钢管凝土拱桥设计规范(12)

5.2.4 钢管混凝土拱桥是一个自架设体系桥梁，在计算预拱度时，应计入钢管混凝土拱肋在施工过程中各个阶段的挠度以及混凝土收缩、徐变挠度和1/2静活载挠度，必要时应计入非线性影响。根据国内部分钢管混凝土拱桥的设计和现场测试，拱肋的预

1??1拱度一般在?~?L范围内。该范围较理论计算值大，主要是由于前期管内混

?400600?凝土浇筑阶段，其实际混凝土弹性模量较理论值小，挠度会有所增大。

6 施工阶段设计和计算

6.1 一般规定

6.1.1 现行的混凝土规范和钢结构规范，对施工阶段均采用弹性理论进行计算，且均引用平面假定，以边缘应力达到限值为设计强度的控制条件（即容许应力法）。钢管混凝土拱肋结构是由二种材料组成构件共同受力，要采用和上述规范同样的计算分析原则，关键在于钢管壁和充填混凝土之间是否有足够的结合能力。这方面所见资料不多，无法论证。但目前管内充填普遍采用微膨胀混凝土，补偿混凝土的收缩，使管内充填混凝土与管壁接触紧密，是一项较好的措施。如能较好控制混凝土收缩值时，尚

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可适当加大混凝土的膨胀量，使补偿收缩后尚有适量的剩余膨胀量，使二者之间存在一定的压力，更为理想。另外节点处钢管内部设置一些加劲肋可以增强管壁和混凝土的连接，也可以加强钢管节点处的刚度。从国内实践来看，目前已建成上百座钢管混凝土拱桥，大部分均按二者共同受力，采用平面假定进行计算的，所以可以认为这种假定是能够符合实际情况的。混凝土材料抗拉强度很低，计算时不考虑其抗拉强度，拉应力全部由钢管承担。

6.1.3钢管混凝土拱肋的特点之一是分阶段形成受力断面，已浇筑并初凝了的钢管内混凝土要参与承受后续的荷载作用，因此对其初次参与受力的强度的应提出要求。若混凝土的收缩、徐变对结构的受力影响较大时，可考虑采取措施降低其影响，如延长混凝土初始加载龄期、降低钢管的径厚比、改变混凝土的配合比等。

6.1.4 “钢结构设计规范” (GB 50017-2003) 第十章“钢管结构”，其内容主要论述空管结构设计原则、强度计算方法，对未充填混凝土时的空钢管桁式拱肋是很适用的，某些内容即使充填混凝土后的钢管混凝土桁式拱肋也是适用的。其不足之处是在节点设计时对强度方面论述比较全面，而对钢管节点处的刚度方面论述不足。

钢管节点处的刚度过小会造成节点处弦杆(即主管)管壁沿腹杆(即支管)轴线方向的较大的局部变形，虽不会直接导致结构破坏，但却会影响到整个结构内力的分布状态。两端节点处的局部变形将使腹杆的轴向变形增大，其效果相当于使腹杆轴向刚度减少，轴向力比不计局部变形时也相应减少，从而使上、下弦杆的内力也发生变化。节点处弦杆沿腹杆方向局部变形，不仅在空钢管阶段存在，对受拉腹杆节点在充填混凝土以后的实心钢管混凝土结构中也存在。广西某桥的钢管混凝土桁式拱肋设计时，曾针对对这种情况，采用折减弹模法建模进行计算分析，计算结果表明，与不考虑节点处弦杆沿腹杆方向局部变形影响的计算结果相比，腹杆内力均减少（约在10% ～ 30%之间），弦杆轴力相应发生变化，但幅度相对减少，杆端弯矩变化幅度相对较大。

因此，在钢管混凝土桁式拱肋设计中，节点设计除在强度上应满足要求外，建议在节点处主管尽可能采取一些加强措施加强钢管的刚度，如适当减少径厚比、在节点处钢管内部设置一些加劲肋等，降低节点弦杆管壁沿腹杆方向的局部变形，使结构分析成果更符合实际情况。

6.1.5施工各阶段的整体结构弹性一类稳定荷载系数应不少于4.0，与施工规范第6.2.2.2条一致。

6.1.8主桥拱肋形成过程中，从拱肋节段吊装扣挂到松索成拱，到充填混凝土直至拱

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肋全部形成止，这些过程积累的应力和变形将影响到成桥后的拱肋的应力和变形状态。因此，设计合理的施工和加载程序特别是钢管内混凝土浇注程序能够使主拱拱肋受力均匀，改善成桥后拱肋的应力和变形状态。

6.2 设计和计算内容

6.2.1 施工阶段设计和计算内容，由于与采用得施工方案有关，应与施工单位密切联系，互相配合，共同完成施工阶段设计和计算工作。

与主桥拱肋形成有关的附属结构，指除作为机具、设备外的结构。如采用无支架缆索吊装方案时，拱肋的扣点、拱铰结构以及拱段接头等，采用其他方案时，相似类推。

拱肋与墩(台)固结的柔性系杆拱，计算时应考虑上部构造与下部构造的共同作用。

主桥拱肋形成过程应逐阶段计算，各阶段积累的应力、变形将影响到成桥后的拱肋的应力、变形状态。施工阶段的划分与施工步骤、加载程序的阶段性有关。另外尚应考虑计算中构件的几何参数和材料参数的相对稳定性。例如充填一根钢管内的混凝土，当采用泵送顶压法浇注时，可以划分为一个阶段。在这个阶段中，构件的几何参数、材料参数相对固定，新充填混凝土全部作为荷载加在已有的结构上，是较为合适的。前期各阶段累计下来的应力、变形加上本阶段全部混凝土充填完成后的应力、变形得到新的累计值也是合理的，这累计值继续传递下去。但由于拱肋结构的特点，在本阶段充填混凝土过程中，某个时刻某个断面的应力、变形就有可能比充填完成时大，甚至超过了限值。因此仅计算本阶段混凝土充填完成后应力、变形状态，是不够的。为了解本阶段混凝土充填过程应力、变形变化情况，要求将本阶段再细分，求出各小阶段的应力、变形值。当发生应力、变形值超过限值时，则应采取必要的措施避免之。广西在一些桥梁上采取了一种称为斜拉扣索法的调整措施，即利用拱肋无支架吊装时的扣索系统，在加载过程中，通过对扣索重新张拉，对拱肋施加拉力，调整拱肋的变形、应力分布状态。这种方法安全可靠，经济方便。有关详细情况可参阅《1996年全国桥梁学术讨论会论文集》中的“三岸邕江大桥钢管混凝土拱静力计算”和“斜拉扣挂连续浇筑拱肋混凝土施工方法的研究” 两篇论文。

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