摘要：钢管混凝土结构作为一种复合型材料由于自重轻、承载力高、施工方法简单、造型优美等优点，广泛应用于我国的拱桥建设。我国在过去的三十年里，钢管混凝土拱桥得到了极大的发展，结构体系丰富，施工技术逐渐完善，达到了世界领先水平，但也存在一些问题，值得引起我们工程工作者的重视和研究。
关键词：钢管混凝土；拱桥；徐变收缩；节点疲劳；腐蚀
0 前言
钢管混凝土拱桥是指在钢管内浇筑填充混凝土形成拱肋的拱桥。钢材具有良好的塑形和延性，混凝土结构具有较大的抗压强度，在钢管里浇筑混凝土，混凝土由于钢管的套箍作用处于三向受压状态，强度得到大大的提高，钢管里填充混凝土可使钢管抵抗屈曲的能力有所提高。因此，钢管混凝土拱桥结合了钢管拱桥和钢筋混凝土拱桥两者的优点。我国对钢管混凝土拱桥的发展做出了巨大的贡献，创造出丰富的结构型式和施工方法，设计理论研究较为成熟和先进。但钢管混凝土也具有一些不足之处，如混凝土的徐变收缩引起结构的性能有所改变，钢管节点的疲劳问题使其耐久性降低，钢管的腐蚀也会影响结构耐久性。
1 钢管混凝土拱桥的发展概况
世界上最早修建算真正意义的钢管混凝土拱桥是前苏联在1939年建成的钢管混凝土铁路拱桥。我国在新中国成立后不久就开始进行钢管混凝土结构的研究，虽然当时国内研究较为滞后，技术不够先进，理论不够成熟，但取得了可观的效果，发展迅猛，为钢管混凝土拱桥奠定了理论基础和工程实际经验。改革开放后，我国加强基础设施建设，拱桥作为桥梁的基本桥型，是我国的主桥型。由于当时炼钢水平不够发达，钢的强度不够高，无法大量应用钢结构，拱桥桥型中多数是圬工拱或钢筋混凝土拱。1990年，我国建成的国内第一座钢管混凝土拱桥是四川旺苍东河大桥，而在此之前国外仍没应用和发展该桥型。上世界90年代后，随着经济建设的快速发展，钢产量不断上升，钢管混凝土拱桥在我国得到大力的应用和快速的发展。近年来，钢管混凝土拱桥也引起了国外的关注，相继报道修建，在欧美等发达国家中得到一定程度的发展。
2 钢管混凝土拱桥常见结构型式
我国已建成的钢管混凝土拱桥结构体系丰富，通常可以分为以下五种型式：①上承式拱。上承式钢管混凝土拱桥自重较大，对地基基础要求高，所占的比例不高，但其构造简单、横向布置简单，整体稳定性好的独特优势而广泛应用在深渊峡谷地区。我国建成的支井河特大桥主跨430米，是世界上最大跨径上承式钢管混凝土拱桥。②中承式拱。当拱桥的矢高大于路面标高时，中承式拱桥具有较大的优势。据调查，我国钢管混凝土拱桥中的中承式所占比例约为45%。我国四川泸州波司登大桥是世界最大跨径中承式钢管混凝土拱桥。③拱梁组合桥。钢管混凝土拱梁组合桥是一个整体结构，拱与梁两者共同受力，一般具有较大的刚度，整体稳定性好。④下承式刚架系杆拱。下承式刚架系杆拱桥是钢管混凝土拱桥的新桥型，采用高强度系杆，通过自身预应力平衡拱的水平推力，桥墩要求低，造价减少，而且具有较大的跨越能力。我国广东深圳彩虹大桥、济南东站立交桥等铁路桥梁采用该结构型式。⑤飞燕式拱。飞燕式钢管混凝土拱桥为多跨结构，主跨是中承式拱，两边跨是半跨悬臂上承式拱，可通过边跨端部的拉索平衡主跨水平推力。同时该桥型造型优美，受到我国大中城市的喜爱。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆我国广州丫髻沙大桥是世界著名的飞燕式钢管混凝土拱桥，该桥创下了几个世界第一，把我国钢管混凝土拱桥建设推上新的台阶。
3 钢管混凝土拱桥存在问题
由于钢管混凝土拱桥是钢管与混凝土复合的结构，故亦存在钢结构和混凝土结构两者的不良性能和问题。钢管混凝土存在的问题主要有管内混凝土徐变收缩引起、钢管混凝土节点疲劳、钢管的腐蚀。
3.1 钢管混凝土徐变问题
国内外学者曾提出了很多理论来解释混凝土徐变的机理，但迄今为止，没有一个理论能完全解释其机理。钢管混凝土徐变在早期发展的很快，加载一个月以后徐变趋于平缓，一年以后基本停止。长期荷载作用下，钢管混凝土徐变将会使拱肋挠度发生变化导致结构受偏心力，出现附加弯矩，刚度下降，使构件稳定极限承载力下降。因此在设计时，应考虑钢管混凝土徐变的影响，对稳定极限承载力进行一定的折减。同时，徐变将会引起结构变形的增大，在超静定拱中会产生附加内力，影响结构的使用性能和安全性能。因此，对钢管混凝土徐变问题的研究有待加强。
3.2 钢管混凝土拱桥管节点疲劳问题
钢管混凝土拱桥管节点一般通过焊缝连接，由于焊缝具有天然缺陷或因操作引起的人工缺陷，在连续重复荷载作用下，管节点会出现较为严重的应力集中，从而产生疲劳裂纹继而导致疲劳破坏。疲劳破坏是属于脆性破坏，破坏前没有明显的征兆，会导致构件或结构突然失效。因此疲劳问题是钢管混凝土拱桥必须引起重视的问题。目前钢管混凝土管节点的疲劳研究和设计理论还不够成熟，大多是借鉴空心管节点的研究结果，两者虽然有一定的相似性，但也有较大的差异，结合我国工程实际情况，单独对钢管混凝土结构进行疲劳性能研究和疲劳寿命研究是我国建设钢管混凝土拱桥下一阶段重要研究内容。
3.3 钢管的腐蚀问题
钢管直接暴露在大气中，当大气中的湿度达到一定值时，空气中的水分会吸附杂质凝聚在钢构件表面形成水膜而发生的电化学反应。钢管由于电化学反应发生的腐蚀会降低结构的强度和耐久性，严重影响了桥梁的外观和使用性能。因此，钢管的防腐是钢管混凝土拱桥养护管理里极其重要的内容。现有的钢管防腐方法是在钢管表面涂装涂料，涂装材料的使用性能和施工质量将会影响到防腐的质量。
因此，建设钢管混凝土桥梁时，应对钢管进行防腐设计，研究防腐时间长的涂装材料和保证质量可靠的施工工艺。
4 结语
钢管混凝土拱桥是一种结合钢管拱和钢筋混凝土拱两者优点的结构，在上世纪90年代后在我国得到迅猛的发展，是我国对拱桥形式的一种创新。本文对钢管混凝土拱桥的发展历程进行了简单总结，概括分析了我国钢管混凝土拱桥常见的结构型式，并针对钢管混凝土拱桥存在的问题提出改进措施和研究方向。
参考文献：
[1] 陈宝春.钢管混凝土拱桥[M].北京：人民交通出版社，2016
[2] 刁砚.钢管混凝土桥管节点疲劳性能试验研究[D].西南交通大学，2012.
论文作者:陆明龙
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/24
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