大跨度钢管混凝土拱桥稳定性分析

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1、西南交通大学学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：(1)在钢管混凝土灌注施工中，应考虑灌注管内混凝土未形成强度时，其自重产生的偏载对结构稳定的影响。灌注过程应按照先下弦后上弦、先外侧后内测的混凝土浇筑次序，结构的整体稳定性较高。(2)钢管混凝土拱桥结构的受力状态在整个施工过程中随着施工阶段的变化而变化；钢

2、管内混凝土未凝固前其自重全部由钢管拱肋承受，一般在混凝土凝固前，结构的稳定性较差，施工时需要相应保护措施；施工阶段，横向风荷载的影响很小，考虑风荷载的影响后各施工工况的稳定安全系数仅下降了1％左右，几可忽略不计。(3)横撑的布置形式和刚度均会影响到双肋拱的整体稳定性，其中横撑的布置形式对拱桥的横向稳定性影响最为显著；横撑对拱桥的整体刚度有很大的提升，K撑或X撑等斜撑对拱桥的侧向稳定性贡献较大，可根据实际需要选用。(4)拱桥的宽跨比对结构的横向稳定性有很大的影响，可考虑合理增大宽跨比以改善拱桥的横向稳定性能，一般钢管混凝土拱桥宽跨比取1／17～1／20较佳。作者签名：茕弗

3、日期：嗍纠i日f'日西南交通大学硕士研究生学位论文第1页第l章绪论1．1大跨度钢管混凝土拱桥的发展概况随着经济建设的迅速发展，我国城市交通的桥梁建设亦进入迅速发展时期。为改善城市交通，加强与周围地区的联系，人们日益要求跨越江河、海湾和山谷，建造安全、经济和轻盈美观的大跨径桥梁。为此，不仅要改进桥梁设计计算的理论和方法，还需改进架桥的施工技术和发展高强轻质的新结构材料。钢管混凝土正是这种高强轻质且便于施工的高效结构材料；其钢管兼具安装架设阶段的劲性骨架，灌注混凝土阶段的模板和钢筋，以及在运营阶段对核心混凝土的套箍约束等多种功能，较全面地解决了桥梁结构所要求的用料省、安装重

4、量轻、施工简便、’承载能力大等诸多矛盾。钢管混凝土己被公认为是建造大跨径拱桥的一种比较理想的结构材料。钢管混凝土拱桥的应用历史可以追溯到20世纪30年代，当时前苏联建成了跨越列宁格勒涅瓦河的101m钢管混凝土拱梁组合体系桥和位于西伯利亚跨径达140m的钢管混凝土桁拱。此后西欧、北美、日本、前苏联等工业发达国家的学者在钢管混凝土结构理论和试验研究方面获得大量研究成果；并较多应用于厂房建筑、多层和高层、立交桥以及特种工程结构中。但是在国外钢管混凝土拱桥修建得并不多，其真正的发展是在20世纪90年代的中国。自1990年在四川省旺苍县首先用吊装，无支架施工法建成跨度115m的我

5、国第一座钢管混凝土拱桥以来，短短数年间，钢管混凝土拱桥如雨后春笋，在全国广泛兴建。据不完全统计，从1990年到现在全国己建成近200座，其速度之快，为中外建桥史所罕见．。尤以重庆万县长江公路大桥跨度达420m，一跨过江，成为当今混凝土大跨度拱桥的世界之最【¨。然而，作为一种应用新材料的桥型，钢管混凝土拱桥的理论研究目前还相对滞后，跟不上其发展步伐。．至今我国的钢管混凝土拱桥设计和施工规范尚未出台，对钢管混凝土拱桥的结构受力特性以及施工技术的研究还刚刚开始。在钢管混凝土承载能力的计算方面，‘大都借用建筑的设计规范，在施工过程的计算方面，也大都套用圬工拱桥或钢筋混凝土拱桥的

6、计算方法。由于钢管混凝土拱桥的大长细比、曲杆、压弯、交替弯矩等特性显然与建筑物中的柱子受力特-5不同，·‘而劲性骨架的施工方法也与其他类型的拱桥不一样。同时，钢管混凝土拱桥由于材料强度的提高，施工及成桥后的稳定问题突出，虽引起注意，‘但目前的研究基本上没有考虑其材料特性。在内力计算方面，混凝土收缩、徐变、西南交通大学硕士研究生学位论文第2页温度变化等引起的内力计算的研究也还处在初期阶段。因此，总结经验，在理论上深入开展钢管混凝土拱桥的承载能力与施工控制研究是非常必要的。．1．2钢管混凝土材料的特点钢管混凝土是近几十年发展起来的一种新型复合材料，它的基本原理是：借助内填混

7、凝土来增强钢管壁的稳定性；借助钢管对核心混凝土的套箍(约束)作用，使核心混凝土在工作时处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和抗压缩变形能力。所以，钢管混凝土在本质上也就是由钢管对混凝土实行套箍强化的一种套箍混凝土。钢管混凝土利用了钢管和混凝土两种材料在受力过程中相互间的组合作用，充分发挥两种材料的优点，改善了其组成材料的力学性能：钢管的约束作用提高了内填混凝土的抗压强度和弹性模量，而混凝土的支撑作用则反过来提高了钢管的稳定性。因而，钢管混凝土是具有一系列优越力学性能的新型材料。1．2．1钢管混凝土的优点(1)承载力高。对于