一级结构师

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三、拱肋截面构造

钢管混凝土拱桥的拱助，当跨径不大时可采用单管截面。单管截面主要有圆形和国端形，单圆管加工简单，抗扭性能好，抗轴向力性能由于紧箍力作用显示出优越性，但抗弯效率较低，主要用于跨径不大(80米以下)的城市桥梁和人行桥中。

肋拱桥中绝大部分为哑铃形断面，跨径从几十米到160m，以100m附近为多。哑铃形截面较之单圆管截面，截面抗弯刚度较大，类似于工字形截面，但由于两圆管的直径与高度之比在1/2.5附近，因而不能视为钢管混凝土格构式截面。腹腔内的混凝土受钢板横向套箍作用机理复杂，缺乏研究，若采用钢管混凝土理论计算，计算将很复杂。由于钢管混凝土拱桥设计理论滞后，现行的计算方法常将其作为钢筋混凝土结构，使这一矛盾并不突出，且考虑到腹腔内混凝土处于中和轴附近，设计计算常将其忽略，而只计及自重。

哑铃形截面的腹板与圆管相接的交角较小，而且上下两管弯曲成型后，腹板的焊接有较大的残余应力，所以加工较为困难，质量不易得到保证。在灌注混凝土过程中，腹板受混凝土压力的作用容易外鼓，所以有时需有拉杆对拉或采用其他措施，这使得较为构造复杂。 从经济角度来说，钢管混凝土构件中钢管的作用较大、所占的造价比重也较大，理应将钢材尽可能地安排在外留(即不计混凝土时，应是箱形断面)，而哑铃形截面并没有使所有的钢材都处于截面的外围。这同钢筋混凝土构件将矩形截面变形工字形截面的效果不同。所以钢管混凝土拱桥，在跨径较小时可采用单臂截面，在跨径增大以后应采用行武断面，采用哑铃形截面的跨径范围不应像目前这样广泛。

桥式拱助能够采用较小的钢管直径取得较大的纵横向抗弯刚度，且杆件以受轴向力为主，能够充分发挥材料的特性，对跨径超过100米的钢管混凝土拱桥，桁肋是一个比较合适的截面形式。前苏联30年代建造的NceTb河铁路拱桥，即为二铰变截面桁拱。

我国较早出现的桁拱断面为横向哑铃形桥式，其上下为两个横哑铃形断面，腹杆用钢管桁片，广东南海三山西大桥(主跨200米，带悬臂中承式刚架系杆拱)、陕西延安王家坪延河大桥(净跨l90m，中承式)等桥采用这种形式。这种截面形式，根哑铃形缀板中的混凝土较之前述的哑铃形断面对加大抗弯刚度有较大的作用，但这种截面的钢一混凝土横腹板的受力特性与国钢管混凝土相差很大，同样存在着设计计算上不能采用套箍理论的问题。因此，其后又发展了混合式的桁式断面。这种断面，上弦采取横哑铃形，下弦两根钢管采用钢管下平联联结。上弦为了缩短缀板的长度，宽度较下弦为短而形成梯形断面，河南安阳文峰立交桥(主跨135m，下承式刚果系杆拱)、四川高谷乌江大桥(净跨150m，中承式)等桥采用这一形式。

直接采用多肢桁式(格构式)断面的钢管混凝土肋拱近年来有较多采用的趋势。这种拱助弦杆采用钢管混凝土材料，腹杆和平联均采用钢管，它较之横哑铃形桥式截面，材料省自重轻，跨越能力强。同时，由于各肢以受轴向力为主，更易于采用钢管混凝土理论进行计算。在多肢桁式断面中，四肢最为常见，截面的高度与宽度之比在2：回附近较为合理，拱肋的面外稳定性主要通过横向联系来保证。福建闽清石潭溪大桥(净跨136m，中承式)、沈阳浑河长青大桥(净跨140m，中承式)、四川眉山根江大桥(主跨206m，带悬臂中承式刚架系杆供)、广西三岸色江大桥(净跨270m，中承式)等桥采用了完全桁式断面。

另外，还有一种采用集束钢管混凝土的肋拱桥。这种结构加工量少，材料用量比桁拱多，未被桥梁界普遍接受，其受力性能有待实践与理论验证。

钢管混凝土材料的显著优点之一是在构件受压时，钢管对混凝土的紧箍力作用使混凝土的受压强度得到提高。为使这一优势得到充分发挥，应采用强度较高的钢材，但含铜率不必太大。在钢管混凝土拱桥中通常合钢车在5%～12%之间。但日前有些钢管混凝土拱桥的拱肋合钢车接近 20% 。通常所说的钢管混凝土结构其合钢率在20%以下。接近或超过20%则其受力性能与钢结构相近。钢管管壁较厚时，钢管的局部屈曲问题并不突出，填充混凝土的必要性不足，而且钢管的加工也困难。因此，采用太高的含铜率是不经济、不合理的。

因为有钢管的套箍作用、而且拱式结构常以稳定控制，所以管内混凝土的强度不必要求太高，一般采用C40。但由于现在混凝土标号的提高不会使造价成倍增加，所以也有采用C50甚至C60o

四、桥面系

钢管混凝土拱桥除拱梁组合体系桥面系为以纵梁为主外，其余均以横梁为主结构。它将横梁设置于立柱上或吊杆下，然后纵向铺设桥面板(梁)。活载经桥面系通常横梁传给立柱或吊杆，立柱或吊杆再将荷载传给拱肋。

这种桥面系不参与总体受力，属于局部受力传力结构，其单位自重不随着桥梁跨径的增加而明显增加，这也是这类拱桥跨径可以较大的原因之一。在已建成的钢管混凝土中下承式拱桥中，主拱跨径在五六十米时，吊杆间距一般在4m左右;主供跨径在60～150m时，吊杆间距在5～10m之间;跨径超过150m以后，吊杆间距宜在12m附近。吊杆间距再大以后，桥面板的自重会增加较多，建筑高度也会随之增大，这对中下承式供，特别是下承式拱的总体经济性是不利的。当然，无论桥梁跨径多大，一成不变地采用4m，5米的吊杆间距也是不合理的。因为在这种非拱架组合体系拱桥的桥面系中，桥面板和横梁中活载占总荷载的比例较大，而吊杯及其错具的受力更是以活载(尤其是挂车荷载)控制，在4～12m的吊杯间距范围内，吊杆、横梁、桥面板的受力并不随着吊杆间距的增大而明显增大。因此，随着桥梁跨径的增大，吊杆的间距适当地加大，总体经济效益是好的，而且也符合审美的需要。

钢管混凝土拱桥由于拱助截面的轻型化，使得桥面系在恒载中所占的比例上升。无论是从结构还是从施工方面来说，桥面系的轻型化问题都显得十分必要。尤其是宽桥，横梁的受力很大，其重量在桥面系自身中所占的比例也很大。横梁的跨度一般等于两拱助的中距。横梁所承担的荷载长度为两吊杆或立柱的间距。当横梁跨径在10m附近时，通常采用钢筋混凝土构造;在20m附近时，则应采用预应力构造;跨径更大时，可以考虑采用钢一混凝土或钢一预应力混凝土叠合梁构造。

广州丫髻沙大桥主跨 360米，桥面侧向总宽度 32.4m(含分隔带)，吊杆横梁采用了钢一混凝土组合梁。横梁计算跨径31.62m和 35.5米，钢横梁为二字形，桥面横坡通常横梁腹板的变化形成。一根钢横梁的自重在30t左右，吊装后在其顶板上浇筑混凝土约18t，总重仅46t左右。若采用预应力混凝土梁则重达100t左右，结构自重和吊装重量均大很多。

深圳北站大桥是一座城市跨铁路站场的立交桥，主跨 150m，桥宽 23.5米。横梁采用预应力钢一混凝土组合梁。利用纵铺的预应力空心桥面板作为组合梁受压翼缘的一部分，组合梁中的钢梁采用了高托座预应力钢箱梁。

五、结束语

钢管混凝土拱桥是一种优势明显、极具发展潜力的桥型，及时总结其应用经验是非常必要的，而开展深入系统的研究则更为重要。然而到目前为止，除少数研究单位进行了为数有限的钢管混凝土拱桥受力全过程性能、极限承载力、温度应力、混凝土徐变等实验室模型试验和理论外，大部分的研究是针对具体桥梁进行的实桥测试、验证性试验和以大型通用程序为主的有限元分析，动力性能研究则更少，对钢管混凝土拱桥受力性能的研究还缺乏深入细致和全面系统的了解。这就使得我国钢管混凝土拱桥的大规模应用缺乏必要的技术准备，实际应用带有较大的盲目性。在实际应用方面，目前还未有钢管混凝土拱桥的设计与施工技术规范，使得工程设计与施工无章可循，这可能给工程造成浪费和留下质量问题和安全隐患。因此建议有关方面应重视钢管混凝土拱桥的技术研究，投入较多的经费，组织科技攻关;尽快制定颁发钢管混凝土拱桥的设计与施工规范，以使这一具有中国特色的桥梁结构显示其应有的技术先进性的经济合理性。在当前的情况下，应慎重发展钢管混凝土拱桥，尤其是大跨径、大规模的钢管混凝土拱桥。

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（责任编辑：中大编辑）

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