中承式钢管混凝土拱桥设计说明书

中承式钢管混凝土拱桥设计说明书

拱桥指的是在竖直平面内以拱作为主要承重构件的桥梁,是我国公路上使用较广泛的一种桥型,在我国已经有1800年的历史了。其与梁桥、刚构桥不仅外形不同,而且受力性能有较大差别。拱式结构在竖向荷载作用下,两端将产生轴向压力,从而大大减小了拱圈的截面弯矩,使之成为偏心受压构件,截面上的应力分布与受弯梁的应力相比较为均匀,因此可以充分利用主拱截面的材料的强度,使跨越能力大大增大。其主要优点是可充分的就地取材(砖石、混凝土结构时2),可节省大量的钢材和水泥,而且其受力性能好,维修费用少,外形美观,构造较简单。

此拱桥为中承式钢管混凝土拱桥,净跨径225m,主拱圈线型为二次抛物线。因为在竖向均布荷载作用下,拱的合理拱轴线为二次抛物线,而此拱桥自重集度较为均匀,且为大跨,故选用二次抛物线形式,其造型优美,构造较简单。桥梁全长316m,起终点至拱桥桥台处选用等截面梁布置,在跨中位置设置桥墩以分配受力。此拱桥拱肋截面为三角形桁式结构,主钢管为Φ610×13mm,连接钢管和横撑为Φ325×8mm,拱肋高3.7m,宽1.7m,吊索间距为6m,吊索下设30cm×30cm方形截面横梁。

此中承式钢管混凝土拱桥属钢-混凝土组合结构中的一种,主要用于受压为主的结构。它一方面借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性,同时又利用钢管对核心混凝土的套箍作用,使核心混凝土处于三向受压状态,从而具有更高的抗压强度和抗变形能力。而且由于其承载能力大,正常使用状态是以应力控制设计,外表不存在混凝土裂缝问题。另外,钢管本身相当于混凝土的外板,它强度高,质量轻,易于吊装或转体,同时钢管兼做纵向主筋在施工过程中,可作为劲性承重骨架,方便施工,可先将空钢管拱肋合龙,再压注混凝土,从而降低施工难度,省去了支模、拆模等工序,简化了施工工艺,并可适应先进的混凝土泵送工艺。另外钢管混凝土使构件承载力大大提高,具有良好的塑形和韧性,降低了结构自重和造价,而且其防腐、防火性能好,结构造型美观。

但钢管混凝土拱桥也有其自身的缺点。此管壁外露的拱桥,在阳光照射下,钢管膨胀,容易造成钢管与内填混凝土之间出现脱空现象。另外,由于钢管先于管内混凝土受压,容易造成钢管应力偏高,而混凝土不能发挥应有的作用,而且其自重较大,相应的水平推力也较大,增加了下部结构的工程量,对地基要求高。而且虽然接头连接较为简便,但是接头进行焊接具有许多的难以避免的缺陷,钢管内灌注混凝土的密实度问题也较为突出,钢管的养护比较麻烦,钢管混凝土的动力性能和疲劳性能也必须考虑。

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