（正式版）DB45∕T 2958-2025 钢管混凝土拱桥设计规范

45SpecificationfordesignofconcI前言 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 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1钢管混凝土拱桥设计规范本文件适用于广西行政区域内公路和市政钢管混凝土拱GB/T17101桥梁缆索用热镀锌或锌铝合金GB/T17395钢管尺寸、外形、重量及允许GB/T50010混凝土结构设计GB/T50107混凝土强度检验评定GB50923钢管混凝土拱桥技术GB/T51446钢管混凝土混合结构技术GB55011城市道路交通工程项目JT/T329公路桥梁预应力钢绞线用锚具、夹具和连JT/T722公路桥梁钢结构防腐涂装JTG/TD65-06公路钢管混凝土拱桥JTG/T2231-01公路桥梁JTG/T3360-01公路桥梁JTG3362公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计JTG3363公路桥涵地基与基础DB45/T2279钢管混凝土拱桥管内混凝土施工技术23术语和定义外荷载作用下，计入材料非线性和几何非线性影响的主拱压溃稳定类型，也称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满足两层面承载力设计要求，并采用均匀承载准则开展钢管混凝土构件中管内混凝土与钢管形成组合截面共同受力前3May:构件绕y轴的弯矩设计值，kN·m。J():构件承载力约束效应影响函数。Asw:哑铃型截面中连接钢腹板面积，m4sc：钢管混凝土构件截面惯性矩，m4。：构件在优化设计调整前的截面参数。：构件在优化设计调整后的截面参数。：构件在构件承载力设计下的截面参数调整系数。M：稳定极限承载力设计时的构件计算安全s：主拱非线性稳定安全系数。M：稳定极限承载力设计时的构件截面参数调整系数。f：钢材强度标准值与混凝土强度标准值之比。o：优化设计的构件截面参数调整系数。s：钢管混凝土截面含钢率。：构件面内抗弯塑性发展系数。v：截面抗剪修正系数。n：圆钢管构件的相对长细比。o：钢管混凝土构件弹塑性失稳的界限长细比。p：钢管混凝土构件弹性失稳的界限长细比。d：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。s：球冠形脱空的脱空率。5i-1:结构优化中的第i-1次迭n:构件总数。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5.1.3钢管混凝土拱桥结构设计应计入钢管初应力和管内混凝土脱空的影响。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。5.2.3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;65.3.3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、变形和稳定应按钢结构计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、环境条件等因素确缝质量检验标准。当主拱钢管径厚比不满足卷制要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αs=························b)约束效应系数应按式（2）和（3）计算，k取值不宜76.3.3钢管混凝土组合轴心抗压强度应按式(4)和(5)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： (8)Asw=2th (9) 86.4其他材料6.4.1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，并应符合GB/T5224、GB/T17101和GB50923的规定。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总体设计与构造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。7.3拱肋主弦管宜采用等外径管，并可根据受力情况在各节段采用不同壁厚，壁厚种类不宜大于4种。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。横撑布置应满足建筑限界、结构稳定性要求，并兼顾景观效果及行车视野需要，常用结构形式有H式、K式、X式和米字式。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、钢管混凝土、钢箱构件或钢筋混凝土结构形式，在拱肋结构上应进行立柱连接底座设计。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。7.7系杆拱桥的系杆布设宜采用永临结合方案。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、下承式拱桥应验算桥面与吊索连接位置的局部构造。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。7.10格子梁桥面体系宜加大端横梁刚度，可采用填充混凝土的箱型截面。7.11中承式和下承式拱桥交界墩、立柱宜采用双支座体系。7.12桥梁应针对拱肋、主梁和系杆等重要结构部位设置检修通道，满足可安全通达、可检查、可维修要求。7.13支座布置宜按照JTG3362的要求执行，活动支座处应设置可靠限位，并应满足温度变化、抗风、抗震及运营要求。7.14钢管混凝土拱桥的钢构件，应考虑桥址处的大气腐蚀环境、构件材质、涂装部位、工艺要求、涂层体系保护年限、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、高强螺栓等部位进行重点防护。7.15应采用除尘处理系统、除湿系统、防爆照明系统等机械化设备，保证涂料涂装环境温度、湿度及工艺要求符合JT/T722的规定。8设计施工要求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。否是缩减高承载单元弹保持低承载单元弹否否单元图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。否是否是否是安全的构件对应的截面设调整所有不满足整体承载计参数，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，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取γ=0.75和0.8;仅计算竖向地震作用时，γ=1.0;G(ξa,φ)=1+(-2.845-3.280ξa)(1-φ)+(1.062+ J(ξa)=-1.135+1.222ξa-0.728ξa²+0.195 Ym=1.30+0.621n(ξk+0 φ应采用GB/T51446方法，按式(21)～(26)计算： (25)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（2729）进行调整： [pRd+(d,)([pRd+(d,)(d)(pRd)(d)+Rdd]参照附录A的式（A.2A.6）中齐次广义屈服函数最高阶次取值：式（A.2A.5S=1；式），2)构件截面调整参数选取截面积时，截面积可采用式（3033）进行调整：sc,1=1sc,0·············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a)构件承载力按式（3537）验算：+(d,)(d)0.294(√2+2)0.706+√2 Rd=[2scsc+swsd] 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：a)钢管混凝土主拱不应出现周边局部连续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：3——钢管内混凝土。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K₁c)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： Nα——欧拉临界力，kN。Ym——构件截面塑性发展系数。应采用GB50017方法，按式（6163）的计算：式中，1=0.650，2=0.965，3=0.300。n=····································+1(E)2(G)3+1(E)2(G)3(F)0.08370.9163+c)重复式（5362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。a)构件承载力按式（64）和式（65）验算14+2.2963+3.49122+0.2493+4]4c)重复式（6466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。c)重复式（67）和（68），直至所有吊索和系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时，[KS]不应低于1.75。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：x₁=αMxo (70) 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： (72) (73) (74) (75)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。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： (77),k=0,1 (78) do——优化设计迭代前的构件承载比均匀度；——EMRM迭代末步构件承载比最大值；——EMRM迭代末步构件承载比最小值。上述各式中，0首次优化设计时取0=1。d取值一般为0.001～0.05。按9.5.2计1=o0·······················································o=M·······························9.5.2主拱构件的构件承载比应按下列公式计算：=+(d,)(d)0.3090.691+····················b)哑铃型钢管混凝土受压构件：=+(d,)(d)0.294(√2+2)0.706+√2+2110.1.1钢管混凝土拱桥采用哑铃型主拱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（Bd≤··················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拱稳定极限承载力。迭代步单元承载比应按A.2计A.2迭代步单元承载比符合下列规定：=√······················——单元在第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）=+(d,)(d)0.3090.691+····························(A.2)=+(d,)(d)0.294(√2+2)0.706+√2+2(A.3)=·················································e)圆钢管受压构件齐次广义屈服函数按式（A.5=+1(E)2(G)3(F)0.08370.9163+····················f)圆钢管受拉构件齐次广义屈服函数按式（A.6）计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.L=L,······························s=·······················L,−1——迭代末步前一步的主拱稳定极限承载力；d——迭代收敛容差，取值范围为0.001～0.01；L——主拱稳定极限承载力；A.5弹性模量自适应缩减策略按式（A.11A.13）计算：+1={，——单元在第k迭代步的弹性模量；+1——单元在第k+1迭代步的弹性模量；——第k迭代步下结构的最大单元承载比；(资料性)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)B.2圆形截面钢管混凝土的管内混凝土本构模型…r——偏心率；其中，按B.2.2确定。轴压构件和纯弯构件时，=1。轴压构件取/1000。==k2{开始开始根据结构初始设计的几何、材料和荷载参数建立有限元模型并开展EMRM迭代分析根据EMRM迭代首步的b，计算K与KK≥[K≥[K]调整所有不满足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件截面尺寸否K≥[K≥[K0]调整体系强度富余量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件截面尺寸根据EMRM迭代末步的b，计算K、K和d否调整所有不满足K否调整所有不满足K≥[K]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件截面尺寸K≥K≥[K]是否优化循环参数i=i