我国钢管混凝土拱桥应用及施工技术进展

摘 要：钢管混凝土拱桥具有承载能力强、施工方便、桥型优美、经济效益显著等特点，因此在大跨桥梁和城市桥梁中得到了广泛的应用。本文介绍了钢管混凝土的主要特点、钢管混凝土拱桥在我国的应用概况及其施工技术的进展，探讨了目前有待解决的主要问题，最后对钢管混凝土拱桥在桥梁工程中的应用前景作了展望。

关键词：钢管混凝土 拱桥 施工技术 综述

中图分类号：TU37文献标识码： A

钢管混凝土结构由于具有轻质高强、跨越能力大、施工较简便、造价经济等优点, 近年来作为拱式体系被广泛应用于公路和城市桥梁。现代拱桥的施工技术已由以往在笨拙的满堂红支架上施工发展到无支架施工，拱桥的跨度之所以能够不断刷新正是得益于无支架施工技术的实施。

1钢管混凝土拱桥的特点

钢管混凝土的基本原理是借助圆形钢管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。由于在材料性能和施工方法上的优越性, 将这种材料应用于以受压力为主的拱桥是十分合理的。钢管混凝土拱桥主要具有以下优点：

1.1 承载能力大、跨越能力强

钢管混凝土利用钢管对核心混凝土的套箍作用, 使钢管混凝土的优越性能得到充分发挥, 其承载能力高于钢管、混凝土承载能力之和，具有很高的抗压强度和抗变形能力,因而其跨越能力要高于一般的钢筋混凝土肋拱和钢管拱。

1.2施工快捷、缩短工期

施工过程中，钢管可充当模板, 无需额外的脚手架和模板, 又起到劲性骨架的作用。桥梁基坑开挖、基础与混凝土浇筑、钢管加工、吊杆制作、横梁和桥面板预制可同时进行,模块化程度高, 节省施工工期。与同等跨径的其它体系桥梁相比, 可节省工期30%以上。

1.3地基适应能力强

钢管混凝土拱桥可根据不同的地质条件和桥位断面，设计成有推力的拱桥，也可设计成无推力的系杆拱桥。

1.4桥型优美

现代桥梁越来越注重审美。当桥址位于城市出入口时,更要求造型美观并具有时代特征, 以体现其城市门户的形象。如中承式钢管混凝土拱桥就能给人们以出入门户的感觉, 并且可以对钢管拱肋、吊杆等进行着色配景, 使整个桥梁与周围环境相协调, 配合恰当的灯光设计并使之成为城市的一大景观，令人赏心悦目。

1.5经济效益显著

根据有关文献, 采用钢管混凝土比采用钢结构可节约钢材50%左右；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基本相等。

2钢管混凝土拱桥应用概况

自1990年在四川省旺苍首先采用缆索吊装、无支架施工法建成跨度为115m的我国第一座钢管混凝土拱桥以来，短短20余年，钢管混凝土拱桥如雨后春笋，在全国各地兴建，广泛用于公路桥梁和城市桥梁。

2.1跨径发展迅速

截止目前，已建成的跨径达100 m以上的钢管混凝土拱桥已超过130座；跨径达200 m以上的也有33座。表1列出了2005年以来建成的跨径达200 m以上的钢管混凝土拱桥的简要情况。

表 1 2005年以来建成的跨度大于200 m的钢管混凝土拱桥

2.2类型灵活丰富

钢管混凝土拱桥的结构类型非常丰富，将拱的结构根据车承形式与有无推力的组合来划分,共分为(有推力)上承式、有推力中承式、无推力中承式(飞鸟式)、拱梁组合体系(下承式)和下承式刚架系杆拱5类。对131座跨径大于100 m的钢管混凝土拱桥的统计汇总结果见表2。

表 2钢管混凝土拱桥结构形式统计

3钢管混凝土拱桥施工技术进展

钢管拱的架设方法很多。最常用的架设方法是斜拉悬臂法和转体施工法。对已知施工方法的103座桥梁的统计分析结果表明，采用斜拉悬臂法的有69座，占了67%。跨径在300 m以上的8座钢管混凝土拱桥中,除丫髻沙大桥采用转体施工法外，其余7座均采用缆索吊装法。

拱桥中的转体施工法，尤其是水平转体施工法，是一种极具中国特色的施工方法，在许多特定条件下能取得了很好的效果。转体施工是指将桥梁从跨中分成两个半跨，半跨结构在偏离轴线位置施工，成型后通过转动体系将两个半跨结构同时旋转到位，在跨中合龙的建桥技术。这种施工方法在峡谷地区，对桥下通航(行) 要求较高等情况下，用得较多。

4有待解决的主要问题

尽管钢管混凝土拱桥发展很快, 跨径已达到460 m(重庆巫峡长江大桥),但是其设计理论、计算方法等方面却比较落后,具体体现在以下几个方面:

1)施工过程中管内混凝土的刚度取值与管内混凝土达到强度后拱肋断面的刚度取值是计算中必须考虑的一个问题，它对施工过程和成桥后拱肋的内力、变形和稳定计算都有一定影响，然而目前对于刚度的取值以及折减办法尚无统一标准。

2)温度及徐变效应对拱桥内力和变形的影响。钢管混凝土拱肋因其材料、截面构成和施工方法等与其他拱桥不同，一般桥梁的温度计算方法不再适用。在日照下钢管与混凝土会受到温差的影响而出现空隙,以致使套箍力的发挥在工程界存在质疑。

3)目前拱桥施工过程中总是先架设空钢管,然后向管内浇注混凝土,最后施工拱上建筑成桥。钢管因拱桥施工引起的初应力与拱桥预拱度的设置、施工偏差、拱轴线与压力线不重合等产生的附加应力产生耦合,对钢管混凝土极限承载力的影响有多大,值得深入研究。

5结论与展望

钢管混凝土拱桥历经短短二十余载，发展迅速，成就斐然。无论是其应用规模之大、跨径增大速度之快，还是其结构类型之丰富、应用范围之广都是惊人的。我国目前仍处于大规模的交通基础设施建设时期，钢管混凝土拱桥必将以其自身的优势，为推进现代交通运输业的发展做出更大的贡献。

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