DB45∕T 2958-2025 钢管混凝土拱桥设计规范

45SpecificationfordesignofconcI 2 3 3 3 34.4计算系数 44.5其他 5 5 5 5 5 6 6 6 66.4其他材料 8 8 8 9 9 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23.1构件承载力componentbearingcapa3.2主拱非线性稳定nonlinearst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，也称为第3.3主拱稳定极限承载力stabilitybearingcapacityof3.4弹性模量缩减法elasticmodulusreductionm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3.53.63.7构件承载比均值与最小值之和，与构件承载比均值与最大值之3.83.93.10两层面承载力设计designoftwo-level3.11两层面承载力优化optimaldesignoftwo-level满足两层面承载力设计要求，并采用均匀承载准则开展的结构3.12构件截面塑性发展系数plasticdevelopmentcoefficientofcompon3.133bEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(C),k)：构件C在EMRM第k迭代步的构件承载比。EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up3(C),1)fke：单元e在第k迭代步的齐次广义屈服函数计算值。4.2抗力和材料性能Esc：钢管混凝土组合弹性轴压模量，MPa。fffffffu：钢管的极限抗拉强度，MPa。fJ()：构件承载力约束效应影响函数。4.3几何参数Ac：钢管混凝土的管内混凝土截面积，m2。As：钢管混凝土的钢管截面积，m2。Asc：钢管混凝土构件截面积，m2。Asw：哑铃型截面中连接钢腹板面积，m2。AEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up3(d),sc)：哑铃型截面组合受力面积，m2。ds：球冠形脱空的最大高度，mm。H：哑铃型截面的高度，m。is：单肢构件截面回转半径，m。4L：主拱的计算跨径，m。ri：钢管内径、核心混凝土截面半径，m。rT：钢管壁厚，mm。xEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(c),0)：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。xEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(c),1)：构件c在优化设计调整后的截面参数。EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(c),1)4,4计算系数EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(c),1)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。EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up3(d),m)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λp：钢管混凝土构件弹性失稳的界限长细比。ξk：钢管混凝土约束效应系数的标准值。xs：球冠形脱空的脱空率。54.5其他i：结构优化中的第i次迭代。J：主拱稳定极限承载力的迭代设计次数。k：迭代步数。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5.1.2钢管混凝土拱桥设计应包括下列内容：b)结构设计：构件承载力设计和主拱稳定极限承载力设计，宜进行主拱两层面承载力优化；c)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5.1.3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yb)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6.3钢管混凝土αs=························b)约束效应系数应按式（2）和（3）计算，ξk取值不宜小于0.6：76.3.4钢管混凝土弹性模量应采用组合弹性轴压模量，并应符合下列EscEEEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up3(d),sc)——哑铃型截面的组合弹性轴压模量，MPa；Es——哑铃型截面中连接钢腹板、钢管的弹性模量，MPa。Asc=πro2·····················Asw=2th·················································AEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(d),sc)=2Asc+Asw····················τsc——钢管混凝土组合抗剪强度设计值，MPa。6.3.6钢管混凝土组合材料的线膨胀系数“应取1.2×10-5。86,4其他材料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7.6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。7.10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。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0.65fsd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99结构设计9.1.2主拱稳定极限承载力计算参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迭代首步的构件承载比，计算各构件的安全系数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，然后根据不同截面类型确定构件截面尺寸调整所有不满足整体承载安全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构件是否安全承载是根据EMRM迭代末步的构件承载比，计算各构件的安全系数、结构的整体安全系数和承载比均匀度否整体是否安全承载是是否满足均匀承载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优化循环参数增加是根据模数要求确定各构件截面尺寸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。9.2.2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（1214）验算：Y——结构重要性系数，持久、短暂、偶然状况取Y=1.1；地震状况时，主拱、立柱和横撑分别kp按9.3.3计算。kd满足9.3.4脱空条件时，可取kd=0.95计算。 J(ξd)=__1.135+1.222ξd__0.728ξd2+0.195ξd3__0.019ξ NRd=φfscAsc··································································Asc=πro2·················Md=)Mdy2+Mdz2·······························································MRd=YmWscfsc·············································φ应采用GB/T51446方法，按式（2126）计算：{({(d(λ+35)2dλ≤λoλo<λ≤λp···················································(λ>λp(λp+35)(λp+35)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：x1=α1x0··························式中，x0可根据实际情况选取截面积、截面S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：EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up9(K),K)EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up7(1),1)EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up9(K),K)EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up7(0),0)Asc,1=α1Asc,0········································αf=fy/fck·········································································(34)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： J(ξd)=__1.002+0.958ξd__0.733ξd2+0.241ξd3__0.028ξd4 NRd=φ[2Ascfsc+Aswfsd]···························································(38)MRdy=yEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(d),m)Wscyfsc······························································EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up3(d),m)MRdz=ymWsczfsc····································································(42)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；xs·································％，KyvAscτsc yvd≤yvAscτscyv9.3.7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a)构件承载力按式（5357）验算：y+S1(aE)S2(aG)S3(aF)0.08370.9163Md=max()M1yd2+M1zd2，)M2yd2+M2zd2)·····································(59)MRd=(ro3__ri3)fsd····M1yd构件无反弯点时取同号，构件有反弯点时取异号，即|M1yd|≥|M2yd|。M1φ应采用GB50017方法，按式（6163）的计算：式中，α1=0.650，α2=0.965，α3=0.300。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1c)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。K·····················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Ks≥[Ks]······································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。X1=αMX0·········EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up11(KM),KM)EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up12(K),K)EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up16(s),s)2)构件截面调整参数选取截面积时，截面积采用式（7275）进行调整：Asc,1=αMAsc,0····························································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EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up3(min),k)EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up3(c),k)EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up3(max),k)EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up3(c),k)d1——优化设计迭代后的构件承载εd——优化设计的迭代收敛容差；dk——第k迭代步的单元承载比均匀度；bk——EMRM迭代末步构件承载比平均值；EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up3(max),k)bEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up3(min),k)——EMRM迭代末步构件承载比最小值。上述各式中，d0首次优化设计时取d0=1。εd取值一EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(c),k)x1=αox0····································································SYM································9.5.2主拱构件的构件承载比应按下列公式计算：b)哑铃型钢管混凝土受压构件：1EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(c),k)10.1承载能力极限状态验算10.1.1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（KES≥4·····················10.2正常使用极限状态验算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：r·····················rEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(e),k)——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EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up2(__),fk)按式（A.2）～（A.6）e)圆钢管受压构件齐次广义屈服函数按式（A.5f)圆钢管受拉构件齐次广义屈服函数按式（A.6）计EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up2(__),fk)A.3迭代步主拱稳定极限承载力按式（A.7）计算：PL,k·································PL,k——第k迭代步主拱稳定极限承载力；rEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up3(max),k)——第k迭代步下结构的最大单元承载比。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.d································································· PL=PL,M·········································Ks···································································PL,M——迭代末步主拱稳定极限承载力；PL,M-1——迭代末步前一步的主拱稳定极限承载力；εd——迭代收敛容差，取值范围为0.001～0.PL——主拱稳定极限承载力；EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up3(max),M)A.5弹性模量自适应缩减策略按式（A.11A.13）计算：EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up7(r),r)EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up7(r),r)rEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up3(0),k)=rEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up3(max),k)__dk(rEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up3(max),k)__rEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up3(min),k))······················dkEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(e),k)EEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(e),k)+1——单元e在第k+1迭代步的弹性模量；rEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(0),k)——第k迭代步的基准承载比；rEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up3(max),k)——第k迭代步下结构的最大单元承载比；rEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up3(min),k)——第k迭代步的单元承载比最小值；其中，EEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(e),k)第1步的弹性模量根据材料类型按6.1至εy——钢管的屈服应变；εp——钢管塑性阶段终止应变；εu——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B.2.1单调荷载作用下圆形截面钢管]，EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up5(1),σ)EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up5(__),01)σ01=fck[1.0+1.58fck__0.21(ξ,)0.86]··················································(B.6)ε01=εcc+εsc···············k0.2········································ ξ,=ηξk，···································er=e/ri·······························ε01——管内混凝土的峰值应力对应的应变，με;εcc——素混凝土材料本构的峰值点应变，με;εsc——钢管套箍作用使钢管内混凝土材料本构峰值点应变提高的值，με;ξ,——修正约束效应系数；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L/1000。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迭代分析调整所有不满足KEQ\*jc3\*hps8\o\al(\s\up3(),)≥[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迭代分析调整所有不满足KEQ\*jc3\*hps8\o\al(\s\up3(),)≥[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根据EMRM迭代首步的bEQ\*jc3\*hps8\o\al(\s\up3(),)，计算KEQ\*jc3\*hps8\o\al(\s\up3(),)与K否K≥[K0]是根据EMRM迭代末步的bEQ\*jc3\*hps7\o\al(\s\up3(),)，调整所有不满足KEQ\*jc3\*hps8\o\al(\s\up3(),)≥[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计算KEQ\*jc3\*hps7\o\al(\s\up3(),)、K和否K≥[K]是ddEQ\*jc3\*hps8\o\al(\s\up2(),)_dEQ\*jc3\*hps8\o\al(\s\up2(),)dEQ\*jc3\*hps8\o\al(\s\up2(),)≤ε是根据模数要求确定各构否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优化循环参数i=i+1件截面尺寸b)基于满足构件承载力要求的结构设计方案，采用EMRM迭代末步的塑c)基于前2个步骤得到的满足构件和主拱非线性稳定承载安全的结构设计方案，进EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(c),k)EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(e),k)其中，rEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(e),k)按A.2计算。KEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(C),1)=1/bEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(C),1)····························································K1=min(KEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(C),1)|C=1,2,…,")············EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(C),1)K1——构件承载力设计时的构件计算安全系数。c)构件承载力设计的构件截面调整符合下列规定：xEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(C),1)=αEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(C),1)xEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(C),0)········································································(C.4)EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(C),0)EQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(C),1)KEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(C),M)=1/bEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up4(C),M)···························································Ks=min(KEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up