浅谈钢管混凝土在桥梁工程中的优点及展望

Word版本，下载可自由编辑浅谈钢管混凝土在桥梁工程中的优点及展望钢管混凝土是在工程中常常会用到的，薄壁钢管内填充一般混凝土而形成的钢管混凝土构件演化基础来自劲性钢筋与螺旋配筋混凝土，按截面形式的不同，分为圆钢管混凝土、方钢管混凝土和多边形钢管混凝土。钢管与混凝土协同作用，将钢管抗拉性能和混凝土抗压性能结合在一起，克服了混凝土材料比强度小和钢管刚度小的缺点，两者结合在一起具有承载力高塑性和韧性佳。近年来，钢管混凝土结构以其优异性能在桥梁工程领域获得广泛应用。

1钢管混凝土的进展与应用

早在19世纪80年月，钢管混凝土作为桥墩被应用于桥梁工程中，随后凭借其独特的力学性能，被广泛应用于桥梁结构的其他结构部件。1879年英国Severn铁路桥的桥墩采纳了钢管混凝土，1985年SakinoK等对圆形钢管混凝土轴心受压构件举行了三种不同方式的加载实验；1997年Knono等讨论在钢管中填充废弃混凝土，其实验表明具有良好的延展性，且可达到混凝土循环通过。我国开头将钢管混凝土应用于桥梁始于20世纪50年月，1963年北京地铁车站采纳了钢管混凝土柱。随着科学技术的进展，大跨、高耸、重载桥梁的需求日益增高。我国四川省1990年建成的旺岗天桥为下承式系杆钢管混凝土桥，跨度110m；广州丫髻沙大桥为中承式钢架系杆钢管混凝土桥，跨度为300m；四川省巫山长江大桥为钢管混凝土拱桥，跨度为400m。这些桥梁的建成标志着我国钢管混凝土结构的讨论与应用水平已提高至一个新高度。

2钢管混凝土结构的优点

因为混凝土的存在，钢管的刚度大大提升，而钢管的套箍作用可使混凝土处于侧向受压状态，成倍提升其抗压强度。钢管混凝土组合结构将两者结合在一起，共同发挥作用。

2.1延性好

据有关试验数据表明：钢管混凝土轴向压缩到原长的2/3时，但仍有一定的承载能力，剥去钢管后，内部混凝土虽已有很大程度的鼓凸褶皱，但仍保持完整。在压弯剪循环荷载作用下，其吸附能力强，两者互相作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性变为塑性破坏，构件的延性性能大大提升。

2.2承载力高

因为构件受压时，管内混凝土处于三向受压状态，使钢管混凝土强度显然提升，此外内填混凝土可加强管壁稳定性，充分发挥混凝土优越性，使其具有很高的抗压强度和抗变形能力。经试验证实，钢管混凝土柱的抗压承载力为混凝土柱的一倍以上，同时抗剪承载力也比钢筋混凝土柱高出许多。

2.3抗震性能优越

抗震性能是指在地震或动载作用下，具有良好的吸能性和延性。在这方面，较钢筋混凝土构件，钢管混凝土构件抗震性能优越，在一些建造中钢柱经常要采纳很厚的钢板以确保局部稳定性，但还常发生塑性弯曲后丧失局部稳定，在压弯反复荷载作用下，弯矩曲率滞回曲线表明：钢管混凝土结构吸附性能特殊好。因此，钢管混凝土柱的抗震性能也优于钢柱。

2.4耐火性能好

钢管混凝土内填核心混凝土能够汲取大量的热量，因此遭受火灾时可减慢钢柱的升温速度，并且即使钢柱屈服，混凝土仍可承受大部分轴向荷载，防止结构崩塌，因而钢管混凝土结构具有很好的耐火性。此外，经试验数据表明：达到一级耐火3h要求与钢柱相比可节省2/3左右防火涂料，可降低造价。

2.5经济效果显著

据有关数据表明：较钢柱钢管混凝土柱可节省钢材50%左右，较钢筋混凝土柱可节省混凝土约70%左右，造价大幅度降低，且可减轻自重、节约模板。此外因为钢管混凝土柱与一般混凝土柱相比，免除了支模、拆模、绑扎钢筋等工序，缩短工期，其综合经济效果显著。

3钢管混凝土拱桥的进展及应用

目前采纳钢管混凝土作为拱桥劲性骨架的工程已有不少。钢管混凝土结构符合拱桥建设中要求材料强度高和拱圈无支架施工及轻型化的进展方向。采纳钢管混凝土结构来修建拱桥具有如下几点优势：⑴钢管混凝土结构比较适用于轴心受压构件，拱式体系桥梁中，可以利用挑选合理的拱轴线，使其充分发挥钢管混凝土抗压承载力高的优势，节约材料。⑵钢管混凝土结构架设便利，可缩短工期，降低造价。⑶因为钢管与混凝土特别的结合方式，不存在混凝土开裂问题。凭借以上优势，自20世纪90年月起我国开头大量修建钢管混凝土拱式桥梁。1990年四川省旺苍县建成我国第一座钢管混凝土拱桥，跨度达115m；重庆市万县长江马路大桥跨度达420m，成为当初混凝土大跨度拱桥世界之最。经过多年工程实践，我国已形成一套完美的钢管混凝土拱桥体系。

4钢管混凝土梁式桥的进展及应用

目前我国桥梁工程中已有不少采纳钢管混凝土作为承重构件的工程实例，主要用于拱式体系桥梁，对于梁式体系桥梁，钢管混凝土不仅可以作为桁架受压杆件，也可作为拉杆来使用。因此由钢管混凝土杆件组成的桁架结构，与混凝土桁架或钢桁架相比，其经济效益也十分显著。

4.1钢管混凝土梁式结构受力特点

在荷载作用下，钢管混凝土空间组合梁式结构可承受弯矩、剪力及扭矩。钢管混凝土空间桁架组合梁式结构，跨中正弯矩则由组合结构混凝土顶板与作为下弦杆的钢管混凝土拉杆来担当，此拉杆可承受拉应力，也可事先施加预应力再作为拉杆来使用，因而无需再设置混凝土底板。对于承受负弯矩的截面，则由组合结构中预应力顶板与作为下弦杆的钢管混凝土压杆来担当负弯矩，充分发挥其抗压受力性能，利用调节一些措施，无需设底板。这是钢管混凝土梁式结构优越于其它梁式组合结构最为突出的表现。

4.2钢管混凝土梁式结构在斜拉桥应用中的优势

1956年瑞典建成世界上第一座钢管混凝土梁式斜拉桥，呈现出钢管混凝土在斜拉桥中的进展优势。较混凝土斜拉桥，钢管混凝土斜拉桥主梁自重减轻，相应削减了斜拉索用量，其跨越能力大大增强。此外，钢管混凝土空间桁架组合梁式结构抗风性能优于混凝土箱梁，且主梁可在工厂创造，加快施工速度。

4.3钢管混凝土梁式结构在悬索桥应用中的优势

悬索桥在特大跨径桥梁计划中具有肯定优势，随着社会的进展，对其跨径的要求不断提升，导致加劲梁的自重在结构总荷载中所占的比例越来越大。若采纳钢箱梁，其抗弯、抗扭及抗风较好，但用钢量大；若采纳型钢，其横桥向抗扭刚度以及抗风稳定点欠佳，且用钢量也较多。因为钢管混凝土具有分量轻、刚度大等优点，采纳钢管混凝土空间桁架梁式结构作为悬索桥的加劲梁，则可避开以上两种结构缺点。此外，钢管混凝土空间桁架梁式结构在悬索桥中还具有现场易拼装、费用低、施工速度快等优点。

5钢管混凝土结构桥梁的讨论及进展趋势

目前国内外对钢管混凝土的讨论大多集中在结构设计、力学性能等方面，对材料的讨论相对较少，目前钢管混凝土浮现一系列问题如钢管脱空、混凝土膨胀性能低、混凝土力学性能达不到要求等都可从材料方面找到解决办法。因而研制适用于大跨径钢管混凝土的超强高效减水剂、新型膨胀剂等成为钢管混凝土重要的讨论方向之一。近些年钢管混凝土组合结构在我国已有不少工程实例，四川省万县长江大桥、广东南海紫洞大桥、四川干海子特大桥等都表明钢管混凝土在桥梁工程领域的巨大优势。然而已建成的钢管混凝土空间组合桁架梁桥桥面板多采纳现浇混凝土，如将此种结构与预制桥面板相结合，能更大幅度加快施工速度。因而讨论与此种结构相适应的预制桥面板也将很大程度的影响此种结构在桥梁领域中的进展。桥梁性能设计包括平安性能设计、使用性能设计、耐久性能设计、疲劳性能设计、景观性能设计、生态性能设计和服务性能设计，随着社会的进展，人类对桥梁各种性能设计要求有所提升，钢管混凝土结构桥梁势必也将朝着满足各种桥梁性能设计的方向进展。因为钢管混凝土结构节点构