【摘要】對鋼管混凝土拱橋進行了簡單的概述，介紹了國內(nèi)外鋼管混凝土拱橋的研究現(xiàn)狀，綜述了我國十多年來在鋼管混凝土拱橋方面發(fā)展及所取得的成果；對鋼管混凝土拱橋的發(fā)展進行了展望，為今后的建設(shè)提供借鑒。
　　    【關(guān)鍵詞】鋼管混凝土；拱橋；展望；
　　    
　　
　　0前言
　　    拱橋是我國公路上使用廣泛且歷史悠久的一種橋梁結(jié)構(gòu)型式。它外形宏偉壯觀，且經(jīng)久耐用。拱橋作為壓彎結(jié)構(gòu)，隨著跨徑的增大，高強材料的應(yīng)用受到穩(wěn)定問題的制約；而鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土拱橋由于自重較大，施工架設(shè)問題突出。高強材料的應(yīng)用和無支架施工的困難，制約了拱橋的發(fā)展。將鋼管作為混凝土應(yīng)用于拱橋同時解決了拱橋材料高強化和拱圈施工輕型化的兩大問題。
　　1．鋼管混凝土拱橋概述
　　    鋼管混凝土作為一種組合材料，其工作的基本原理有2點：⑴借助內(nèi)填混凝土增強鋼管壁的穩(wěn)定性；⑵借助鋼管對核心混凝土的套箍（約束）作用，使核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使核心混凝土具有更高的抗壓強度和壓縮變形能力。
　　    基于鋼管混凝土的工作機理，將其作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于大跨度拱橋的建造，可以較好的解決橋梁結(jié)構(gòu)所要求的用料省、安裝重量輕、施工簡便以及承載能力大等諸多矛盾。同時，鋼管混凝土將鋼材和混凝土有機地結(jié)合在一起，能大大地提高拱橋的跨越能力，并使材料得到充分利用。在施工方面，空鋼管架設(shè)吊裝重量輕，又可作為施工支架和內(nèi)填混凝土的模板，施工用鋼量省，而工廠化、工業(yè)化水平高，加快了施工的速度。由于在材料性能和施工方法上的優(yōu)越性，將其應(yīng)用于以受壓力為主的拱橋之中是十分合理的。它對于橋梁結(jié)構(gòu)節(jié)約材料、減輕自重、提高跨越能力、方便施工、縮短工期有著積極的意義。正由于鋼管混凝土拱橋具有自架設(shè)的施工優(yōu)勢及鋼-混凝土共同受力的性能優(yōu)勢，這種橋型日益顯示出其強大的生命力。
　　2．國內(nèi)外鋼管混凝土拱橋的研究現(xiàn)狀
　　    國內(nèi)鋼管混凝土拱橋在橋梁工程中開始得到研究和應(yīng)用是在20世紀80年代。自1990年10月在四川省旺蒼縣首先采用纜索吊裝、無支架施工法建成跨度115m的我國第一座鋼管混凝土拱橋以來，短短數(shù)年間，鋼管混凝土拱橋如雨后春筍，在各地興建。
　　    鋼管混凝土在國外橋梁工程中的應(yīng)用已有100多年的歷史。早在1879年，英國的Severn鐵路橋建設(shè)中就采用了鋼管橋墩，當(dāng)時在管中灌注混凝土主要用來防止內(nèi)部銹蝕并承受壓力。�？偟膩碚f，國外修建鋼管混凝土拱橋的跨徑較小，數(shù)量也不多，相關(guān)報道較少。
　　3．鋼管混凝土拱橋的優(yōu)缺點
　　    鋼管混凝土拱橋在短短的幾十年時間里，能得以飛速的發(fā)展，就其本身而言，鋼管混凝土拱橋具有如下優(yōu)點：
　　    (1)跨越能力大、適應(yīng)能力強
　　    鋼管混凝土的承載能力大大高于鋼管、混凝土承載能力之和，因此，其跨越能力要高于一般的鋼筋混凝土肋拱。實踐證明，鋼管混凝土拱橋在100~400m以內(nèi)具有很強的適應(yīng)性和競爭力。
　　    (2)承載能力大，施工快捷
　　    鋼管對混凝土具有所謂的“套箍”作用，套箍作用主要體現(xiàn)在混凝土進入塑性階段以后，此時混凝土沿環(huán)向劇烈膨脹，而鋼管能有效約束這種膨脹，從而使混凝土處于三軸受力狀態(tài)，強度得以大大提高。鋼管混凝土利用內(nèi)填混凝土增強管壁的穩(wěn)定性，又利用鋼管對核心混凝土的套箍作用，使鋼管混凝土的優(yōu)越性能得到充分發(fā)揮，具有很高的抗壓強度和抗變形能力，非常適合以偏心受壓為主的拱橋。施工時，鋼管充當(dāng)很好的模板，無需額外的腳手架和模板，又起到勁性骨架的作用；另一方面,橋梁基坑開挖、基礎(chǔ)與混凝土澆筑、鋼管加工、吊桿制作、橫梁和橋面板預(yù)制可同時進行，模塊化程度高，節(jié)省了施工工期，與同等跨徑的其它體系橋梁相比，可節(jié)省工期30%以上。
　　(3)地基適應(yīng)能力強
　　    鋼管混凝土拱橋可根據(jù)不同的地質(zhì)條件和橋位斷面，設(shè)計成有推力的拱橋(上承式和中承式拱)，也可設(shè)計成無推力的系桿拱橋(下承式或帶半跨邊孔的飛雁式組合拱)。
　　(4)造型優(yōu)美
　　    優(yōu)秀的橋梁建筑，除實用的功能外，還應(yīng)是一個高雅的建筑藝術(shù)品，成為一個城市或地區(qū)的標(biāo)志(象征)，如舉世聞名的美國舊金山大橋、悉尼港的鋼拱橋。鋼管混凝土拱橋猶如一道靚麗的彩虹橫跨大江兩岸,配合恰當(dāng)?shù)臒艄庠O(shè)計，令人賞心悅目。
　　    (5)有較成熟的施工技術(shù)作支撐
　　    中國是建造拱橋最多的國家，經(jīng)過長期的探索，已掌握了成套的施工技術(shù)，如無支架纜索吊裝法、轉(zhuǎn)體施工法。前者配合千斤頂由高強鋼絞線做扣索，具有索力和拱軸線型控制精度高，并且突破了只適用于5段以內(nèi)的限制，能用于多節(jié)段拱肋吊裝；后者的平轉(zhuǎn)和豎轉(zhuǎn)技術(shù)也已相當(dāng)諳熟，已成功地用于多座鋼管混凝土拱橋的安裝。
　　    （6）總體布置
　　    由于鋼管混凝土承載能力大，正常使用狀態(tài)是以應(yīng)力控制設(shè)計，外表不存在混凝土裂縫問題，因而可以使主拱圈截面及其寬度相對的減小，這樣便可以減小橋面上承重結(jié)構(gòu)所占的寬度，提高了橋
　　面寬度的使用效率。
　　盡管鋼管混凝土拱橋發(fā)展很快，跨徑也已達到
　　460m，但是其設(shè)計理論、計算方法、規(guī)范制定等方面卻比較落后，如：鋼管混凝土的本構(gòu)關(guān)系如何選取，才能使二者的結(jié)合最優(yōu)，缺乏研究；鋼管混凝土拱橋的有限元計算理論缺乏統(tǒng)一性；施工過程中鋼管聚集的初始應(yīng)力，對鋼管混凝土極限承載力會產(chǎn)生影響，影響值有多大，需深入研究；由于核心混凝土的收縮,鋼管混凝土拱中出現(xiàn)鋼管與混凝土不密貼的現(xiàn)象，對于這個問題目前還缺乏深入的研究；鋼管混凝土桁架節(jié)點與柔性吊桿的疲勞問題,研究不夠深入；目前對于鋼管混凝土拱橋的設(shè)計、制作、施工并沒有一套可行的規(guī)范。
　　    其次，鋼管混凝土拱橋在陽光照射下，鋼管表面溫度很高，鋼管熱脹容易造成與管內(nèi)混凝土脫空；而當(dāng)采用桁式鋼管混凝土拱肋時，管間焊接接頭構(gòu)造復(fù)雜，是受力的薄弱部位。這些都是鋼管混凝土拱橋亟待解決的問題。
　　4．鋼管混凝土拱橋21世紀的展望
　　    我國目前仍處于交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高潮，鋼管混凝土拱橋的應(yīng)用仍在不斷的發(fā)展之中。而21世紀的鋼管混凝土拱橋?qū)⑾虼罂�、寬橋面、造型美觀、輕質(zhì)、靈敏、環(huán)保等方面發(fā)展。
　　    (1)大跨
　　    在我國的一般大河上，水面寬度不過在五、六百米，可采用一大拱跨過，在更寬的江面上可以采用多孔系桿拱橋。在建成了跨度460米的巫峽長江大橋后，鋼管混凝土拱橋在大跨度拱橋上具有了更廣闊的前景。鋼管混凝土拱橋與鋼橋的跨越能力相差不大，且鋼管混凝土拱橋用鋼量很省，符合我國的國情。其次，鋼管混凝土剛架系桿拱在結(jié)構(gòu)和施工方法上都具備更大的跨越能力，為拱橋跨徑的繼續(xù)向前推進提供了可能。
　　    (2)寬橋面
　　    隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，交通量迅猛增長，與之相適應(yīng)的城市橋梁也越做越寬，于是需建城市特寬
　　橋。在我國，近十年來城市道路的路幅由早期的20m左右發(fā)展到45m、64m、甚至80m等。城市寬橋的應(yīng)用越來越廣。而鋼管混凝土拱橋以其在施工、造型等各方面的優(yōu)點，在城市寬橋、特寬橋上具有很強的競爭力。鋼管混凝土拱橋施工簡便，并且可以自架設(shè)，不須搭設(shè)支架和模板，施工周期短，適合城市建設(shè)。而且可以采用轉(zhuǎn)體施工，可以在不影響城市原有交通的情況下進行施工。城市橋梁一般橋面較寬，從結(jié)構(gòu)構(gòu)造、受力、抗震等多方面考慮，鋼管混凝土拱橋具有較大的優(yōu)勢，可以在橫截面上選擇兩拱肋或三拱肋，在特寬橋中，可采用四拱肋，將橫梁在中間斷開，相當(dāng)于兩座獨立的橋。
　　    (3)造型美觀
　　    現(xiàn)代橋梁越來越注重美學(xué)，當(dāng)橋址位于城市出入口時，更要求造型美觀并具有時代特征，以體現(xiàn)其城市門戶的形象。而中承式鋼管混凝土拱橋就能給人們以出入門戶的感覺,并且可以對鋼管拱肋、吊桿等進行著色配景，使整個橋梁與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，并使之成為城市的一大景觀環(huán)境。
　　    (4)輕質(zhì)
　　    橋梁主體材料將由高強度輕質(zhì)太空材料所取代。高強度鋁合金、玻璃鋼、碳纖維等太空材料將取代當(dāng)代的橋梁鋼、混凝土成為橋梁建筑的主體材料，實現(xiàn)輕質(zhì)目標(biāo)。因此，鋼管混凝土拱橋的材料也將實現(xiàn)輕質(zhì)化。
　　5．結(jié)束語
　　    鋼管混凝土拱橋因其跨越適應(yīng)能力強、施工方便、承載能力大等優(yōu)點得以廣泛應(yīng)用。隨著社會經(jīng)濟技術(shù)的飛速發(fā)展，可以預(yù)見，21世紀的鋼管混凝土拱橋建設(shè)必將取得新的突破，取得更大、更廣的發(fā)展。
　　
　　
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