DB45-T 2958-2025 钢管混凝土拱桥设计规范

钢管混凝土拱桥设计规范Specificationfordesignof2025-10-04实施2025-10-04实施I 1范围 12规范性引用文件 13术语和定义 2 34.1作用和作用效应 34.2抗力和材料性能 34.3几何参数 34.4计算系数 44.5其他 55基本规定 55.1一般规定 55.2作用和作用组合 55.3结构分析 56材料 66.1钢材 66.2混凝土 66.3钢管混凝土 66.4其他材料 87总体设计与构造 88设计施工要求 89结构设计 99.1一般规定 99.2计算模型 9.3构件承载力设计 9.4主拱稳定极限承载力设计 9.5主拱两层面承载力优化 10结构验算 10.1承载能力极限状态验算 10.2正常使用极限状态验算 附录A(资料性)工程结构承载力分析的弹性模量缩减法 附录B(资料性)圆形截面钢管混凝土材料本构模型 21B.1圆形截面钢管混凝土的钢管本构模型 B.2圆形截面钢管混凝土的管内混凝土本构模型 附录C(资料性)工程结构两层面承载力设计与优化方法 24本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由广西壮族自治区交通运输厅提出并宣贯。本文件由广西交通运输标准化技术委员会归口。本文件起草单位：广西大学、广西交通设计集团有限公司、广西路桥工程集团有限公司。本文件主要起草人：杨绿峰、张伟、商从晋、韩玉、徐华、罗吉智、毛立敏、黎栋家、秦大燕、解威威、何志芬、张晓宇、凌塑奇、曾有凤、王坚、戎艳、钟华、庞木林、黄梓琳、唐睿楷、曹璐、凌干展、胡家锴、谭耿、黄振鹏。1本文件界定了钢管混凝土拱桥设计的术语和定义及符号，规仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本GB/T1591低合金高强度结构钢GB/T5224预应力混凝土用钢绞线GB/T50010混凝土结构设计标准GB/T50107混凝土强度检验评定标准GB55011城市道路交通工程项目规范JT/T329公路桥梁预应力钢绞线用锚具、夹JT/T722公路桥梁钢结构防腐涂装JTG/T2231-01公路桥梁抗震设计规范JTG/T3360-01公路桥梁抗风设计规范JTG3362公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范DB45/T2279钢管混凝土拱桥管内混凝土施工技术规程2通过对高承载构件弹性模量缩减识别结构破坏模式，采用弹性迭代求解结构体系承载力的计算方3旅：单元e在第k迭代步的齐次广义屈服函数计算值。4.3几何参数4Isc:钢管混凝土构件截面惯性矩，m⁴。r:钢管内径、核心混凝土截面半径，m。t:连接钢腹板的厚度，m。Wsc:钢管混凝土构件截面抗弯模量，m³。Wscz:截面绕z轴的抗弯模量，m³。x₀:调整前的构件截面参数。x{:构件c在优化设计调整前的截面参数。x₁:调整后的构件截面参数。x{:构件c在优化设计调整后的截面参数。α{:构件c在构件承载力设计下的截面参数调整系数。4.4计算系数Ka:管内混凝土脱空折减系数。Kp:钢管初应力折减系数。KM:稳定极限承载力设计时的构件计算安全系数。KEs:主拱弹性整体稳定系数。K{a:构件c在EMRM迭代首步，结构在弹性状态时的构件安全系数修正值。KS:主拱非线性稳定安全系数。[KS]:主拱非线性稳定安全系数限值。[K₀]:构件安全系数限值。S:计算参数。αm:稳定极限承载力设计时的构件截面参数调整系数。αf:钢材强度标准值与混凝土强度标准值之比。α₀:优化设计的构件截面参数调整系数。αs:钢管混凝土截面含钢率。α₁:构件承载力设计时的截面参数调整系数。γ:结构重要性系数。Ym:稳定极限承载力设计时的构件强度比指数。Ym:构件面内抗弯塑性发展系数。Ys:吊索和系杆索承载力计算的综合系数。Yv:截面抗剪修正系数。Y₁:构件承载力设计时的强度比指数。λ:构件的长细比。λn:圆钢管构件的相对长细比。λo:钢管混凝土构件弹塑性失稳的界限长细比。λp:钢管混凝土构件弹性失稳的界限长细比。ξa:钢管混凝土约束效应系数的设计值。k:钢管混凝土约束效应系数的标准值。φ:稳定系数。ω:钢管初应力度。Xs:球冠形脱空的脱空率。5i:结构优化中的第i次迭代。5.1.1钢管混凝土拱桥应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计，并应按照JTG/TD65-06c)结构验算：钢管混凝土构件承载力、组合受压构件承载力、节点承载力、疲劳承载力、主拱弹性稳定性、抗风和抗震承载力等承载能力极限状态验算，主拱和桥面竖向挠度、桥梁动力5.1.4钢管混凝土拱桥主体结构设计使用年限、吊索和系杆索的设计使用年限、钢结构防腐涂层体系保护年限应符合表1的规定，吊索和系杆索应满足可更换要求。内容y吊索和系杆索的设计使用年限5.2.1作用分类、代表值和作用组合应符合GB50923、JTGD60、JTG/TD65-06和CJJ11的规定。5.2.2地震作用和作用组合应符合GB55002、GB55011、JTG/T2231-01和CJJ166的规定。5.2.3风荷载作用和作用组合应符合JTGD60和JTG/T3360-01的规定。5.2.4节点及连接疲劳荷载应符合JTGD60和JTG/TD65-06的规定。b)主拱稳定极限承载力计算参照附录A,材料本构关系参照附录B;6c)主拱两层面承载力优化参照附录C。5.3.3施工阶段管内混凝土尚未达到混凝土设计强度之前，构件的承载力、变形和稳定应按6.1钢材6.1.1钢管混凝土拱桥钢材应根据结构重要性、荷载特征、应力状态、连接方式、环境条件等因素确6.1.2钢材应根据使用环境温度选用B级或B级以上质量等级，需验算疲劳的焊接结构用钢材应符合GB50017的有关规定。钢材质量应符合GB/T714、GB/T1591的规定。6.1.3当钢材采用Z向钢时，其材质应符合GB/T5313的规定。6.1.4主拱钢管宜采用直缝焊接钢管6.1.5钢材的强度设计值和其他物理力学性6.2混凝土6.2.1钢管混凝土拱桥的混凝土质量应符合GB/T50010和GB/T50107的规定。6.2.2钢管内混凝土强度设计值和其他物理力学性能指标应按照JTG3362的要求执行。6.2.3钢管内混凝土应采用自密实补偿收缩混凝土，其体积稳定性指标要求应符合DB45/T2279的规6.3钢管混凝土6.3.1钢管与管内混凝土可采用表2的常用匹配关系。表2钢管与管内混凝土的常用匹配关系混凝土强度等级a)含钢率应按式(1)计算，取值宜为0.04～0.20: (1)b)约束效应系数应按式(2)和(3)计算，ζk取值不宜小于0.6: (2) (3)76.3.3钢管混凝土组合轴心抗压强度应按式(4)和(5)计算： (4) (5)a)圆形截面的组合弹性轴压模量应按式(6)计算：b)哑铃型截面的几何参数见图1,其组合弹性轴压模量应按式(7)计算： 6.3.5钢管混凝土组合抗剪强度应按式(11)计算：6.3.6钢管混凝土组合材料的线膨胀系数α应取1.2×10⁵。86.4.1钢构件间连接的焊接材料和紧固件选用、焊缝和紧固件强度指标，应符合GB50017的规定。6.4.2吊索和系杆索材料可选用高强钢丝和钢绞线6.4.3吊索和系杆索的锚具及连接件的钢材应选用碳素结构钢或合金结构钢，性能要求应符合JT/T329的规定。7.1钢管混凝土拱桥总体设计、主拱拱轴线和构造等应符合GB50923和JTG/TD65-06的规定。7.2桥梁跨径选择需综合考虑地形、地质、水文、通航、行洪、防撞、环保及景观需求等因素。当采用变径管时，管径类型不宜大于3种。7.4拱肋间应设置横撑。横撑构造应与拱肋截面相适应，截面可采用圆管、哑铃型或桁式。横撑布置7.5上承式、中承式钢管混凝土拱桥拱上立柱与主弦管之间传力应直接、可靠，立柱可采用钢管、钢7.6跨径150m及以上的钢管混凝土拱桥应合理设置减震措施。7.8中承式和下承式拱桥桥面系应满足单根横梁两端吊杆失效后不落梁，中承式、下承式拱桥应验算7.9桥面系横梁内布置四车道及四车道以上时，桥面系横梁应设置预拱度。7.11中承式和下承式拱桥交界墩、立柱宜采用双支座体系。层体系保护年限、施工和养护条件等，按照JT/T722的要求进行防腐涂装，并对拱肋环缝外表面、高工艺要求符合JT/T722的规定。8.1施工方案计算应符合GB50923、JTG/TD65-06的规定。8.2管内混凝土宜采用真空辅助泵送顶升压注法。8.3应控制钢管初应力在0.65fa以内。8.4拱肋安装完成并解除所有临时支承后的拱肋轴线偏位、拱圈高程、对称点高差、相邻拱肋高差和拱肋接缝错边等项目的允许偏差应符合GB50923的规定。8.5管内混凝土的灌注密实性质量和检测应符合DB45/T2279的规定。9.1.1钢管混凝土拱桥可按现行规范进行设计，宜进行两层面承载力设计优化，并按第10章进行结构验算。9.1.2主拱稳定极限承载力计算参照附录A,计算流程见图2。否是否满足收敛是缩减高承载单元弹是单元否图2主拱稳定极限承载力的计算流程9.1.3主拱两层面承载力优化参照附录C,计算流程见图3。否是根据EMRM迭代末步的构件承载否整体是否安全承载是否是调整所有不满足构件承载安全的构件对应的截面设计参数，然后根据不同截调整体系强度富余量大的构件对应的截面设计参数，然后根据不同截面类型确定构9.1.4钢结构及组合结构桥面系应按照JTGD64的要求验算疲劳荷载。9.1.5桥墩和桥台设计应符合JTG3362的规定。9.1.6拱上立柱、桥面及附属构件设计应符合相关国家和行业标准的规定。9.1.7地基与基础设计应符合JTG3363的规定。9.2.1钢管混凝土拱桥主拱宜采用梁单元建模。9.2.2结构设计采用空间有限元计算模型时，主拱肋宜采用空间梁单元模拟，相邻腹杆节间主拱肋单元划分数不宜小于4个。吊杆宜采用杆单元模拟。9.3.1圆形截面钢管混凝土构件的截面几何参数和内力见图4,其轴心受压、压弯组合内力作用下承a)构件承载力按式(12)～(14)验算：图4圆形钢管混凝土构件的截面几何参数和内力γ——结构重要性系数，持久、短暂、偶然状况取γ=1.1;地震状况时，主拱、立柱和横撑分别取γ=0.75和0.8;仅计算竖向地震作用时，γ=1.0;Na——构件轴向力设计值，kN;Ma——构件弯矩设计值，kN·m;NRd——构件抗压强度设计值，kN;Kp按9.3.3计算。Ka满足9.3.4脱空条件时，可取Ka=0.95计算。G(ξa,φ)=1+(-2.845-3.280ξa)(1-φ)+(1.062+4.201ξa)( J(ξa)=-1.135+1.222ξ 上述各式中： ………… φ应采用GB/T51446方法，按式(21)～(26)计算： l₁按照构件所在主拱单肢构件相邻腹杆间长度计算。b)当构件承载力不满足上述式(12)要求时，采用下列两种方式对构件截面参数进行调整：1)构件截面参数应按式(27)～(29)进行调整：式中，x₀可根据实际情况选取截面积、截面惯性矩等。 (28) (29)S参照附录A的式(A.2)～(A.6)中齐次广义屈服函数最高阶次取值：式(A.2)～(A.5),S=1;式2)构件截面调整参数选取截面积时，截面积可采用式(30)～(33)进行调整：Asc,1=α₁Asc,o (33)αf=fy/fck (34)D₁——截面调整后的钢管外径，m;T₁——截面调整后的钢管壁厚，mm。c)重复式(12)～(33),直至所有钢管混凝土受压构件都满足式(12)构件承载力设计要求。9.3.2轴心受压、压弯组合内力作用下哑铃型截面钢管混凝土构件(见图1)承载力设计应符合下列a)构件承载力按式(35)～(37)验算：G(ξd,φ)=1+(-1.480-4.039ξa)(1-φ)+(-0.042+14.0 (36)J(ξa)=-1.002+0.958ξa-0.733a²+0.241ξ (37)上述各式中：NRd=φ[2Ascfsc+Aswfsa] (38) (39) (40) (41)MRdz=YmWsczfsc (42) (43)l₂采用0.36倍拱轴线长度。b)当构件承载力不满足上述式(35)要求时，参照附录C对构件截面参数进行调整；c)重复式(35)～(44),直至所有哑铃型钢管混凝土受压构件都满足式(35)构件承载力设计要求。9.3.3钢管混凝土构件钢管初应力折减系数应按式(45)和(46)计算：上述各式中，w不应超过0.65。o₀取主拱钢管截面初应力的最大值。9.3.4钢管内混凝土脱空率应符合下列要求：a)钢管混凝土主拱不应出现周边局部连续性脱空缺陷；b)钢管混凝土球冠形脱空缺陷如图5,其脱空率应按式(47)计算：标引序号说明：1——球冠形脱空；2——钢管；3——钢管内混凝土。图5钢管混凝土球冠形脱空缺陷c)钢管混凝土球冠脱空率不应大于0.6%,脱空高度不应大于5mm。9.3.5轴心受拉作用下钢管混凝土构件承载力设计应符合下列规定：a)构件承载力按式(48)验算：b)当构件承载力不满足式(48)要求时，可采用式(44)～(47)对构件截面进行调整，其中K₁按式(49)计算：c)重复式(48)和式(49),直至所有钢管混凝土受拉构件都满足式(49)构件承载力设计要求。9.3.6剪力作用下钢管混凝土构件承载力设计应符合下列规定：a)构件承载力按式(50)和式(51)验算：b)当构件承载力不满足式(50)要求时，可采用式(30)～(33)对构件截面进行调整，其中K₁按下式计算：c)重复式(50)～(52),直至所有钢管混凝土受拉构件都满足式(50)构件承载力设计要求。9.3.7圆钢管构件截面的几何参数和内力见图6,其轴心受压、压弯组合内力作用下承载力应符合下a)构件承载力按式(53)～(57)验算：图6圆钢管构件截面的几何参数和内力 Ncr——欧拉临界力，kN。上述各式中： Ym——构件截面塑性发展系数。M1ya构件无反弯点时取同号，构件有反弯点时取异号，即|M1yal≥|M₂ya|。M1za构件无反弯点时取同号，构件有反弯点时取异号，即|M₁zal≥|M₂zal。圆管截面γm取1.15。φ应采用GB50017方法，按式(61)～(63)的计算：式中，α₁=0.650,α₂=0.965,α₃=0.300。b)当构件承载力不满足式(53)要求时，可采用式(30)和(31)对构件截面积进行调整，也可根据GB/T17395对圆钢管截面进行选取并验算，其中K₁按下式计算：c)重复式(53)～(62),直至所有圆钢管受压弯构件都满足式(53)构件承载力设计要求。9.3.8拉弯组合内力作用下圆钢管构件承载力应符合下列规定：a)构件承载力按式(64)和式(65)验算b)当构件承载力不满足式(64)要求时，可采用式(30)和式(31)对构件截面积进行调整，也可根据GB/T17395对圆钢管截面进行选取并验算，其中K₁应按式(66)计算：c)重复式(64)～(66),直至所有圆钢管拉弯构件都满足式(64)构件承载力设计要求。9.3.9中、下承式钢管混凝土拱桥吊索和系杆索承载力应符合下列规定：a)构件承载力按式(67)验算：其中，Ys不应小于表3的规定值。材料类别吊索系杆索b)当构件承载力不满足式(67)要求时，可采用式(30)和式(31)对构件截面积进行调整，K₁应按式(68)计算：c)重复式(67)和(68),直至所有吊索和系杆索构件都满足式(67)构件承载力设计要求。9.4主拱稳定极限承载力设计a)主拱非线性稳定安全系数满足式(69)要求：其中，KS参照式(A.10)计算。当荷载及材料强度均采用标准值b)当主拱非线性稳定安全系数不满足式(50)要求时，哑铃型钢管混凝土构件参照附录C对构件1)构件截面参数按式(70)和式(71)进行调整： 2)构件截面调整参数选取截面积时，截面积采用式(72)～(75)进行调整：Asc,1=αMAsc,o (74) c)应根据调整后的构件截面尺寸，再采用9.3进行构件承载力设计，进而重复式(69)～(75),直至主拱非线性稳定安全系数满足式(69)主拱稳定极限承载力设计要求。9.5主拱两层面承载力优化a)主拱两层面承载力优化设计满足9.3和9.4的两层面承载力设计要求，同时应满足式(76)~(80)要求：do——优化设计迭代前的构件承载比均匀度；Ed——优化设计的迭代收敛容差；上述各式中，d₀首次优化设计时取d₀=1。εa取值一般为0.001～0.05。b按9.5.2计算。b)当主拱满足9.3和9.4两层面承载力设计要求但不满足式(76)均匀承载准则要求时，构件采用式(81)和式(82)对构件截面参数进行调整：x₁=αoX₀ (81) c)根据优化后的构件截面尺寸，再分别采用9.3和9.4进行两层面承载力设计，重复式(76)~(82),直至满足式(76)的均匀承载准则要求。10.1.1钢管混凝土拱桥采用哑铃型主拱或桁式主拱时，应按照GB50923、JTG/TD65-06的要求进行10.1.3节点及连接疲劳应按照GB50923、JTGD60和JTG/TD65-06的要求进行验算。10.1.4钢管混凝土拱桥应验算施工和使用阶段的主拱弹性稳定性，弹性稳定临界荷载宜采用空间线弹性有限单元法计算，主拱弹性整体稳定系数应满足式(88)要求：10.1.5地震效应的承载力验算应符合GB55002、JTG/T2231-01和CJJ166的规定，抗风承载力验算应符合JTG/T3360-01的规定。10.2.1钢管混凝土拱桥应符合JTGD6010.2.2主拱竖向挠度幅值和桥面梁(板)竖向挠度幅值应按式(89)和式(90)验算：DBd——桥面梁(板)竖向挠度幅值，m。10.2.3主拱应设置预拱度，主拱设计预拱度值应按照GB509210.2.5主拱、立柱、吊索、桥面梁和施工过程的抗风验算应符合JTG/T3360-01的规定。(资料性)A.1采用弹性模量缩减法(EMRM)计算钢管混凝土拱桥主拱稳定极限承载力时，主要步骤符合下列规a)根据拱桥结构布置、构件尺寸、材料参数、荷载作用组合、约束条件，宜按9.2要求建立结构b)对结构进行弹性迭代分析，提取每一迭代步中各单元内力，并计算单元承载比和当前迭代步主拱稳定极限承载力。迭代步单元承载比应按A.2计算。迭代步主拱稳定极限承载力按A.3计复b)直至计算收敛。主拱稳定极限承载力迭代收敛准则、安全系数计算按A.4执行。弹性模量自适应缩减策略按A.5计算。re——单元e在第k迭代步的单元承载比。其中，式(A.2)～(A.5),S=1;式(A.6),S=4。齐次广义屈服函数按式(A.2)～(A.6)c)哑铃型钢管混凝土受压构件齐次广义屈服函数按式(A.3)计算：d)钢管混凝土受拉构件齐次广义屈服函数按式(A.4)计算：e)圆钢管受压构件齐次广义屈服函数按式(A.5)计算：A.3迭代步主拱稳定极限承载力按式(A.7)计算：A.4弹性模量缩减法的收敛准则和主拱非线性稳定承载力及其安全系数按式(A.8)～(A.10)计算：Ed——迭代收敛容差，取值范围为0.001～0.01;A.5弹性模量自适应缩减策略按式(A.11)～(A.13)计算：Ee——单元e在第k迭代步的弹性模量；rmax——第k迭代步下结构的最大单元承载比；rmin——第k迭代步的单元承载比最小值；Ne——结构离散单元总数。其中，E第1步的弹性模量根据材料类型按6.1至6.3确定。(资料性)圆形截面钢管混凝土材料本构模型B.1圆形截面钢管混凝土的钢管本构模型单调荷载作用下圆形截面钢管混凝土材料本构模型(正向受拉)见图B.1,宜按式(B.1)～(B.4)图B.1单调荷载作用下圆形截面钢管混凝土材料本构模型(正向受拉)y——钢管的屈服应变；Ep——钢管塑性阶段终止应变；Eu——钢管塑性阶段终止应变。B.2圆形截面钢管混凝土的管内混凝土本构模型…er——轴压构件初偏缺陷；Lc——构件长度，m;β——残余应力段系数。其中，β按B.2.2确定。轴压构件和纯弯构件时，η=1。e轴压构件取B.2.2圆形钢管混凝土截面的残余应力系数按式(B.14)确定：(资料性)工程结构两层面承载力设计与优化方法C.1工程结构两层面承载力设计与优化方法应用于钢管混凝土拱桥时，主要步骤满足如图C.1中的步是调整所有不满足K≥[K的构件对应的截面设计参数，是否是调整体系强度富余量大的构件对应的截面设计参数，然后根据不同截面类型确定构查否图C.1工程结构两层面承载力设计与优化方法的主要步骤a)基于结构初始设计方案，参照附录A弹性模量缩减法(EMRM)迭代首步的线弹性内力计算结构的构件安全系数，并根据构件安全系数限值调整构件截面参数，设计出满足构件承载力要求的结构设计方案。本步骤按C.2计算；b)基于满足构件承载力要求的结构设计方案，采用EMR