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浅论钢管混凝土拱桥发展概况
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【摘要】本文系统介绍了钢管混凝土拱桥的国内外发展概况及以及主要的施工方法，可供广大工程技术人员参考。（参考《建筑中文网》）
【关键词
【Abstract】This paper introduced a system of concrete-filled steel tubular arch bridge, as well as domestic and international developments and the main construction method, the majority of engineers and technicians available for reference.
【Key words】Concrete-filled steel tubular arch bridge; Construction method
钢管混凝土结构是由混凝土填入薄壁钢管内而形成的一种组合结构，其基本原理是借助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更强的塑性变形能力。钢管混凝土除具有强度高、重量轻、延性好、耐疲劳、耐冲击等优越的力学性能外，还具有省工省科、架设轻便、施工快速等优越的施工性能。
1. 钢管混凝土结构的优点
(1)钢管混凝土结构最适用于轴心受压构件。而在公路和城市拱式体系的桥梁中，我们可以选择合理的拱轴线，使得拱肋所承受弯矩很小，这样便可以充分发挥钢管混凝土抗压承载力高的优势，从而节省材料。
(2)钢管混凝土结构架设方便，施工快捷，综合经济效益高。修建钢管混凝土拱桥时，可以先通过缆索吊装法或转体施工法完成空钢管拱肋的架设，再以此为支架完成管内混凝土的浇注和桥面系的吊装。这样由于空钢管自重小，运输和安装十分方便，而且节省施工费用，同时也促进了拱桥向更大跨度的发展，使长期以来钢筋混凝拱桥无法突破200m的现象成为历史。
(3)和过去常用的钢筋混凝土拱桥相比，不存在混凝土开裂的问题。
2. 国内外发展概况
世界上最早修建的钢管混凝土拱桥是本世纪30年代前苏联建造的跨越列宁格勒涅瓦河的跨度为101m拱梁组合体系桥和位于西伯利亚跨度为140m的析肋拱桥。以后又出现了曾创下世界记录的跨度为390m的前南斯拉夫KRK大桥。近年来修建的此类桥梁有，日本180m的青叶大桥，法国的昂特那斯(Antrenas)钢管拱桥，捷克共和国横跨布尔诺-维也纳高速公路的钢管混凝土拱桥等。
然而，钢管混凝土拱桥的真正发展是在90年代的中国。1991年5月我国第一座采用钢管混凝土拱肋的拱桥-四川旺苍东河大桥［1、2］建成通车，它为净跨径115m的下承式拱桥，该桥的建成具有深远意义，它揭开了我国大规模修建钢管混凝土拱桥的序幕。自此以后，钢管混凝土拱桥在我国公路和城市桥梁中发展迅猛，据不完全统计，到2005年，我国己建和在建的钢管混凝土拱桥己达200余座，其中跨径大于100m的有50余座，跨径大于200m的有20余座，跨径大于300m的有接近10余座。
3. 结构类型
从设计水平看，我国已建和在建的钢管混凝土拱桥结构形式丰富多样，跨径记录也一再被刷新，从支撑形式划分，要分为以下四种类型：
(1）上承式拱桥。
(2）中承式有推力拱。
(3）中承式无推力拱(飞燕式)。
(4）下承式系杆拱桥。
4. 主要施工方法
从施工技术看，我国钢管混凝土拱桥的空钢管拱肋架设由以往的满堂支架上施工发展到无支架施工，主要有以下几种方式：
4.1有支架施工方法。 有支架施工方法就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。膺架可以采用满堂式或分离式，或者两种方式相结合。如三峡莲沱大桥的两边跨、天津彩虹大桥等，均采用有支架施工法。
采用有支架施工时，膺架的基础沉降、弹性和非弹性变形等应事先算出，并预留拱度，膺架顶部设置微调装置，如千斤顶、丝杠等，以便对拱肋的标高和平面位置进行调整。在拱肋吊装过程中，应不断观测各支撑点的沉降，发现问题及时调整。
4.2平转施工方法。 平转施工法就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。
近几年来，平转法在钢管混凝土拱桥施工中应用不少，如三峡的黄柏河大桥、江西德兴太白桥、安阳文峰路立交桥以及贵州北盘江大桥等。转体重量最大者为北盘江大桥，重达8100t，为钢管混凝土拱桥转体重量世界之最。由于通常利用两岸山体设置拱肋膺架，因此转体角度大多在100°左右。如北盘江大桥两侧分别为121°和113°；黄柏河大桥的南侧是74°。当两岸坡度较平缓时，可以利用引桥桥墩作为膺架。如黄柏河、安阳文峰路立交桥等均转体180°。
4.3竖转施工法。竖转施工法就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旋转一定角度，将拱顶合龙端置干地面或浮船上，这样即可在较低的膺架上拼装两个半拱。待两半拱拼装完成后，由两副墩顶扒秆分别将其拉起，在空中对接合龙(见图3)。如新安江望江大桥、三峡莲沱大桥等均采用了竖转吊装施工技术。
4.4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。经过多年理论与实践的结合，创立了千斤顶、钢绞线斜拉扣挂悬臂拼装和合龙松索技术(见图4)，并得到广泛的应用与发展。
钢管拱肋斜拉扣挂悬臂拼装技术采用钢绞线或高强钢丝作为扣索，两端用锚具固定，其工作状态近似于斜拉桥的斜拉索，比起传统方法中的钢丝绳，工作条件好，材料节省，同时可以单根收放。在操作方面，采用千斤顶作为施力工具，较之传统的卷扬机，施力准确，位移控制可以到mm级，精度高、施工控制方便。由于采用了钢绞线斜拉扣挂拱肋，多节段（多于五段）拱肋在悬拼过程中，除拱脚采用铰接（对于特大跨径拱桥，也可以悬拼到一定长度后固结）外，其余各段之间可以采用固结，最后形成一个一端铰接、多点扣挂、相邻拱肋设横向永久横联的多次超静定的空间结构。采用钢绞线斜拉扣挂悬拼技术，容易利用扣索对拱肋进行标高和内力的调整，合龙采用合龙后松索的技术，使合龙的难度与拱肋分段吊装的段数无关，这就为发展特大跨径拱桥的无支架悬臂拼装技术开辟了一条崭新的道路。
参考文献
［1］张克波、颜东煌、李瑜，茅草街大桥主桥模型试验，第十六届全国桥梁学术会议论文集（下册），人民交通出版社，2004.04
［2］陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工.北京：人民交通出版社，1999
［3］钟善桐.钢管混凝土结构(第3版)，北京：清华大学出版社，2003
［4］蔡绍怀.钢管混凝土结构.北京：中国建筑科学研究院，1992 来源: 《建筑中文网》.
【关键词
【Abstract】This paper introduced a system of concrete-filled steel tubular arch bridge, as well as domestic and international developments and the main construction method, the majority of engineers and technicians available for reference.
【Key words】Concrete-filled steel tubular arch bridge; Construction method
钢管混凝土结构是由混凝土填入薄壁钢管内而形成的一种组合结构，其基本原理是借助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更强的塑性变形能力。钢管混凝土除具有强度高、重量轻、延性好、耐疲劳、耐冲击等优越的力学性能外，还具有省工省科、架设轻便、施工快速等优越的施工性能。
1. 钢管混凝土结构的优点
(1)钢管混凝土结构最适用于轴心受压构件。而在公路和城市拱式体系的桥梁中，我们可以选择合理的拱轴线，使得拱肋所承受弯矩很小，这样便可以充分发挥钢管混凝土抗压承载力高的优势，从而节省材料。
(2)钢管混凝土结构架设方便，施工快捷，综合经济效益高。修建钢管混凝土拱桥时，可以先通过缆索吊装法或转体施工法完成空钢管拱肋的架设，再以此为支架完成管内混凝土的浇注和桥面系的吊装。这样由于空钢管自重小，运输和安装十分方便，而且节省施工费用，同时也促进了拱桥向更大跨度的发展，使长期以来钢筋混凝拱桥无法突破200m的现象成为历史。
(3)和过去常用的钢筋混凝土拱桥相比，不存在混凝土开裂的问题。
2. 国内外发展概况
世界上最早修建的钢管混凝土拱桥是本世纪30年代前苏联建造的跨越列宁格勒涅瓦河的跨度为101m拱梁组合体系桥和位于西伯利亚跨度为140m的析肋拱桥。以后又出现了曾创下世界记录的跨度为390m的前南斯拉夫KRK大桥。近年来修建的此类桥梁有，日本180m的青叶大桥，法国的昂特那斯(Antrenas)钢管拱桥，捷克共和国横跨布尔诺-维也纳高速公路的钢管混凝土拱桥等。
然而，钢管混凝土拱桥的真正发展是在90年代的中国。1991年5月我国第一座采用钢管混凝土拱肋的拱桥-四川旺苍东河大桥［1、2］建成通车，它为净跨径115m的下承式拱桥，该桥的建成具有深远意义，它揭开了我国大规模修建钢管混凝土拱桥的序幕。自此以后，钢管混凝土拱桥在我国公路和城市桥梁中发展迅猛，据不完全统计，到2005年，我国己建和在建的钢管混凝土拱桥己达200余座，其中跨径大于100m的有50余座，跨径大于200m的有20余座，跨径大于300m的有接近10余座。
3. 结构类型
从设计水平看，我国已建和在建的钢管混凝土拱桥结构形式丰富多样，跨径记录也一再被刷新，从支撑形式划分，要分为以下四种类型：
(1）上承式拱桥。
(2）中承式有推力拱。
(3）中承式无推力拱(飞燕式)。
(4）下承式系杆拱桥。
4. 主要施工方法
从施工技术看，我国钢管混凝土拱桥的空钢管拱肋架设由以往的满堂支架上施工发展到无支架施工，主要有以下几种方式：
4.1有支架施工方法。 有支架施工方法就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。膺架可以采用满堂式或分离式，或者两种方式相结合。如三峡莲沱大桥的两边跨、天津彩虹大桥等，均采用有支架施工法。
采用有支架施工时，膺架的基础沉降、弹性和非弹性变形等应事先算出，并预留拱度，膺架顶部设置微调装置，如千斤顶、丝杠等，以便对拱肋的标高和平面位置进行调整。在拱肋吊装过程中，应不断观测各支撑点的沉降，发现问题及时调整。
4.2平转施工方法。 平转施工法就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。
近几年来，平转法在钢管混凝土拱桥施工中应用不少，如三峡的黄柏河大桥、江西德兴太白桥、安阳文峰路立交桥以及贵州北盘江大桥等。转体重量最大者为北盘江大桥，重达8100t，为钢管混凝土拱桥转体重量世界之最。由于通常利用两岸山体设置拱肋膺架，因此转体角度大多在100°左右。如北盘江大桥两侧分别为121°和113°；黄柏河大桥的南侧是74°。当两岸坡度较平缓时，可以利用引桥桥墩作为膺架。如黄柏河、安阳文峰路立交桥等均转体180°。
4.3竖转施工法。竖转施工法就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旋转一定角度，将拱顶合龙端置干地面或浮船上，这样即可在较低的膺架上拼装两个半拱。待两半拱拼装完成后，由两副墩顶扒秆分别将其拉起，在空中对接合龙(见图3)。如新安江望江大桥、三峡莲沱大桥等均采用了竖转吊装施工技术。
4.4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。经过多年理论与实践的结合，创立了千斤顶、钢绞线斜拉扣挂悬臂拼装和合龙松索技术(见图4)，并得到广泛的应用与发展。
钢管拱肋斜拉扣挂悬臂拼装技术采用钢绞线或高强钢丝作为扣索，两端用锚具固定，其工作状态近似于斜拉桥的斜拉索，比起传统方法中的钢丝绳，工作条件好，材料节省，同时可以单根收放。在操作方面，采用千斤顶作为施力工具，较之传统的卷扬机，施力准确，位移控制可以到mm级，精度高、施工控制方便。由于采用了钢绞线斜拉扣挂拱肋，多节段（多于五段）拱肋在悬拼过程中，除拱脚采用铰接（对于特大跨径拱桥，也可以悬拼到一定长度后固结）外，其余各段之间可以采用固结，最后形成一个一端铰接、多点扣挂、相邻拱肋设横向永久横联的多次超静定的空间结构。采用钢绞线斜拉扣挂悬拼技术，容易利用扣索对拱肋进行标高和内力的调整，合龙采用合龙后松索的技术，使合龙的难度与拱肋分段吊装的段数无关，这就为发展特大跨径拱桥的无支架悬臂拼装技术开辟了一条崭新的道路。
参考文献
［1］张克波、颜东煌、李瑜，茅草街大桥主桥模型试验，第十六届全国桥梁学术会议论文集（下册），人民交通出版社，2004.04
［2］陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工.北京：人民交通出版社，1999
［3］钟善桐.钢管混凝土结构(第3版)，北京：清华大学出版社，2003
［4］蔡绍怀.钢管混凝土结构.北京：中国建筑科学研究院，1992 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200907/13024.htm
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