钢管混凝土拱桥的应用和发展

赵新胜



钢管混凝土拱桥的应用和发展

赵新胜*

（江西应用科技学院，江西南昌，330100）

桥面系强健性的重视在不断提高,然而强健性好的整体式和具有加劲纵梁的悬吊桥面系的应用还不够普及。钢管拱的架设方法仍以支架法、悬臂法和转体法3种为主,其中悬臂拼装法应用最多，适用跨径最大范围也最广。 由于钢管混凝土具有承载力高，耐腐蚀，施工等一系列优点，在土木工程中的应用越来越广泛，尤其在桥梁工程中的应用也一样越来越引起人们的兴趣与重视。文章介绍了钢管混凝土的主要特点和钢管混凝土拱桥在我国的应用情况，提出现今存在的问题、未来的发展方向。

钢管混凝土；钢管混凝土拱桥；施工方法；应用；发展

引言

英国赛文铁路桥的桥墩是第一次采用钢管混凝土这种组合材料，国内的专家学者对这种组合材料的性能研究一直以来就没有停止过。随着全国的研究的不断的加深，施工的工艺很大幅度的改进，工程施工应用得到日益广泛推广，建筑、厂房、桥梁的港口工程施工过程中都有应用，着重在桥梁上的应用，突出了其的力学特点。

1 钢管混凝土的基本原理

钢管混凝土的英文简称是CFST。是将高强混凝土浇灌薄壁圆钢管内从而形成的结构材料,在常见的工作状态形式下,两种不同的力学性质的材料，产生互相的作用,是用紧箍力来调合工作。因此钢管进入了塑性屈服的阶段,相互之间的作用力，剩下粘合的结力。因为紧箍力的存在,致使钢管和混凝土处于三面受力的状态,混凝土在三面压力的作用下,工作性的能力发生质的变化,这样不但提高承载力,而且还增强了极限压的应变。所以钢管混凝土作为一种组合的材料,有独特的的特性，弹性塑性破坏,极限压缩变形大。本构关系是直接根据结构，处于极限状态时平衡的条件，计算出极限状态的荷载数值。因为钢管混凝土结构的受力路径，很复杂,所以导出的公式，很多是半理论半经验的；另一种情况认为，钢管混凝土是一个结构，通过测定钢管和混凝土准确的本构关系,利用屈服准则，采用增量法逐步计算出，钢管混凝土结构的荷载--位移曲线,在此基础上确定各种力学指标,公式以回归居多。这套理论已经为国内有些部委所采纳,并编制了对应的规范或规划流程。

2 拱桥的施工方法

从我国的拱桥施工技术来看，钢管混凝土拱桥的施工方法有以下几种方法：

（1）支架施工方法。支架施工方法是在桥位处先按钢管拱肋的设计线形和预留拱度值，拼装好膺架，于膺架上就位拼装、焊接成拱的施工方法。

（2）平转施工方法。平转施工法是将两个拱圈分为两个半拱，分别在两岸偏离桥位的位置，利用山体、岸坡或引桥的桥墩设置膺架，拼装拱肋和拱上立柱，形成半拱，然后水平转体就位，再拼装合龙段成拱。

（3）竖转施工法。竖转施工法是先在拱顶附近将主拱圈一分为二，并以拱脚为旋转中心，将设计拱轴线垂直向下

（4）缆索吊装法。缆索吊装悬臂施工方法是我国修建大跨度拱桥的主要方法之一。当这种方法用于钢管混凝土拱桥时，遇到的新考验（当跨径较大时，拱肋节段多、重量大）促使对它进行改造与创新。

3 拱桥的应用与发展

钢管混凝土的拱桥分为两类: 第一类是内填型式的钢管混凝土的拱桥，其中是钢管的管壁外露，结构中的含钢比率很高，充分有效的利用钢管和混凝土的组合材料抗压力度高、抵抗冲击的力度强。钢管作为核心混凝土浇灌过程中，模板与支架，便宜施工，更加重要的是，增强了跨越强度力，第二类是内填外包型式钢管混凝土的拱桥，主要解决大跨度拱桥的拱肋的安装问题，首要是架设自身的重量轻，强度、刚硬度较大的钢管骨架，其次在空钢管内部浇注的混凝土形成一种钢管混凝土，然后在钢管混凝土骨架的外面挂上模板，浇灌外包混凝土，形成钢筋混凝土的结构，这样的结构常叫作“劲性骨架混凝土”。在这样的结构中的钢管与形成的钢管混凝土，主要作为施工过程中的劲性强度骨架来综合考虑。形成拱桥后，可以作为拱跨中的结构一部分来参与承受力，但是用量配比一般情况是由施工设计师控制。

我国的钢管混凝土在桥梁施工工程中，开始研究与应用，应该是在20 世纪80 年代初。于1990 年10 月建成我国第一座钢管混凝土的拱桥，是四川旺苍的东河大桥,横跨度是115 m ,拱肋是由上下2 根钢管2Φ 800 ×10 mm 组成的哑铃形的断面,内浇灌是C30 的混凝土,和Q235 的钢材。至此以后,在我国10余年间,钢管混凝土的拱桥，在我国取得迅猛的发展,全国各个地方，大量的利用钢管混凝土，建成大跨度拱的桥。首次利用钢管变厚的方法，从而来减小对主跨拱脚处的推力，并采用边跨来平衡此处推力。比如1996 年建成，长江三峡工程的3 座公路的拱桥——分别是黄柏河大桥、下牢溪大桥，莲沱大桥, 跨长度分别为160 m、160 m 和114 m ,这三座大桥都是属于多拱肋上承式的拱桥,每片拱肋都是皆采用2个钢管混凝土组成的哑铃形状的截面。以上拱桥，讲述的都属于钢管混凝土拱桥的第一种——钢管内填混凝土。钢管混凝土的第二种——钢管内填外包型。目前已建成拱桥有，江西的德兴太白桥、广西的邕宁邕江大桥、四川的盐源金河雅砻江大桥，四川的内江新龙坳大桥等，其中我国最著名的是，重庆市万县的钢管内填外包型拱桥是长江大桥,它的长度是L= 420 m ,上承式的拱桥，利用的是10 根钢管，组成的空间桁架(10 Φ 402 ×16 mm ,Q345 钢材)，吊装以后成拱形，对钢管内灌C60 混凝土，之后挂上模板浇灌混凝土，成高为7 m、成宽为16. 0 m 单箱的三室箱，形截面拱肋，桥面总宽长为24 m。这是到现今为止全世界跨度最长的以钢管混凝土为劲性骨架的拱桥。该拱桥的修建是世界记录最新型的拱桥，也是钢管混凝土在拱桥中应用一个最新的里程碑。

在我国这20 年时间里,我国建造成200多座，跨长度不一样的钢管混凝土的拱桥,究其有什么原因,以钢管混凝土拱桥的自身而言,可以归纳以下几个要点:

（1）跨长度的适应能力强。中国幅员辽阔，地形复杂，江河山谷众多，需要建造跨度各异的桥梁。（2）承载能力大，施工快捷。（3）地基的适应强。钢管混凝土的拱桥，可以根据不一样的地质和桥位断面,设计为有效推力的拱桥，同样也可以设计无推力系杆的拱桥。（4）拱桥的造型特别优美。优美的钢管混凝土的拱桥，除了更加实用的以外，还是高雅建筑的艺术品,还可以成为一个城市和地域的象征，完美的钢管混凝土拱桥就像一道五彩宾纷的彩虹横跨江面的两岸，再加上亮丽的灯光设计，让人感觉赏心悦目。

4 拱桥现今存在的问题

我国钢管混凝土的拱桥发展迅猛和速度，但是相应的理论基础知识滞后，主要表现在以下几个方面：

（1）刚度取值问题。目前现有的钢管混凝土的拱桥没有一套完美的管理制度，针对拱肋的轴压的刚度、弯曲的刚度，剪切的刚度，到现在没有形成一套统一理论体系和计算公式。

（2）脱空问题。混凝土的收缩和外界温度的变化，会至使钢管混凝土拱肋，在拱顶呈现钢管和混凝土不密贴的表象，可以致使套箍力的发挥，在工程施工过程中存在质疑，针对这个问题，现今还缺乏一定深入的研究。

（3）钢管疲劳和锈蚀的问题。钢管混凝土的拱桥在使用过程，吊杆和系杆的腐蚀或者锈断相对更严重，即使我国对这个方面展了了很多研究，但是检测的费用要很高，因此我国需要研究低廉的维修方法。

（4）钢管混凝土基础结构的关系问题。因为钢管混凝土的力学行为复杂性,至今还没有形成相对完善的本构关系,特别是混凝土，本构的关系,现今有的本构关系，虽然也包括混凝土的弹塑性、以及屈服阶段,但是大部份都以回归公式为主。钢管和混凝土各自都有本构关系，怎么样选取,才能可以使这二者，结合最完善最合适,还缺乏相当大的研究。

5 拱桥的未来发展

钢管混凝土的拱桥，是以跨长度的适应能力很大,施工的进度快捷和方便,以桥的外形更加美观和漂亮,对地基的要求很低，等很多一系列的优势，这也必将得到进一步的发展速度,但这也是在钢管混凝土的拱桥，这一项新型领域，更需要许多我们进一步的探讨地方。例如超大跨度的，钢管混凝土的拱桥，空间静动力稳定性分析问题，大跨度以及超大跨度的钢管混凝土拱桥，施工的技术以及其施工工程各方面的控制问题。跟随这些问题了逐步得到解决方案，我们相信，钢管混凝土的拱桥跨度将会达到650 m，甚至会超过1 000 m，计算的理论将会变得更加完善和完美，以及更好地服务于生产实践在现实中去。

6 结束语

本文介绍了钢管混凝土拱桥的发展及应用，由于钢管混凝土的特殊性能，钢管混凝土结构在拱桥等建筑结构上得到了广泛的应用，随着对钢管混凝土材料性能认识的加深，钢管混凝土的应用必将取得更大发展。

[1] 周海龙, 周水兴, 刘文方. 钢管混凝土拱桥的应用与发展[J]. 公路交通技术.

[2] 汪进, 段荣华.钢管混凝土拱桥在我国的应用与发展[J]. 内蒙古公路与运输.

[3] 陈宝春.钢管混凝土拱桥桥例简介. 中外公路

[4] 陈明宪, 彭建新, 颜东煌, 等.钢管混凝土拱桥收缩徐变问题综述[J]. 长沙交通学院学报.

[5] 李兰荣, 张建路. 谈建设工程造价的控制[J]. 建筑管理现代化, 2004, (03).

[6] 任长能. 价值工程理论在工程设计中的应用[J]. 建筑经济, 2004, (03).

[7] 彭烨. 关于建设项目工程造价的有效控制[J]. 建筑管理现代化, 2003, (03).

Application and Development of Steel Tube Concrete Arch Bridge

ZHAO Xinsheng*

(Jiangxi university of applied science and technology, jiangxi Nanchang, 330100, China)

the importance of the bridge deck robustness has been improved, but the application of a strong integrated system and the suspension bridge with stiffening longitudinal beams are not popular enough. The method of erection of steel tube arch is still based on the three main methods: scaffold method, cantilever method and transition method, with the most application of cantilever assembly method and the maximum range of the maximum span. Because the concrete-filled steel tube has high bearing capacity, corrosion resistance, the construction and a series of advantages, applications in civil engineering more and more widely, especially its application in bridge engineering as well as more and more arouse people's interest and attention. This paper introduces the main characteristics of concrete-filled steel tube and the application of concrete-filled steel tubular arch bridge in China, and puts forward the present problems and future development direction.

steel tube concrete; Steel tube concrete arch bridge; Construction method; Application; develop

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.08.044

U448.33

A

1672-9129(2017)08-0099-02

赵新胜. 钢管混凝土拱桥的应用和发展[J]. 数码设计, 2017, 6(8): 99-100.

ZHAO Xinsheng. Application and Development of Steel Tube Concrete Arch Bridge[J]. Peak Data Science, 2017, 6(8): 99-100.

2017-03-01；

2017-04-15。

赵新胜（1982-），男，研究方向：材料工程管理，学历：硕士，职称：高工，讲师，中共党员，职务：职培与教材服务中心处长。E-mail:179059647@qq.com