钢管混凝土桥梁施工与监测研究.pdf

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1、钢管混凝土桥梁施工与监测研究尹传喜(江苏捷达交通工程集团有限公司，江苏淮安223001)摘要：随着钢管混凝土结构理论研究的深入和工艺的成熟，钢管混凝土拱桥在国内外得到较为广泛的应用。钢管具有对核心混凝土的套箍约束作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和压缩变形能力。钢管混凝土除具有强度高、重量轻、延性好、耐疲劳、耐冲击等优越的力学性能外，还具有省工省料、架设轻便、施工快速等优越的施工性能。本文详细介绍了钢管混凝土在桥梁中的应用。关键词：钢管混凝土；桥梁；应用；监测；研究中图分类号：U448．34文献标

2、识码：B文章编号：1672—4011(2012)01—0118一021钢管混凝土组合材料的工作原理“钢管混凝土”是“钢管套箍混凝土”(SteelTube—Con．finedConcrete)的简称。它是由混凝土填人薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料。钢管混凝土组合材料，在一般正常工作状态下，两种不同力学性能的材料产生相互增强的作用力，即紧箍力，来协调工作。钢材在弹性工作阶段，泊松比以变化很小，在0．25—0．3之间，可认为是常数，取“=0．283；而混凝土的泊松比肛。受力过程中是不断变化的，由低应力状态下的0．167左右逐渐增大到0

3、．5，当接近破坏阶段时，由于混凝土内部纵向微裂缝的发展，舰将超过0．5。对于钢管混凝土而言，在轴压力的作用下，儿逐渐增大，并且迅速地超过钢材的泊松比以。当地=以时，钢管和混凝土的径向变形一致，相互间没有任何作用力；当地<阪，钢管限制了混凝土的径向变形，根据变形协调关系，相互间产生紧箍力；而地>比时，相互间是粘结力。混凝土在三向压应力作用下，其工作性能发生了质的变化，不但提高了承载力，还增大了极限压缩应变；在轴心压力作用下，薄壁钢管的承载力是极不稳定的，实验证明，实际承载力往往是理论计算值的1／3—1／5，当在管内浇筑混凝土，并达到一

4、定强度后，钢管保护了混凝土，约束其径向变形，使它处于三向受力状态，延缓了受压时的纵向开裂，而混凝土又保证了薄壁钢管的局部稳定，从而提高了钢管混凝土构件的承载力。2钢管混凝土的特点2．1承载能力高钢管混凝土是由钢管中填充混凝土而形成的构件，一般不再配筋。在轴心压力作用下，钢管混凝土构件会发生轴向压缩和径向膨胀，而内填混凝土的膨胀受到外包钢管的约束，使混凝土处于三向受压状态，大大提高了混凝土的抗压强度；而内填混凝土也阻止或延缓了外包钢管的屈曲变形。二者相互弥补彼此弱点，充分发挥各自长处，使钢管混凝土的承载能力大为提高。2．2具有良好的塑

5、性和韧性混凝土脆性大，一旦开裂。裂缝迅速发展。而注入钢管内部的混凝土则由于钢管侧壁的有效约束改善了混凝土延性差、脆性大的弱点，表现出较好的塑性和变形能力。此外，在地震作用下，混凝土可以吸收能量而不容易丧失承载力，而且由于混凝土刚度足够大，钢管不宜产生不可恢复的变形，从而使钢管混凝土结构耗能性能好，具有很好的韧性。2．3经济效益显著采用钢管混凝土比采用钢结构可节约钢材50％左右，而且造价也可降低；与钢筋混凝土相比，节约混凝土50％以上，减轻结构自重50％以上，且不需要模板，而耗钢量和造价略高或约略相等。2．4施工简便，可大大缩短工期与

6、普通钢柱相比，零部件少、焊缝少，特别是由于钢管较薄，大大减轻了现场焊接的工作量和施焊难度；与钢筋混凝土相比，免去了支模和拆模等工序，也不用担心浇注混凝土时发生漏浆现象0同时，由于空钢管的重量小，也大大减轻了运输和吊装工作。3钢管混凝土结构计算理论目前就钢管混凝土的研究取得重大的成果，形成了多种理论，一批有代表性的著作相继出版，并在这些理论基础上制定了相应的规程。一些著名的专家学者在大量试验和有限元计算的基础上提出的统一理论较好的反映出钢管混凝土组合材料的工作状况。统一理论认为：钢管混凝土为统一的一种组合材料，用构件的整体几何特性(全

7、截面面积和抵抗矩等)和钢管混凝土的组合力学性能指标来计算构件的各项承载力，不再区分钢管和混凝土。众所周知，构件的工作性能，除与受力状况有关外，还随着材料的物理参数、构件的几何参数和截面形式，以及构件的应力状态的改变而改变，且变化是连续的、相关的，这样就可得到钢管混凝土构件从单项受力状态到多项复杂受力状态用统一的计算参数和公式来表达。在此理论上提出了钢管混凝土构件各种力学参数的计算公式，并制定了相应的规范，方便了钢管混凝土结构的设计；在动力性能方面，建立循环荷载作用下钢管混凝土组合材料的本构关系，提出了简化的两折线模型和三折线模型，如

8、图l(图中符号见参考文献[1]，虚线为实际的应力应变关系曲线。a2yO图1钢管混凝土的简化应力应变关系4工程应用4．1工程概况某钢管混凝土拱桥跨径布置为40+150．+加m，边主跨之比为0．267。主跨矢跨比为1／5，边跨矢跨比为1／