程建设标准《钢管混凝土结构技术规程》DBJ13-51-2003。中华人民共和国行业标准《钢管混凝土拱桥设计规范（校审稿）》2004.2.第四章钢管混凝土拱桥的计算

一、钢管及连接材料选用原则归纳如下：1）钢管可采用Q235、Q345、Q390和Q420钢材。钢材性能应符合《碳素结构钢》GB700-88和《低合金高强度结构钢》GB/T1591-94中的规定。

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2）处在外露环境，对大气腐蚀有特殊要求的钢管砼结构，宜采用耐候钢，质量应符合现行国家标准的规定。3）圆钢管宜采用螺纹焊接管或直缝管。焊接钢管的焊缝采用对接熔透焊缝，不允许采用钢板搭接的角焊缝。4）钢材的强度fy（标准值）、f（抗拉、压、弯）、fv（抗剪）可由表5-4-1确定；钢材物理性能指标可按表5-4-2确定。第三章斜拉桥的计算第四章钢管混凝土拱桥的计算

二、混凝土采用普通砼或高性能砼；砼强度等级≥C30；控制砼水灰比≤0.4；可掺减水剂，坍落度宜在160～180mm；可掺适量膨胀剂来补偿砼的收缩；砼抗压和抗拉强度及弹性模量可按表5-4-3采用。第四章钢管混凝土拱桥的计算

三、钢管混凝土为发挥钢管和砼性能，可参照下列材料组合：Q235钢配C30或C40级砼；Q345钢配C40、C50或C60级砼；Q390和Q420钢配C50或C60级及以上等级砼。第四章钢管混凝土拱桥的计算

钢管砼的约束效应系数0.3≤

ξ≤4。对于实心钢管砼，约束效应系数定义为：式中，—分别为钢管和砼的横截面面积，

—钢材的屈服强度；

—砼轴心抗压强度标准值。

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钢管混凝土轴心受压组合强度设计值fsc的计算公式：对于圆钢管混凝土：采用第一组钢材的值由式（5-4-1）计算。采用第二、三组钢材的值应按式（5-4-1）的计算值再乘以换算系数k1后确定。对Q235和Q345钢，

k1＝0.96；对Q390和Q420钢，

k1

＝0.94。钢材的分组按表5-4-1确定。采用第一组钢材时值也可按表5-4-4查得。第四章钢管混凝土拱桥的计算

第二节钢管混凝土的刚度计算

一、轴压刚度规程DBJ（2003）、DL/T5085（1999）采用组合模量方法计算钢管砼构件在正常使用极限状态下

轴压刚度：（5-4-2）式中，钢管砼组合轴压弹性模量，按式（5-4-3）确定。第四章钢管混凝土拱桥的计算

采用第一组钢材时Esc的计算值见表5-4-5。采用第二、三组钢材的EA值应按式（5-4-2）的计算值再乘以换算系数k1后确定。对Q235和Q345钢，k1

＝0.96；对Q390和Q420钢，k1

＝0.94。钢材的分组按表5-4-1确定。

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AIJ（1997）、CESC28：90（1992）和DB29-57-2003给出钢管砼轴压刚度的计算公式如下：

EA=EsAs+EcAc

（5-4-4）式中，—分别为钢材和砼的弹性模量；

—分别为钢管和核心砼的横截面面积。

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二、弯曲刚度《钢管砼结构技术规程》（DBJ）给出钢管砼构件在正常使用极限状态下组合弹性抗弯刚度计算公式：

EI=EsIs+αEcIc

（5-4-5）式中，—钢材和砼的弹性模量；

—钢管和砼的截面惯性矩；

α—系数，对于圆钢管砼，α＝0.8。

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三、剪切刚度

DB29-57-2003钢管砼剪切刚度计算公式如下：

GA=GsAs+GcAc

（5-4-9）式中，—钢材和混凝土的剪变模量；其余符号同前。

DL/T5085-1999剪切刚度计算公式如下：

GA=GscAsc

（5-4-10）式中，—圆钢管混凝土的剪变模量，采用第一组钢材计算值见表5-4-6；

—钢管混凝土横截面面积；其余符号同前。

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第三节钢管混凝土拱桥的计算一、强度验算方法钢管砼拱桥采用自架设施工方法，在拱肋安装、合龙、管内砼浇注和硬化前承载力、变形和稳定性计算，应按钢管结构设计；随着浇筑顺序，管内砼开始与钢管共同受力；后期桥面系的自重及活载作用全部由钢管砼组合截面共同承受。施工阶段受力分析按照砼参与受力的施工顺序计算。

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钢管砼结构的强度验算:应力叠加法和内力叠加法。在施工过程中，采用应力叠加法验算拱架的强度与稳定性较为合理，并用容许应力法进行验算。管内砼达到设计强度后，应采用内力叠加法计算内力。计算内力的截面刚度可以采用前面介绍的有关公式进行计算。这时的验算方法采用极限状态法。

第四章情钢管驰混凝土阿拱桥的惧计算钢管井对核各心砼抛的套怪箍作冶用只满有当减构件毅处于轴心或替小偏心滚受压状态嗽，且异砼进读入塑裕性状扣态后轻才能位显现;对于轴绸心或小难偏心受喝压构件蕉的承载能察力极限捷状态验滔算，可母考虑套御箍作用羞的有利珍影响，其威它情宅况则藏一概尖不考旋虑。第四御章攀钢管滤混凝港土拱咱桥的金计算二、忌荷载齐作用族的横额向分拜布计踏算桥面怀系采叶用梁狡板式混结构诉，汽湾车荷摩载的闲横向伏分布昨作用材明显攻。双拱肋肠的荷载腹横向分广布系数骑计算采平用杠杆如法。对于鸡多拱进肋，弹性支县承连续晋梁法乃是一贤种有效肺计算方确法。结构自统身重力香作用，皱由于对自称性，在不需考氧虑横向册分布。第四缩慧章鹊钢管烟混凝膛土拱戴桥的络计算三、钢笛管混凝娇土拱肋感承载力丛计算钢管悉砼拱荒肋根问据承载能配力极限毯状态和正常使舰用极限症状态的要辜求，寻分别扎计算傍和验师算承载绕力和变形。计算承卡载能力乎时，计算吉所有的屋构件；荷载监采用艘作用营的代洲表值鉴；对宰动力虹荷载谢还应锁考虑鉴动力什系数警。变形验稀算时采用偿相应兔的作闻用代桥表值歌（短洽期—频遇值驰；长期—准永隐久值然），冬不等考虑困由动假力荷借载引帜起的息动力菊系数瓶。第四遗章深钢管混混凝法土拱跟桥的议计算两根和莫两根以丑上钢管振砼组成躺的拱肋具还需进想行组成纲构件的灰局部承估载力验侄算，以齐防局部喝破坏。下面段分别疗介绍单肢劫钢管换砼和格构秀式钢夺管砼构件的照承载力厉计算。第四否章打钢管双混凝秤土拱佳桥的耻计算1．单肢涝钢管混离凝土构千件承载乱力计算1）轴术压强度崖承载力钢管防砼轴衰压强锈度承条载力衔计算码可按青下式斗计算Nuo=Asc﹒fscy（5-悟4-屑11）式中用，fscy—钢管混牲凝土轴倦压强度旁承载力村，当ξ＝0.2～5内，fscy=（1.1绞4+1放.02ξ）•fcy；fc—混凝土抗轴压强议度设计向值其余推符号栏同前感。第四章来钢管金混凝土遭拱桥的尖计算2）轴压怀稳定商承载究力钢管草砼轴受心受策压构职件稳抚定承催载力揪按下奏式计墙算：Nu=φ·Nuo=φ·Asc﹒fscy（5-4伐-12）式中劲，φ—轴心受形压稳定谎系数，宵可按表5-春4-询7确定。脖当φ＝1时，构野件属强渐度破坏幻玉，承载原力计算画公式与拘式（5-典4-坊11）一同致。Nuo—钢管混古凝土轴剑心受压暗时的强秆度承载雹力；其余符及号同前委。第四章商钢管跪混凝土选拱桥的乏计算3-团1）纯弯构砍件3-搁2）压弯构嫂件（已知细轴力求拿对应弯亭矩）考虑构导件长细狭比影响银，钢管非砼压弯渐构件相炕关方程垄如下：第四执章服钢管抵混凝虹土拱黎桥的在计算4）横向兰受剪原构件横向荡受剪排圆钢凭管砼青构件搞的抗蚂剪承淹载力孔可按浑下式擦计算辩：式中墓，Vu—横向抗毛剪承载光力；γv—构件筝截面蒸抗剪晚塑性闹发展身系数周，当ξ≥0.暂85时,γv=0暑.8巡寿5；当γv<0汽.8村5时，γv＝1.尖0；fscvy—组合买抗剪冷强度超值，惕可按匹式（5-4军-15）计算诱；第四爪章丧钢管付混凝钓土拱盾桥的摧计算2．格构届式钢管点混凝土移构件承槐载力计赤算1）轴心感受压捐计算轴心抄受压雹构件只承载甜力按蜜公式Nu=φ·Asc﹒fscy计算，面其受压拜稳定系躁数φ值，应丸根据构忆件的换供算长细花比（按攀表5-4剃-8）查苦表5-攻4-乐7。第四射章锁钢管边混凝皱土拱趴桥的诱计算第四章捎钢管蓄混凝土稀拱桥的涨计算第四牧章来钢管胜混凝喷土拱五桥的但计算格构式搭钢管砼紧构件除恐了按式沉（5-鞠4-炉12）验算整体稳恨定承载倘力外，尚肥需验算单柱肢规的稳定玩承载力。单柱仍肢长奖细比渴满足肃下列奸条件进，可素不验慈算单楼柱肢并稳定士承载览力：平腹差杆格问构式旱构件掀：λ1≤40及λ1≤0.5λmax；斜腹饱杆格妖构式宋构件醒：λ1≤0.礼7λma寺x。其中λma截x取构往件在勒轴和煎轴方肌向长跌细比讨的较膨大值谢。第四排章免钢管臣混凝初土拱摔桥的困计算2）轴心问受压欣构件嚼的腹卧杆所东受剪迎力计启算按临界粒状态时验产生的谢剪力计杨算，并门认为此骆剪力沿舰构件全刷长保持买不变。可按部下式箩计算尽平腹州杆格啦构式云钢管箭砼轴马心受地压构口件每戏根腹院杆所鸭受剪悄力：（5-符4-杜16）式中，—为一逆根钢毛管混饰凝土拉柱肢丧的截浇面面防积；—为一根议钢管混切凝土组并合轴压棍强度设兴计值。第四章翻钢管型混凝土熄拱桥的自计算3）承受压讨、弯、茅剪及共短同作用辽时平面带内的整钳体稳定扇承载力麻计算可按下栽式验算继弯矩作抚用平面教内的整勿体稳定熄承载力（5-4锁-18）式中炕，第四章弹钢管趴混凝土桃拱桥的导计算3．缀脏条或夕缀板兴的计拆算如系习轴心集受压宇，则稻按假终设剪呢力计索算；如为仪偏心鹊受压屯构件炒，则览按实票际剪扇力和刻假设坚剪力旁的较界大值孩计算穷。假设剪酷力按式僵（5-未4-害16）润计他算。第四章街钢管性混凝土伙拱桥的约计算四、诊温度驼变化浑、砼语收缩解和徐袭变的滴内力怨计算钢管砼处拱桥对捡于温度太变化，傻砼收缩狗、徐变宜产生的划次内力己尚缺乏龙系统的信试验和畏理论研裹究。在族缺乏可葬靠资料饿的情况俭下，应烘偏安全蒸地取值加。影响合萝龙温度催因素较矛多，没纹有更精枝确资料买时：考虑倦温降稳计算驶时，县取合蔬龙当总月平箩均温唇度加什上4～5℃；计算温握升时，纤以当月孕平均温形度作为膏计算合怀龙温度舰。第四州章斧钢管晚混凝太土拱辛桥的惕计算收缩徐控变仍然决采用钢象筋砼拱勺桥的计厦算方法智：砼收抓缩影无响当展作温厘度降验低15～20℃；徐变对简结构内云力的不准利影响都可不计蛮，仅计黎及徐变战对温度战变化、许混凝土呆收缩引歼起的附无加内力货的调整碍作用；在无可党靠资料捎时，温辽度变化术内力和狗砼收缩赠产生的结内力分袜别乘以0.7和0.4耀5的徐掏变影默响系哭数。砼的异徐变木将导耻致截萝面上达原先脸由砼菜承担星的应竞力部手分向虾钢管拼转移挎，使终钢管狱应力秩增大芬。在天钢管氧应力碌控制很中必逢须考泊虑这回一不牺利影去响。第四番章额钢管久混凝胳土拱择桥的渴计算五、钢狭管混凝去土拱桥始的变形候计算变形崇计算应关键绪是结写构的蔽刚度骗取值跑。钢管洗砼拱烈肋的含刚度桶取值织，可蜡参考踏第一叙节详娃细叙俯述。钢管砼判拱桥的绒变形计亿算也与涂施工过伞程有关社，应逐遥步计算裂施工阶拒段和运慎营阶段线产生的触变形，诸将其叠窑加。第四章险钢管虽混凝土约拱桥的片计算为了保启证拱轴秒线在自寇重作用留和混凝肌土收缩共、徐变胸作用下够尽量与制设计拱肃轴线吻坊合，拱使肋钢桁暴架必须伐设置预捎拱度。钢管砼堆拱桥是伏超静定拉结构，晶一般采谜用有限曾元方法劫计算变滔形。第四章浸钢管腥混凝土渣拱桥的定计算六、由钢管我混凝惑土拱锣桥的布稳定在性计欢算拱的稳炒定是个班复杂的躺问题：从失稳形厉态分为面内稳男定和面汪外稳定帆；在材料性乔能方面又有线阅弹性己稳定问题和非线仅弹性师稳定问题；在几何方调面又有小挠属度稳苍定和大挠度婶稳定问题项；从失拔稳时佛是否发生挠平衡朗分枝分为分枝点喷失稳和极值点熄失稳。分支子点失冶稳——第一且类稳建定问持题（基于小米变形理私论），当扶荷载岩增加愈时，魂结构束原有橡平衡栏形式赛破坏教了，渗出现姿与原费平衡席形式船有本增质区少别的架新的买平衡泰形式棒，由谜稳定绢平衡引转变柴为不羡稳定魔平衡扶，出书现了谅稳定寄性的夺转变维。分支点蜓是平衡污状态从右稳定转据变为不劲稳定的阁分界点猛。在分悉支点处把所对应吹的荷载米称为屈秃曲荷载院或临界壤荷载。分枝薯点失叛稳是通贫过解郑