钢管混凝土拱桥构造及施工

1、项目3：钢管混凝土拱桥构造及施工陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院桥梁施工课程组主 讲： 胡 娟桥梁施工精品资源共享课情境四 拱桥施工陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院任务导入任务导入通过对钢管混凝土拱桥通过对钢管混凝土拱桥构造构造及及施工施工的学习，能够的学习，能够了解了解钢管混钢管混凝土拱桥的特点凝土拱桥的特点，并能，并能掌握掌握各各组成部分的构造特点及作用组成部分的构造特点及作用，并进一步并进一步掌握掌握钢管混凝土拱桥钢管混凝土拱桥的的施工工艺施工工艺。陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院了解了解钢管砼钢管砼拱桥特点。拱桥特点。目标目标1 1能够能

2、够认识认识钢钢管砼拱桥各管砼拱桥各部分构造特部分构造特点及作用。点及作用。目标目标2 2能够能够掌握掌握钢钢管砼拱桥的管砼拱桥的施工工艺。施工工艺。目标目标3 3能力目标能力目标陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院任务一：认识钢管砼拱桥 钢管砼拱桥与沋河公园的两个拱桥有何区别？（形式上） 钢管砼拱桥的传力途径是什么？ 钢管砼拱桥有何优点？陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院简简 述述v 钢管混凝土简称为CFST（Concrete Filled Steel Tube）它属于钢混凝土组合结构中的一种，主要用于以受压为主的结构。v 钢管混凝土结构在桥梁工程中的应用已有100多

3、年的历史。我国是从1959年开始研究钢管混凝土的基本性能及研究。1963年首次在北京地铁车站工程中使用钢管混凝土柱。20世纪80年代才应用于我国桥梁工程的建设，但发展迅速。广东丫髻沙大桥（钢管混凝土拱桥、主跨360m、2000年建成）和四川万县长江公路大桥（劲性骨架混凝土拱桥、主跨420m、1997年建成），标志着我国在钢管混凝土结构方面处于世界领先水平。陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院沋河公园两个拱桥1. 1.钢管砼拱桥与沋河公园的两个拱桥有何区别？钢管砼拱桥与沋河公园的两个拱桥有何区别？( (形式上形式上) )资讯陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院资讯认识钢管

4、砼拱桥认识钢管砼拱桥此桥为此桥为飞雁式飞雁式中承钢中承钢管砼拱管砼拱桥，且桥，且为无推为无推力拱。力拱。钢管砼拱桥中砼三向受压，钢管对砼起着套箍的作用。钢管砼拱桥中砼三向受压，钢管对砼起着套箍的作用。陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院钢管混凝土的特点钢管混凝土的特点v钢管混凝土是在薄壁圆形钢管内填充混凝土而形成的一种复合材料。v它一方面借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性，同时又利用钢管对核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使其具有更高的抗压强度和抗变形能力。陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院 优点：总体性能方面：v由于钢管混凝土承载能力大，正常使用

5、状态是以应力控制设计，外表不存在混凝土裂缝问题，因而可以使主拱圈截面及其宽度相对的减小，这样便可以减小面上由承重结构所占的宽度，提高了中、下承式拱的桥面宽度的使用效率。施工方面：v 钢管相当于混凝土的外模，它具有强度高、刚度大、承载能力大、质量轻等优点，易于吊装或转体的特点，可以先将空管拱肋合龙，再压注管内混凝土，从而大大降低了大跨径拱桥施工的难度，省去了支模、拆模等工序，并可适应先进的泵送混凝土工艺。v 钢管是钢筋，兼有纵向钢筋和横向箍筋的作用，可同时受压拉。v 在受压构件中采用钢管砼，可大幅度节省材料。钢管混凝土的特点钢管混凝土的特点陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院 缺点对

6、于管壁外露的钢管混凝土，在阳光照射下，钢管膨胀，容易造成钢管与内填混凝土之间出现脱空现象；另外，由于施工中钢管先于管内混凝土受力，往往造成钢管应力偏高而混凝土不能发挥应有的作用。 形式：直接用做主拱结构即钢管砼；以钢管砼作为劲性骨架。钢管混凝土的特点钢管混凝土的特点陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院任务一解 答 钢管砼拱桥多为下承或中承，而沋河公园的两个拱桥为上承式。荷载桥面系横梁吊杆拱肋系杆下部结构钢管对砼起到套箍作用，使砼三向受力，有利于承载力发挥。陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院 钢管砼拱桥由哪几部分组成？（各自的名称） 各组成部分的形式有哪些及各自的作用？

7、任务二：了解钢管砼拱桥陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院资讯了解钢管砼拱桥组成了解钢管砼拱桥组成钢管砼钢管砼拱肋拱肋横撑横撑立柱立柱（吊杆）（吊杆）下部构造下部构造系杆系杆横梁横梁桥面系桥面系陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院了解钢管砼拱桥了解钢管砼拱桥资讯系杆系杆陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院资讯钢管砼拱肋钢管砼拱肋单肢型断面：单肢型断面：构构造简单、受力明造简单、受力明确确，但跨径过大，但跨径过大则须相应增大钢则须相应增大钢管直径和壁厚，管直径和壁厚，使钢管制作和混使钢管制作和混凝土浇注都不太凝土浇注都不太方便；适用于方便；适用于80m80m以

8、内以内的小跨径拱的小跨径拱桥。桥。a) 单肢型陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院资讯钢管砼拱肋钢管砼拱肋双肢哑铃型断面：双肢哑铃型断面：断面断面抗压刚度大抗压刚度大，纵向抗弯刚度也纵向抗弯刚度也大大，是较理想的，是较理想的断面型式。缺点断面型式。缺点是是侧向刚度相对侧向刚度相对较小较小，桥面以上，桥面以上必须设置风撑以必须设置风撑以确保横向稳定。确保横向稳定。适用于适用于80m80m120m120m跨径跨径的拱桥。的拱桥。b) 双肢哑铃型陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院资讯钢管砼拱肋钢管砼拱肋三角形格构三角形格构型断面：型断面：纵纵向刚度大，向刚度大，横向刚度也横

9、向刚度也大大，适合于，适合于无风撑的钢无风撑的钢管混凝土拱管混凝土拱桥上。桥上。c) 三角形格构型拱肋拱肋d) 集束型陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院资讯钢管砼拱肋钢管砼拱肋四肢格构型断面：四肢格构型断面：由钢管、腹杆和横由钢管、腹杆和横联组成桁片；断面联组成桁片；断面高度根据跨径和大高度根据跨径和大小决定，而宽度则小决定，而宽度则视跨径和桥面宽度视跨径和桥面宽度确定。确定。常用于大跨常用于大跨径。径。e) 四肢格构型陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院 断面型式确定后，钢管直径及壁厚就直接影响着结构强度。考虑到防腐等要求，壁厚不宜小于12mm 。%10%5 混混凝

10、凝土土面面积积钢钢管管面面积积含含钢钢率率不能发挥钢管不能发挥钢管混凝土弦杆的混凝土弦杆的套箍作用套箍作用浪费钢材浪费钢材 钢管应采用16Mn钢15Mn或A3钢；可采用成品无缝钢管或由钢板卷制加工而成。钢管直径较大或壁厚超过常用规格时，可由钢板冷卷或热压后焊接而成。焊缝质量必须采用超声波或X射线检测，以确保全桥安全。钢管钢管陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院资讯钢管砼横撑钢管砼横撑一形、一形、H H形形横撑陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院资讯钢管砼横撑钢管砼横撑K K形形横撑陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院资讯钢管砼横撑钢管砼横撑X X形形横撑陕西

11、铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院资讯吊吊 杆杆吊杆的构造与吊杆的构造与一般的斜拉索一般的斜拉索基本相似，常基本相似，常用的为用的为和和两种，所用两种，所用的的有有。吊 杆陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院资讯中中 横横 梁梁 通 过 吊通 过 吊杆相连，起杆相连，起到支承桥面到支承桥面板的作用。板的作用。中横梁中横梁陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院资讯系系 杆杆系杆一般系杆一般采用采用。平衡拱的平衡拱的水平分力。水平分力。系系 杆杆陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院资讯桥面系桥面系陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院 任务二解

12、答任务二解答单肢、双肢亚铃、三肢单肢、双肢亚铃、三肢格构、四肢格构、集束形（不常用）格构、四肢格构、集束形（不常用）横撑：横撑：一字、一字、H H形、形、K K形、形、X X形形系杆：系杆：体外无粘结预应力体外无粘结预应力拱肋拱肋( (承压为主承压为主) )、横撑（加强横向稳定）、吊杆及、横撑（加强横向稳定）、吊杆及横梁（传力）、系杆（平衡水平分横梁（传力）、系杆（平衡水平分力）。力）。陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院 钢管砼拱桥施工工艺？ 钢管砼拱桥施工还可以采用什么方法？任务三：掌握钢管砼拱桥施工陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院通过对工程案例的学习，能够掌握

13、钢管混凝土拱桥的施工工艺及施工方法，了解施工中应注意的问题。陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院v苏州寒山大桥主桥采用三跨苏州寒山大桥主桥采用三跨24m+84m+24m钢管混凝钢管混凝土无推力中承式系杆拱桥，东西引桥均采用土无推力中承式系杆拱桥，东西引桥均采用720m预应力混凝土空心板梁桥，大桥全长预应力混凝土空心板梁桥，大桥全长422m。主桥桥。主桥桥面宽面宽38.5m，引桥宽，引桥宽36m，设计为，设计为双向六车道双向六车道。v下部结构均为混凝土构筑物，主要包括下部结构均为混凝土构筑物，主要包括主拱座主拱座及及横横系梁、边墩墩柱，混凝土主拱肋系梁、边墩墩柱，混凝土主拱肋和和边拱

14、肋边拱肋、端横梁端横梁、主、边跨中横梁、拱上立柱、斜撑、横撑梁、主、边跨中横梁、拱上立柱、斜撑、横撑梁及及桥桥面板面板等。等。陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院寒山大桥主桥钢管寒山大桥主桥钢管拱矢高拱矢高21m，主跨布置吊杆，主跨布置吊杆横梁横梁13片片，间距，间距5.0m，其上简支布设钢筋混凝土槽形行车道，其上简支布设钢筋混凝土槽形行车道板，与中横梁构成悬挂飘浮体系。板，与中横梁构成悬挂飘浮体系。钢管拱肋为钢管拱肋为哑铃形截面哑铃形截面，高，高2.2m，宽，宽0.9m，腔内灌，腔内灌注注C50微膨胀混凝土。边跨设计为具有体外预应力梁微膨胀混凝土。边跨设计为具有体外预应力梁式结构

15、的钢筋混凝土拱肋，高式结构的钢筋混凝土拱肋，高2.4m，宽，宽2.0m，端部，端部锚有强大的预应力钢绞线系杆。锚有强大的预应力钢绞线系杆。主桥主桥桥面纵坡桥面纵坡设计为设计为R=2500m的竖曲线的竖曲线，横坡，横坡2%。陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院寒山大桥主跨布置简图寒山大桥主跨布置简图24m84m24m陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院主拱肋支架钢管桩基础施工陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院主拱肋支架铺设底模陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职

16、业技术学院砼边拱肋施工陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院砼边拱肋浇筑混凝土陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院砼边拱肋施工陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院中跨中横梁预制施工 主拱中横梁长主拱中横梁长36.2m，宽，宽0.55m，高，高2.1米，计算跨径米，计算跨径32.2m，属超宽横梁。单片横梁重达，属超宽横梁。单片横梁重达70吨，其中砼：吨，其中砼：23.7m3，钢筋：，钢筋：7.41t，采用，采用j15.24高强度低松驰预应高强度低松驰预应力钢绞线力钢绞线1.983t，OVM15-9、OVM15-7两种锚具。两种锚具。陕西铁路工程职业技术学院陕西铁

17、路工程职业技术学院待立模的中横梁钢筋骨架陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院中跨中横梁预制场陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院边跨中横梁施工陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院待浇筑的端横梁陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院混凝土斜撑施工陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院钢管拱浮运吊装 寒山大桥主桥钢管拱采用浮运吊装法架设，在运河东岸桥址南侧顺桥向设组拼场地，各节段拱肋组拼、焊接成拱后由龙门桁车配合浮吊运至岸边，再用80t和50t两台大吨位变幅式起重船吊装就位。 方案具有简单易行、安全可靠、对通航河道影响小、投入少、经济等特点。

18、陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院钢管拱试吊装钢管拱试吊装待吊装的钢管拱待吊装的钢管拱陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院钢管拱浮运吊装上游拱肋钢管拱浮运吊装上游拱肋陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院钢管拱拱脚对接钢管拱拱脚对接陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院钢管拱架设控制测量钢管拱架设控制测量陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院浮运吊装下游拱肋浮运吊装下游拱肋陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院横撑焊接及钢管拱拱脚临时固接陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术

19、学院 混凝土应选取用高标号，采用泵送工艺。为保证混凝土能填满钢管，应采用减水剂和膨胀剂；同时掺入适量粉煤灰，以降低水化热、减少水泥用量，提高混凝土的和易性和可泵性，减少收缩。0 . 3)()()()(3 . 0 cctsAffA抗抗压压强强度度设设计计值值核核心心混混凝凝土土截截面面积积抗抗拉拉强强度度设设计计值值钢钢管管截截面面积积套套箍箍指指标标砼等级较高时，将因钢管的套箍能力不足而引起的脆性破坏砼等级较低时，结构会在使用荷载下产生塑性变形弹性工作阶段，破坏前有足够的延性钢管混凝土浇筑钢管混凝土浇筑陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院钢管混凝土浇筑钢管混凝土浇筑v人工浇筑法 用

20、索道吊点悬吊活动平台，在钢管拱肋顶部每隔4m开孔作为灌注孔和振捣孔。砼由吊头至拱肋灌注孔，砼由人工铲进，插入式和附道式振捣器振捣。一般使用在拱肋截面为单管、哑铃形。 哑铃形浇筑程序：先腹板、后下管、再上管。加载顺序：从拱脚向拱顶，按对称、均衡的原则进行。并可通过严格控制拱顶上升及墩顶位移来调整浇筑顺序，以使施工中钢管拱肋的应力不超过规定值，并保证拱肋的稳定性。陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院v泵送顶升浇筑法 适用于桁架式钢管拱肋内砼的浇筑，也可用于单管、哑铃形等实体形拱肋截面的砼浇筑。一般输送泵设于两岸拱脚，对称均衡地一次压注砼。在钢管上应每隔一定距离开设气孔，以减小管内空气压

21、力。泵送砼之前，应先用压力水冲洗钢管内壁，再用水泥沙浆通过，然后连续泵送砼。用泵送顶升法浇筑管内砼，一般应按设计规定的浇筑顺序进行。宜采用先钢管后腹箱的程序。如设计无规定，应以有利于拱肋受力和稳定性为原则进行浇筑，并严格控制拱肋变位。钢管混凝土浇筑钢管混凝土浇筑陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院v注意事项每根钢管的砼须由拱脚至拱顶一次连续浇筑完成，不得中断，且浇筑完成时间不宜超过第一盘入管砼的初凝时间。当钢管直径较大，砼初凝时间内不能浇完一根钢管时，可设隔板把钢管分为3段或5段、分段灌注。隔板钢板厚度应大于1.5倍钢管壁厚。下一段开口应紧靠隔板，使两段砼通过隔板严密结合。隔板周边

22、应与钢管内壁焊接。浇筑入口应设在浇筑段根部，应从两拱脚向拱顶对称浇筑。用顶升法浇筑时，严禁从部或顶部抛灌。浇筑砼的前进方向，应每隔30m左右设一个排气孔，有助于排出空气，提高管内砼的密实度。钢管混凝土浇筑钢管混凝土浇筑陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院v注意事项桁式钢管拱肋砼的浇筑顺序，一般为先下管、后上管或上、下管和相邻管的砼浇筑按一定程序交错进行或按设计要求进行。浇筑时环境气温应大于5 。当环境气温高于40 ，钢管温度高于60 时，应采取措施降低钢管温度。因浇筑管道较小，要求砼有较高的和易性，为减小砼凝结时收缩，施工时应加入适量的减水剂和微膨胀剂，并注意振捣密实。钢管中浇灌砼强度等级宜选用C30-C50.管内砼的配合比及外掺剂等，应通过设计、试验来确定，施工中须严格管理，以确保钢管砼的质量。大跨径钢管砼拱桥，砼可以分环分段浇筑，灌注时应从拱脚向拱顶对称进行。大跨径拱肋灌注砼时应对拱肋变形和应力进行观测，并在拱顶附近配置压重，以保证施工安全。钢管混凝土浇筑钢管混凝土浇筑陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院中横梁吊装施工中横梁调整标高陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职业技术学院吊装桥面板陕西铁路工程职业技术学院陕西铁路工程职