下承式钢管混凝土刚架系杆拱桥抗震性能研究

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1、第1章绪论1．2钢管混凝土拱桥发展前景展望121。1711．2．1结构体系方面根据桥面系的位置不同，钢管混凝土拱桥可分为上承式、中承式和下承式。上承式拱桥主要用于地质较好的山区，中承式及下承式拱桥主要应用于地势平坦、桥面标高受限制或基础较差的拱桥之中。钢管混凝土拱桥按结构体系可分为简单体系拱桥、组合体系拱桥(拱梁组合桥)和刚架系杆拱桥。简单体系拱桥为有推力拱，拱的水平推力直接由墩台或基础承受。组合体系拱桥由于桥面纵梁与主拱的组合方式不同，其受力模式不一，可为有推力体系也可为无推力体系。刚架系杆拱桥中拱肋与桥墩固结形成刚架，采

2、用预应力来平衡拱的推力。刚架系杆拱桥可为下承式也可为中承式。有推力体系拱桥对地质要求较高，仅适合于地质条件较好的山区。拱梁组合体系拱桥属于墩支桥体系，很难向超大跨度方向发展。比较有发展潜力的应该是能适合于不同地质条件且无推力的刚架系杆拱桥体系。刚架系杆拱桥的拱肋及桥面系均能通过调整高强钢材所占的比例来调整其自身重量，以利于向超大跨发展。在200"--500m跨度范围内，与其它桥型(如斜拉桥)相比，在诸多方面仍然占有优势。在80"-'200m跨度范围内，可通过变换拱圈的造型及与桥面系的组合方式，建造出建筑效果极佳且造价经济的景

3、观桥梁。可以预见，钢管混凝土刚架系杆拱桥在将来相当长一段时期内，仍会是我国桥梁工程界的主角；随着其设计理论的不断完善，该类桥型可能会成为世界桥梁界的独宠。1．2．2材料学方面目前土木工程界应用最广泛的材料为混凝土材料及钢材。混凝土价格便宜，抗压强度高，．美中不足的是抗拉强度极低，破坏时没有预兆，为典型的脆性材料。钢材抗压抗拉强度均很高，尤以抗拉强度高而被大型土木结构所采用，然而，钢材价格昂贵，用于抗压构件时往往为满足结构的刚度及稳定性能而设计成较大尺寸，从工程造价角度分析，用于抗压构件的钢材并不能充分发挥材料的潜力。第1章绪

4、论钢管混凝土是一种钢一混凝土组合材料。钢管内混凝土提高了钢管壁受压时的稳定性，使钢材强度得到充分利用；由于混凝土的填充，构件的刚度也明显增大：混凝土的填充也提高了钢管的抗腐蚀性。钢管对混凝土的套箍作用，使混凝土处于三向受压状态，使管内混凝土的抗压强度明显提高，其抗压强度高的优点得到充分发掘。钢管混凝土组合材料在受载破坏时，构件表现出较好的塑性性能，破坏前变形很大，使结构具有较好延性及抗震性能。钢管混凝土这种钢材和混凝土有机组合起来的材料，两种成分能相互弥补对方的弱点，同时发挥各自的长处，是一种理想的使用组合。1．2．3其它方

5、面大跨钢拱桥因考虑桥梁刚度及稳定性能需额外耗费大量钢材，使本就造价不菲的方案变得昂贵，该类桥梁有一种被工程界敬而远之的趋势。钢筋混凝土拱桥当跨径较大时，需克服自重大、施工困难两大难题，其应用一度受到制约。钢管混凝土拱桥的出现，顺利地克服了上述两类拱桥的不足：在施工过程中，利用空心钢管作为劲性骨架甚至模板，施工吊装重量轻，进度快；钢材潜力得到充分利用，临时工程用钢量及结构用钢量均得到较大节省，使得其外型轻巧且造价低廉。1．2．4钢管混凝土拱桥的优势总结钢管混凝土拱桥在桥梁工程中的应用有如下优势：(1)相对于钢拱桥，其刚度大，稳

6、定性好，钢材抗拉强度高的优点得到充分利用，从而表现得较为经济。(2)相对于钢筋混凝土拱桥，由于其强度高，拱肋截面尺寸较小，拱的白重轻。(3)相对于钢筋混凝土拱桥，其延性性能好，有利于结构抗震。(4)拱肋轻巧，造型美观大方，建筑效果好。(5)空钢管自重轻，吊装施工方便，跨越能力大。(6)空钢管拱肋可形成自架设体系，承受较大的施工荷载，节省了临时工4第1章绪论程费用。(7)钢管本身即是混凝土浇筑的模板，省去支模、拆模等工序，使施工工艺大为简化。’钢管混凝土拱桥凭借其造型美观、造价经济、施工便捷、跨越能力强等居多显著优点，在我国桥

7、梁界已得到迅速发展。可以预见，钢管混凝土拱桥在将来相当长一段时期内，仍会是我国桥梁工程界的主角；随着其设计理论的不断完善，该类桥型可能会成为世界桥梁界的独宠。1．3钢管混凝土拱桥抗震研究状况钢管混凝土拱桥在短短十几年时间内在中国得到迅速的发展，其在中国工程界的应用，无论是在中国桥梁史上还是在世界桥梁史上都是一个十分罕见的现象。应该指出，有关钢管混凝土拱桥的抗震研究尚不系统与深入，距离形成较为成熟的设计理论还有相当的差距。尽管钢管混凝土拱桥最早建于苏联，但国外修建很少，仅有法国的安特雷纳兹(Antrenas，主跨220m)桥、

8、捷克的布尔诺一维也纳(Bmo．Vienna)桥、日本的除泽川桥及日本最近修建的新西海桥等少数几座【6】【71，因此相应的研究成果不多。我国自90年代应用以来，已有不少专家学者对钢管混凝土拱桥的静、动力结构进行了大量的研究【8】。范立础【9】在《桥梁抗震》中以五羊大桥(跨度336米)为例对大