1、钢管混凝土拱桥的发展姓名：徐玉虎 学号：201110701231 摘要:我国在钢管混凝土结构的理论研究和工程应用越来越深入和广泛, 将这种结构应用到拱桥上, 可以在力学性能、施工、经济以及美观等方面, 展示出极大的优越性, 很好地促进了拱桥的发展。 关键词：钢管混凝土 拱桥 力学性能 研究与应用钢管混凝土结构在土木工程中已经超过 100 年，但在过去十年中才被用于桥梁结构，在国内主要应用于拱桥。从 1990年中国第一大跨度钢管混凝土拱桥四川旺苍大桥建成到现在，已建和在建的钢管混凝土拱桥有 100 多座，其中最大跨度达到 400m。理论研究和工程应用表明，钢管混凝土拱桥在设计，施工，经济和美学有
2、着自己独特的优势。据专家预测，钢管混凝土拱桥跨度将有可能达到或超过斜拉桥。1 钢管混凝土结构计算理论 钢管混凝土管目前的研究取得显著成果，各种理论的形成，一批具有代表性的作品发表，并根据钟善桐教授的这些理论 567.统一的理论来制定相应的程序，这是基于大量的实验和计算元件有限的反映了良好的工作条件提出的钢管的复合材料的混凝土。统一的理论认为：钢管混凝土是一种复合材料均匀的，则该组件的几何形状的承载能力（全截面积和矩性等），和机械性能的组合来计算的 CFT 构件，不区分钢管和混凝土。这是众所周知的组建的各种性能，除了与紧张有关的条件，而且还与变化的材料的物理参数，以及所述构件的横截面形状的几何形
3、状，并且构件的应力的状态是变化的，且变化是恒定的。在这个理论中，计算公式为各种钢结构，混凝土机械的参数，制定出了对应的规范，以方便钢管混凝土结构的设计要求;在动力有关性能方面, 建立了循环荷载作用下的钢管混凝土组合材料本构关系,并且提出了简化的两折线模型以及三折线模型。2 钢管混凝土构件的材料特点 钢 - 混凝土复合材料是钢管混凝土在正常工作条件下，两种不同材料的机械性能产生相辅相成的力量，因此限制了协调工作的权力。钢灵活的工作阶段中，几乎没有变化的泊松比，0 时 250.3，可以被认为是恒定的，以 S =0。 283 与泊松比强迫混凝土集成电路工艺是由约 0.167 低级状态连续变化应力接近
4、破坏的阶段时，由于在混凝土纵向微裂纹的发展而逐步增加至 0.5 角将超过 0.55 为混凝土的钢管，压力轴角的增加的作用，并很快超过钢的泊松比 s。如果 s= c，钢管和彼此混凝土线而没有任何效果的径向变形;当 sc 相互间是粘结力。具体的，在未来三到压应力，其性能已经发生了质的变化，不仅要提高容量，但最近增加应变压缩，轴向压力，薄壁钢管有能力十分不稳定，实验表明，该实际承载能力通常是 13 至15 个理论值，浇注混凝土进入管道时，并达到一定强度时，保护混凝土管，连接它的径向变形，以便它是三向受力状态，压力下的纵向裂纹延迟时，同时具体还要保证局部稳定薄壁钢管，以便来提高了钢管混凝土构件的承载力
5、。因此， 钢管混凝土是一种具有独特工作特性的组合材料：。弹性工作却塑性破坏, 承载力高但极限压缩变形大。其应力应变关系非常接近于钢材的性能。同时，核心混凝土在钢管的限制下能够改善其弹性性能，产生了大的变形损坏。试验表明，当混凝土柱的破坏可被压缩到 2/3 的原始长度，示出了塑料部件发生故障的所有特征，因此这种构件承受冲击和振动载荷，变形能力，并具有良好的能力以及该成员的有地震荷载及风荷载，表现出优良的稳定性下更好的动态性能的结构体系变形后恢复。此外，有利的使用钢管混凝土高强度材料，近年来应用更广泛的高强度混凝土，然而， 混凝土的强度越高, 其脆性破坏就会越严重, 这就制约了高强混凝土在实际工程
6、中的应用, 只有在三向受力的状态下, 才能有效的预防混凝土的脆性爆裂, 钢管混凝土就有这样的优点。3 拱结构使用钢管混凝土的优点 拱桥的拱肋作为以受压为主的构件, 其稳定性的问题就比较突出；在跨度比较大的桥梁中，一般使用强度比较高的材料，而桥梁跨度的相应增加，将需要增加其抗振性能，因此需要桥梁结构具有较好的延展性和恢复性的能力。钢管混凝土复合材料在桥梁能够很好地满足了上述问题。此外，钢管混凝土拱桥，大大的减轻了自身的重量，还可以提高大跨度拱桥的抗风抗震的能力。大跨度拱桥的横向刚度相对较小，风荷载作用下，就会产生较大的侧向变形，便会影响桥梁的运营，甚至导致毁灭。构件在所在地区所受风荷载的大小与当
7、地的基本风压、构件的风载体型系数、以及构件的阻风外部尺寸等因素有关。跨度较大的钢筋混凝土拱桥虽然可以采用空心拱肋构件, 但因为其截面的外形尺寸较大, 阻风面积大, 因此所受风荷载大, 其侧向稳定性就会变得比较差差; 而采用钢管混凝土材料 , 拱肋可以根据不同的需要做成型式合理的格构式曲桁架结构, 同时结构的刚度获得了保证, 在结构构件的整体稳定性良好的基础上, 使拱肋结构变得通透, 阻风面积相应减小, 相应的所受风荷载减小, 其横向稳定性能得到很好地改善。电脑和桥梁结构和发展的有限元分析，使结构非常复杂的计算和机械性能在复杂载荷是可行的，并能获得更高的精度，因此钢管混凝土拱肋电网的整体配置来获
8、得可靠的计算和分析该结构的机械性能，以确保安全性和经济的设计。地震的分析显示，截面变小的拱肋,其受到的内力和地震作用将减弱，这将给抗震设计带来巨大的经济效益。表 1 是一个局部的钢管混凝土拱桥动力性能参数。 （1）除依兰牡丹江大桥外，外部的振动比较大的，但非常接近的拱形表面振动的基本频率范围内：从表中数据可以知道，则有以下几个具体的管拱特征。该结构的外表面的刚度显示，在平面接近的横向的刚性反映安全的足够程度。无风撑对拱（如依兰牡丹江大桥），虽然基频的外表面是小的，但分析结果表明，横向刚度还是满足要求, 在动荷载作用下, 横向发生较大变形, 但产生的应变和应力小。（2）的 0.6551602Hz
9、 的基本频率之间的桥梁，转换自然循环 15270.625s，超过 0.30。4 秒振动通常为刚性结构的孔的循环，表示钢管混凝土拱桥属于比较灵活的结构，跨度增加时，采取适当措施对结构，而动态分析考虑高阶模式的影响。 （3）人体对振动比较敏感的频率范围是 26Hz，而表 1 中的数据是不在此范围内。人体在桥上时, 一般不会感到明显的振动, 从而可以保证桥梁运营时的舒适度。 4 钢管混凝土拱桥的施工特点 大跨度钢管混凝土拱桥的优势还体现在施工。阻碍大跨度桥梁发展的主要问题就是大跨度桥梁施工的问题。这种困难主要来自两个方面：施工控制和施工工艺，施工控制随着施工工艺的不同而又很大的差别，并且施工控制必须
10、保证施工工艺的顺利进行。由于在施工大跨度桥梁的过程中，结构将在施工中内力和形变将发生变化，而这些内力和形变不断变换结构是不断变化的，在施工中控制体系的内力和形变是个复杂的施工力学问题;构件的起吊或浇筑，作为桥梁跨度比较大的工程工作量大，工作范围广的结果，因此需要更加先进的施工工艺。拱桥的各种施工方法相应的适用于钢管混凝土拱桥, 比如有支架施工法、缆索吊装法、平( 竖) 转体施工法, 而对大跨特大跨径的钢管混凝土类型的拱桥, 非常适合采用自架设施工方法。所说的自架设施工方法是在桥结构的上部的结构被分成若干部分组成，由多个相应的施工阶段的组装或铸造向上构造的下一阶段，运输和安装，以提供支撑系统和完
11、成该结构的第一部分，直到整个完成的桥梁。自行装配系统，可大大降低施工设备和临时设施的成本，缩短了工期，所以无论是从经济的合理性或施工的可能性，大跨度桥梁的建设一般都是自架设施工方法。钢管混凝土拱桥有两类，一类是裸露的钢管，钢管参与受力结构为主，同时也对施工过程中模板支架和混凝土浇注管肉，到钢架桥关闭过程，然后再浇钢管混凝土构成主拱;另一种钢管以施工受力为主，也参与了力成桥，桥闭合过程是将钢框架，然后浇注管钢管混凝土内形成钢筋混凝土骨架，然后将混凝土管刚性作为埋入骨架外包拱浇注混凝土以形成主体拱。在整个施工过程中，除了钢管的提升阶段，力体系结构一直是恒定的，而在钢管吊装中, 由于钢管自重轻, 强
12、度和刚度大, 因此可以较好的进行施工控制。 5 钢管混凝土拱桥造型艺术 钢管混凝土拱桥不仅在力学上有它的优势，拱的设计风格也具有无可比拟的优势。在很长一段时间，特别是在中国，由于经济原因，该桥梁设计通常被认为是唯一的功能需求，而不注重桥梁美学这一问题。 拱桥是一个极具美感的桥型，具有悠久的历史，在我们的国家，有很强的民族特色，比如我们的赵州桥和卢沟桥等。然而，传统的石拱桥和钢筋混凝土拱桥不能反映大跨度拱桥的美感，因为大的跨度拱桥横向刚度一般较小，横向稳定性差，为了弥补该缺点这个区域中，只对拱肋构件截面更大，并且这使得拱桥变得很笨重。桥梁的美学包括很多，如使用功能，结构合理，外形美观，环境的协调
13、和混凝土管拱（特别是在较低的拱形桥）上的桥梁美学可以表现在以下几个方面：（1）钢管混凝土拱桥的主要受力构件的肋拱，而线条简洁流畅弧形拱肋，修长而美丽的，全桥显得轻盈而简单;各种吊杆（除了上承式）和多肢肋和弦的重复布置，使得桥有节奏和拍子的动态变化;不仅是大跨度的肋骨间距，以及高度，极富有力度, 使桥梁显示一种生机勃勃的气质和雄伟壮观的气势, 从而使桥梁充满生命感、充实感和稳定感。 （2）钢管混凝土拱桥具有很高的强度，稳定性好，因此，还有肋布置在上部拱形形状可以追求多样化。首先，在上部肋截面结构可制作成哑铃形，三角形，正方形等;其次，在上部筋数量，可单肋拱，双肋拱，三肋拱;在上部肋板结构中，可以
14、是平行桥面布置, 也可以和桥面斜交布置, 也可以与两拱肋在拱顶位置连接布置等。因此，我们可以根据所需的功能和环境类型的不同采用相应的桥型和拱肋布置, 从而使拱桥在既能满足功能上的要求, 也能与拱桥所处的环境相得益彰， 使拱桥更具有艺术的美感。 6 结语 研究钢管混凝土，虽然在中国起步较晚，但发展迅速，制定出各种应用规范，具有世界领先地位，这种扎实的理论基础和丰富的工程实践经验，将发展钢管混凝土拱桥奠定了基础。从而使钢管混凝土结构的桥梁的开发充满活力。钢管混凝土拱桥的建设在中国，无论是数量和范围，结构和施工工艺等均处于世界领先水平。但是钢管混凝土拱桥这一新的领域仍然需要我们不断的摸索，有很多地方，如大跨度空间，大跨度钢管混凝土拱桥静动力稳定性相关问题的分析，非线性变形空跨度的理论分析结构，跨度较大以及非常大的钢管混凝土拱桥结构建筑技术和施工控制等问题。参考文献 1 钟善桐. 钢管混凝土结构. 黑龙江科学技术出版社 , 1987 2 钟善桐. 高层钢管混凝土结构. 黑龙江科学技术出版社, 1999 3 陈宝春. 钢管混凝土拱桥设计与施工. 人民交通出版社, 1999 4 盛洪飞. 桥梁建筑美学. 人民交通出版社, 1999
