桥梁工程15-钢管混凝土拱桥简介

1、2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介12021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介2钢管混凝土 （concrete filled steel tube， 简称CFST）是一种组合材料，将其应用于拱桥 ，一方面提高了材料的强度与刚度，另一方面方便了施工 。一一. .概述概述2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介3钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。钢管混凝土的原理可类比于螺旋配筋的钢筋混凝土柱来比拟：核心混凝土在密集的螺旋筋的作用下处于三向受压状态，因而使得核心混凝土的抗压强度明显提高 。由于钢

2、管对混凝土的紧箍力作用，大大提高管内混凝土的承载力，反之，混凝土对钢管的约束作用，提高了钢管抗失稳的能力，二者结合是完美的。工作原理工作原理2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介4一一. .概述概述借助内填砼增强钢管壁的稳定性；借助钢管对核心砼的套箍作用提高砼强度工作原理工作原理2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介5一一. .概述概述早期钢管混凝土结构多用于桥梁工程的基础工程之中。随着对钢管混凝土构件工作性能的深入研究以及计算机技术的不断发展，从八十年代开始钢管混凝土开始用于拱桥结构。1990年以来钢管混凝土拱桥（concret

3、e filled steel tubular arch bridge，简称CFST arch bridge） 在我国的发展很快 。已建成的桥梁有 建成的桥梁有200多座。2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介6由于钢管混凝土结构的重量相对较轻，加之拱桥的转体施工技术，使得拱桥的跨径大幅度增加。此外钢管混凝土柱也大量地用于桥梁下部结构，以使得桥梁结构更加秀丽美观。钢管混凝土拱桥在应用过程中，发展出一些新的桥型 ，如刚架系杆拱 ，悬臂施工技术和转体施工技术等也有很明显的进步。然而，其设计计算理论还不完善，有待今后的努力 。2021/11/17第第13章章 钢管混凝土

4、拱桥简介钢管混凝土拱桥简介7哑铃形哑铃形单圆管单圆管二二. .截面形式截面形式2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介8钢管混凝土钢管混凝土 桁拱的截面形式桁拱的截面形式2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介92021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介102021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介11丫髻沙大桥丫髻沙大桥2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介12上海卢浦大桥总体布置图上海卢浦大桥总体布置图2021/11/17第第13章章 钢管混凝

5、土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介132021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介14上海卢浦大桥曾经是世界上主拱桥最长的拱桥、钢上海卢浦大桥曾经是世界上主拱桥最长的拱桥、钢拱桥，其于拱桥，其于20092009年年4 4月被重庆的朝天门长江大桥超月被重庆的朝天门长江大桥超越。越。它也是世界上首座完全采用焊接工艺连接的大型拱它也是世界上首座完全采用焊接工艺连接的大型拱桥（除合拢接口采用栓接外），现场焊接焊缝总长桥（除合拢接口采用栓接外），现场焊接焊缝总长度达度达4 4万多米，接近上海市内环高架路的总长度。万多米，接近上海市内环高架路的总长度。卢浦大桥像澳大利亚悉尼的海湾大桥一

6、样具有旅游卢浦大桥像澳大利亚悉尼的海湾大桥一样具有旅游观光的功能。观光的功能。2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介15卢浦大桥全长卢浦大桥全长39003900米，主拱桥长米，主拱桥长550550米，拱顶高于米，拱顶高于江面江面100100米。比米。比19771977年建成的世界上主拱桥第二长年建成的世界上主拱桥第二长美国美国FayettevilleFayetteville新河谷桥长新河谷桥长3232米，完工于米，完工于20032003年年6 6月月2828日，建成时曾经号称日，建成时曾经号称“世界第一拱世界第一拱”。大桥。大桥建造耗资约建造耗资约2525亿元人

7、民币。亿元人民币。我国著名桥梁设计大师林元培，他是上海市南浦大我国著名桥梁设计大师林元培，他是上海市南浦大桥、杨浦大桥、徐浦大桥和卢浦大桥以及东海大桥桥、杨浦大桥、徐浦大桥和卢浦大桥以及东海大桥的总设计师。的总设计师。2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介162021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介172021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介182021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介192021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介20三三. .钢

8、管混凝土的优点钢管混凝土的优点力学性能好力学性能好1.1.对于混凝土，处于三向受压状态，强度可提高对于混凝土，处于三向受压状态，强度可提高5050以上；以上；2.2.对于钢管，内灌混凝土确保其局部稳定性，加劲对于钢管，内灌混凝土确保其局部稳定性，加劲肋可大大减少；肋可大大减少；3.3.在同等抗力下，钢管混凝土比钢筋混凝土截面可在同等抗力下，钢管混凝土比钢筋混凝土截面可以更小，延性更好。以更小，延性更好。2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介21三三. .钢管混凝土的优点钢管混凝土的优点施工方便快捷施工方便快捷1.1. 无需支架，无需模板，采用泵送混凝土，施工无需

9、支架，无需模板，采用泵送混凝土，施工快捷方便；快捷方便；2.2. 具有钢桥施工的优点，可以大节段制造、运输、具有钢桥施工的优点，可以大节段制造、运输、吊装；吊装；3.3. 当荷载逐步增大时，截面亦同步形成，结构抗当荷载逐步增大时，截面亦同步形成，结构抗力逐步增大，不需因施工荷载而浪费材料。力逐步增大，不需因施工荷载而浪费材料。2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介22三三. .钢管混凝土的优点钢管混凝土的优点减轻了桥梁上部结构的自重减轻了桥梁上部结构的自重与钢筋混凝土相比，节约材料与钢筋混凝土相比，节约材料50%50%。防腐、防火性能好防腐、防火性能好 结构造型

10、美观结构造型美观提高了拱梁组合体系拱桥的跨越能力提高了拱梁组合体系拱桥的跨越能力特别适合于修建拱桥特别适合于修建拱桥: :拱为压弯构件，钢管砼以受压为主；拱为压弯构件，钢管砼以受压为主；拱桥施工问题拱桥施工问题2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介23四四. .钢管混凝土的不足钢管混凝土的不足u钢管与钢管或其它构件的连接构造复杂，不便钢管与钢管或其它构件的连接构造复杂，不便于施工；于施工；u防腐、涂装的要求比钢结构更高；防腐、涂装的要求比钢结构更高；u管内填充混凝土在收缩、温度等效应作用下，管内填充混凝土在收缩、温度等效应作用下，容易与钢管脱空，失去良好的黏结性

11、，变成容易与钢管脱空，失去良好的黏结性，变成【钢管钢管混凝土混凝土】结构结构u 施工难度大，需要支架；施工难度大，需要支架；u 跨度增大时，恒载所占比例太大；经济性差跨度增大时，恒载所占比例太大；经济性差2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介24五五. .钢管混凝土拱桥的构造钢管混凝土拱桥的构造我国第一座钢管混凝土拱桥即四川旺苍东河大桥始我国第一座钢管混凝土拱桥即四川旺苍东河大桥始建于建于19901990年年1010月，其跨度为月，其跨度为115m115m，矢跨比为，矢跨比为1/61/6。二十世纪建成的钢管混凝土拱桥中，跨径最大的是二十世纪建成的钢管混凝土拱桥中

12、，跨径最大的是广西的三岸桥。其跨径为广西的三岸桥。其跨径为270m270m，矢跨比，矢跨比1/51/5，19991999年建成。巫峡长江大桥的跨径达年建成。巫峡长江大桥的跨径达400m400m，其矢跨比为，其矢跨比为1/51/5。2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介25五五. .钢管混凝土拱桥的构造钢管混凝土拱桥的构造包括：包括：钢管混凝土拱肋钢管混凝土拱肋立柱或吊杆立柱或吊杆横撑横撑行车道系行车道系下部构造下部构造2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介26五五. .钢管混凝土拱桥的构造钢管混凝土拱桥的构造1.1.矢跨比矢跨比：

13、1/81/81/41/4，取决于桥面支承方式及地形，取决于桥面支承方式及地形特点；特点； 2.2.拱轴线拱轴线：悬链线或二次抛物线（多采用）；：悬链线或二次抛物线（多采用）；2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介27五五. .钢管混凝土拱桥的构造钢管混凝土拱桥的构造3.3. 拱肋构造拱肋构造： 大跨径拱桥一般选择格构式截面，这样一来，每一大跨径拱桥一般选择格构式截面，这样一来，每一根弦杆基本上都是轴心受压构件，充分利用钢管混根弦杆基本上都是轴心受压构件，充分利用钢管混凝土材料。凝土材料。L=60L=6080m80m，桥宽较小，采用单管；，桥宽较小，采用单管；L=

14、80L=80130m130m，桥宽较大，采用双管（哑铃形、三角，桥宽较大，采用双管（哑铃形、三角形桁架）；形桁架）；L130mL130m，桥宽较大时，采用四管、六管组成的桁架，桥宽较大时，采用四管、六管组成的桁架（四肢梯形单哑铃形及四肢双哑铃形）。（四肢梯形单哑铃形及四肢双哑铃形）。2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介28五五. .钢管混凝土拱桥的构造钢管混凝土拱桥的构造3.3. 拱肋构造拱肋构造： 钢管材料：钢管材料：16Mn16Mn钢、钢、15Mn15Mn、或、或A3A3钢；可采用无缝钢钢；可采用无缝钢管，也可采用钢板卷制而成，钢板厚度不宜小于管，也可采用

15、钢板卷制而成，钢板厚度不宜小于12mm12mm。钢管直径：一般情况下钢管直径：一般情况下 D=8001500mmD=8001500mm。钢管壁厚：钢管壁厚：t=1220mmt=1220mm。2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介29五五. .钢管混凝土拱桥的构造钢管混凝土拱桥的构造4.4. 混凝土混凝土：一般选用：一般选用C40C40以上的标号（以上的标号（C50C50、C55C55），要求采用高流动性、低收缩），要求采用高流动性、低收缩 或微膨胀混凝土或微膨胀混凝土 ，免振自流平，以便于泵送免振自流平，以便于泵送5.5. 横撑横撑( (风撑风撑) )：无横撑、

16、：无横撑、I I形横撑、形横撑、 K K形横撑、形横撑、 X X形形横撑、横撑、 （靠背式）稳定拱等。（靠背式）稳定拱等。2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介30五五. .钢管混凝土拱桥的构造钢管混凝土拱桥的构造6.6. 桥面系桥面系2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介31五五. .钢管混凝土拱桥的构造钢管混凝土拱桥的构造7.7. 横梁横梁2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介32横梁可以采用混凝土结构或钢结构制作。截面可以采横梁可以采用混凝土结构或钢结构制作。截面可以采用箱型，也可采用用箱型，

17、也可采用“T”T”形，形，“I”I”型等。桥面宽度在型等。桥面宽度在30m30m以下时可以采用预应力混凝土结构，为缩短横梁计以下时可以采用预应力混凝土结构，为缩短横梁计算跨径，可采用简支双悬臂结构。算跨径，可采用简支双悬臂结构。30m30m以上时，建议采以上时，建议采用钢结构，若再采用混凝土结构，截面尺寸太大，横用钢结构，若再采用混凝土结构，截面尺寸太大，横梁自重大，不易吊装，也不利于拱肋的受力，令外粗梁自重大，不易吊装，也不利于拱肋的受力，令外粗大的横梁也破坏了桥梁的美观。大的横梁也破坏了桥梁的美观。五五. .钢管混凝土拱桥的构造钢管混凝土拱桥的构造8.8. 立柱立柱2021/11/17第第

18、13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介33在中承拱桥的上承部分，需设置立柱，用来支承桥面在中承拱桥的上承部分，需设置立柱，用来支承桥面系，是桥面系与拱肋之间的传力结构。主要有三种形系，是桥面系与拱肋之间的传力结构。主要有三种形式：钢筋混凝土立柱、钢管混凝土立柱和钢结构立柱。式：钢筋混凝土立柱、钢管混凝土立柱和钢结构立柱。五五. .钢管混凝土拱桥的构造钢管混凝土拱桥的构造9.9. 吊杆吊杆2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介34吊杆的构造与一般的斜拉索基本相似，常用的就是平吊杆的构造与一般的斜拉索基本相似，常用的就是平行钢丝和平行钢绞线两种，所用的锚具有

19、冷铸锚、钝行钢丝和平行钢绞线两种，所用的锚具有冷铸锚、钝头锚以及夹片群锚。钢丝一般为头锚以及夹片群锚。钢丝一般为5mm5mm和和7mm7mm两种。两种。我国已建成了多座专业的制索工厂，拉索的质量达到我国已建成了多座专业的制索工厂，拉索的质量达到国际水平，可根据设计人员提供的参数进行生产，大国际水平，可根据设计人员提供的参数进行生产，大大方便了拱桥的设计大方便了拱桥的设计 。五五. .钢管混凝土拱桥的构造钢管混凝土拱桥的构造吊杆的锚固吊杆的锚固2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介35设计中，应该注意的就是吊杆的上下端的锚固构造设设计中，应该注意的就是吊杆的上下端

20、的锚固构造设计。吊杆下端锚固与横梁，在预制横梁时应预留锚固计。吊杆下端锚固与横梁，在预制横梁时应预留锚固空间及其相应的构造。吊杆上端锚固与拱肋，可以直空间及其相应的构造。吊杆上端锚固与拱肋，可以直接穿过弦杆，锚于钢管上，也可设计专门的锚箱。并接穿过弦杆，锚于钢管上，也可设计专门的锚箱。并应该加强其防腐设计。应该加强其防腐设计。五五. .钢管混凝土拱桥的构造钢管混凝土拱桥的构造吊杆的锚固吊杆的锚固2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介36图14 吊杆系统示意图六六. .钢管混凝土拱桥的计算钢管混凝土拱桥的计算1.1.计算方法：计算方法：采用换算截面法，根据钢与混凝

21、土的采用换算截面法，根据钢与混凝土的弹性模量比，将钢换算成混凝土，按杆系结构、容弹性模量比，将钢换算成混凝土，按杆系结构、容许应力法进行弹性分析计算。许应力法进行弹性分析计算。换算面积：换算面积：n=Ec /Es；Areaequ =Astl +nAcon换算惯性矩：换算惯性矩：Iequ =Istl +nIcon弹性模量：采用混凝土弹性模量弹性模量：采用混凝土弹性模量2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介37六六. .钢管混凝土拱桥的计算钢管混凝土拱桥的计算内力及其组合；内力及其组合；结构整体稳定性验算；结构整体稳定性验算；构件应力验算；构件应力验算；构件强度验算

22、；构件强度验算；局部应力（强度）验算；局部应力（强度）验算；动力特性计算。动力特性计算。2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介38六六. .钢管混凝土拱桥的计算钢管混凝土拱桥的计算2.2. 施工阶段：施工阶段：根据截面形成过程及对应结构体系，根据截面形成过程及对应结构体系， 采用采用应力应力叠加法叠加法，进行应力验算、变形验算及稳定性检算。，进行应力验算、变形验算及稳定性检算。2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介39七七. .钢管混凝土拱桥的施工钢管混凝土拱桥的施工以钢管为拱圈外壁，在钢管内浇筑混凝土，使其形以钢管为拱圈外壁，在

23、钢管内浇筑混凝土，使其形成由钢管和混凝土组成的拱圈结构。成由钢管和混凝土组成的拱圈结构。由于管内填满了混凝土，提高了钢管壁受压的稳定由于管内填满了混凝土，提高了钢管壁受压的稳定性，钢管内的混凝土受钢管的约束，提高了混凝土性，钢管内的混凝土受钢管的约束，提高了混凝土的抗压强度和延性。在施工上，由于钢管的质量轻，的抗压强度和延性。在施工上，由于钢管的质量轻，刚度大，吊装方便，钢管的较大刚度可以作为拱圈刚度大，吊装方便，钢管的较大刚度可以作为拱圈施工的劲性骨架，钢管本身就是滑板，这些优点给施工的劲性骨架，钢管本身就是滑板，这些优点给大跨度拱桥的施工带来了极其有利的条件。大跨度拱桥的施工带来了极其有利

24、的条件。 2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介40七七. .钢管混凝土拱桥的施工钢管混凝土拱桥的施工施工程序：施工程序：1.1.搭架浇筑两边跨半拱搭架浇筑两边跨半拱2.2.拱肋制作，吊装拱肋制作，吊装3.3.杆安装杆安装4. 4. 浇筑拱肋钢管内混凝土，安装桥面系并同步浇筑拱肋钢管内混凝土，安装桥面系并同步张拉系杆，要求按设计程序浇筑管内混凝土，同张拉系杆，要求按设计程序浇筑管内混凝土，同时按增加的水平推力张拉系杆，以达到推力平衡时按增加的水平推力张拉系杆，以达到推力平衡。5. 5. 拆除边跨支架，安装边跨支座拆除边跨支架，安装边跨支座2021/11/17第第13章章 钢管混凝土拱桥简介钢管混凝土拱桥简介41七七. .钢管混凝土拱桥的施工钢管混凝土拱桥的施工管内混凝土的灌注管内混凝土的灌注形成钢管混凝土拱肋，钢管主形成钢管混凝土拱肋，钢管主拱吊装焊接完成后，检测拱轴线和高程符合设计要拱吊装焊接完成后，检测拱轴线和高程符合设计要求后即可进行管芯砼的浇注。求后即可进行管芯砼的浇注。主拱肋内砼灌注采用