钢管混凝土拱桥与斜拉拱组合桥性能对比分析.pdf

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1、垫!生生箜至塑f基篁!!!翅2逝酉建堑窒道王狸钢管混凝土拱桥与斜拉拱组合桥性能对比分析●贺谐，罗亚林●长安大学公路学院。陕西西安710064摘要：介绍钢管混凝土拱桥与斜拉拱组合桥的力学性能、材料用量、旌工工艺、经济性等方面的综合比较，体现钢管混凝土拱桥在以上诸多方面的优势关键词：斜拉拱钢管混凝土力学性能施工工艺经济性1前言钢管混凝土拱桥与普通钢筋混凝土拱桥、圬工拱桥进行比较，由于采用了钢管这种高强材料，使得自重大大减轻，从而跨度得以增大；钢管混凝土拱结构较轻，较为美观，所以近年得到迅猛发展，如巫山长江大桥的钢管混凝土拱圈跨径达到460m。在对其进行

2、稳定分析时，通常把拱肋等效为压杆进行稳定性验算。斜拉钢管混凝土拱组合桥是以斜拉索和钢管混凝土拱作为主要受力构件的组合桥梁体系，荷载由斜拉索和拱结构共同承担，结构新颖，造型美观，2002年，马来西亚建成了跨度为300m的世界首座斜拉拱组合桥，Putrajaya桥。建造斜拉拱组合桥，涉及到许多的关键性技术和难点，结构的极限承载能力便是其中重要的研究课题之一。本文根据钢管混凝土拱桥与斜拉拱组合桥的技术特点，对总体布置、结构关键构造、施工方法及其与设计的结合等方而的问题进行论述与探讨。2两种桥型方案及结构计算211大跨度钢管混凝土拱桥2．1．1布跨及材料、

3、截面形式该设计方案主桥全长450．37m，主拱计算跨径为375m，计算矢高68．18m，矢跨比为1／5．5，拱轴系数为1．756。混凝土：主拱上下弦杆钢管内灌注C50高强微膨胀混凝土；桥面连续梁则采用C40预应力混凝土。钢材：主拱上下弦杆、竖腹杆、斜腹杆、拱上立柱及盖粱均采用Q345C钢。钢管混凝土：由钢管与混凝土的弹性模量之比处理为均一的混凝土截面。2．12结构计算荷载计算时考虑结构自重、桥面系重量，公路1级荷载以及升降温20℃等的影响。计算稳定时同时考虑恒载与不同车辆荷载的多种组合工况，并考察几何非线性对稳定安全性的影响。22斜拉钢管混凝土拱组

4、合桥22．1布跨及材料、截面形式该设计方案主桥全长120m+400m+120m，斜拉式系杆的钢管混凝土拱，主拱肋选用两条钢管混凝土构件，拱轴线形式为七次抛物线，变高度，等宽度桁架拱，两条主拱肋的中心距为34m，桥面以上拱肋共设7道横撑，计算跨径388m，斜拉索采用空间扇形布置，每塔共10对斜拉索，塔上索距为2m，主梁上索距为10m，每侧斜拉索共8根锚固于拱肋，2根锚固在主梁，塔柱则采用单箱单室矩形截面。222结构计算荷栽计算时综合考虑了结构自重、桥面系重量、公路1级荷载以及升降温20。C的影响。计算稳定时同时考虑恒载与不同车辆荷载的多种组合工况，并

5、考察几何非线性对稳定安全性的影响。可将大部分水平推力由系杆施加的预应力抵消，降低对下部结构及基础的要求，3方案比较3．1总体比较在钢管混凝土辅以了斜拉体系以后，其结构便演变为斜拉钢管混凝土拱组合结构，其受力特性是在钢管混凝土拱结构受力特性的基础上同时增添了斜拉索的受力特性。不仅具有固定拱受力，提高钢管混凝土拱承载能力，增加拱肋稳定性等优点，同时，经济效益也非常显著。斜拉索由高强钢丝组成，其抗拉强度高，都在1800MPa左右，可以在相当大的跨度内，使钢束保持直线，同时具有相当变形刚度的柔性特征，可以用悬臂施工工艺来架设桥跨，施工时可以不搭造辅助支架，

6、对通航妨碍较小。32受力特点比较3．2．1水平推力斜拉钢管混凝土拱组合桥，其上、下部及基础甚至地基全部连成一体，结构的超静定次数较多，受力较复杂。主、边跨拱肋、系杆、斜拉索、索塔和墩座组合在一起，由位移变形协调条件，拱的水平推力的增量主要由桥墩和拱肋自身来承受。系杆作用是对拱施加预应力以抵消拱的部分水平推力；斜拉体系可以减小主、边跨拱肋的轴力、弯矩和剪力，并将上部结构的部分恒载、活载变为从索塔垂直向下的压力，传给墩座，这样实际上也抵消了拱的部分水平推力。除去由系杆承受的大部分水平推力以及斜拉索转化部分水平推力，余下的拱的水平推力很小，所以可将组合结

7、构视为无推力拱。同钢管混凝土拱相比，显著降低了拱的水平推力。322钢管混凝土承我力钢管混凝上拱桥在施工中先安装钢管，后浇筑管内混凝土，因此在形成钢管混凝土结构以前，钢管需要承担自重和管内混凝土自重的应力，存在着初应力仃和初应变e。钢管的or和8可缩短钢管混凝土的弹性阶段，使其提前进入弹塑性阶段。考虑钢管盯的影响，对钢管混凝土轴压构件稳定承载力应该乘以一个与初始应力比值B相关的小于1．0的系数K。而当采用斜拉索与钢管混凝土进行组合后，因为施工安装时斜拉索与钢管拱段交错进行，并且斜拉索为永久索，这样便可大大减小钢管的盯和8的累积，减缓钢管提前进入弹塑性

8、阶段，从而极大地减轻了初始应力对轴压构件稳定承载力的影响。33施工难易度比较该桥施工控制最关键的工况是主拱的吊装施工至成拱