广州大学 土木工程学院 广东 广州 510006
摘要：钢管混凝土具有承载力高、施工便捷、耐火性能强和经济效果好等优点，在土木工程中得到了广泛的应用。在钢管中填入混凝土，通过内填混凝土增强管壁结构承载力，钢管起到对核心混凝土的束缚作用。钢管混凝土将钢材和混凝土的优点相互结合，提高混凝土抗压强度的同时又克服了钢管易局部扭曲的缺点，大大提高承载力，弥补了两者的不足。随着实验研究和理论的不断深入，钢管混凝土在高层、超高层和桥梁等结构中得到了广泛的应用。本文结合典型工程实例，阐述钢管混凝土在桥梁中的应用情况。
关键词：钢管混凝土桥梁；应用；发展
1 钢管混凝土在桥梁结构中的发展
钢管混凝土结构最早应用于桥梁工程是1879年英国Seven的铁路桥。当时在管中灌注混凝土,主要是防止内部锈蚀并承受压力。之后，钢管混凝土主要应用在房屋建筑。 1930年在法国巴黎郊区用钢管混凝土建造过9m跨度的上承式拱桥。1937年前苏联用钢管混凝土建造跨度101米的公路拱桥和跨度140米的铁路拱桥。 上世纪60年代前后，钢管混凝土结构的研究在前苏联、西欧、北美和日本等工业发达国家受到极大重视，开展了大量的试验研究，并在一些建筑工程如桥梁工程中加以应用。
我国从1959年开始研究钢管混凝土的基本性能和应用。20世纪80年代后,研究工作进一步深入,通过大量的试验研究和理论分析,对构件的承载能力和变形性能及其影响因素进行了全面的研究,得到了实用的设计计算公式。1990年建成了我国第一座钢管混凝土桥，从此以后,钢管混凝士桥在我国得到迅速的发展。经过多年的实践研究，我国在桥梁工程上已经积累了丰富的经验，形成了完整的技术和理论体系。
2 钢管混凝土拱桥
进入20世纪80年代后，钢管混凝士在桥梁工程中开始得到广泛的应用和研究，近二十年时间里，我国共修建了200多座钢管混凝土拱桥。如1990年建成国内第一座钢管混凝土拱桥四川旺苍大桥，1995年建成跨径达200m的广东南海三山西大桥:1997年建成重庆万州长江大桥，净跨420m，2000年建成世界跨度最大的钢管混凝土拱桥——广州丫髻沙大桥。以及2005年建成的跨径460m的巫山长江大桥。
钢管混凝上拱桥一般分为两类，一种是将钢管混凝土直接用作拱桥结构的主要受力部分。同时也作为结构施工时的劲性骨架，截面设计由前者控制。另一种是先将钢管用于施工时的劲性骨架，然后再内灌混凝土并与外包混凝土共同形成断面。大跨度钢管混凝土拱桥在建造时，一般先施工拱肋部分，拱肋形成后再向其中灌注混凝土，之后施工梁体以及张拉吊杆和系杆。钢管混凝上用于建造拱桥具有以下特点：1自重轻，可以建造跨越很大的桥梁。2施工简便，可减少工程造价。3可以最大限度地利用钢管混凝土抗压性能强的特点。钢管混凝土拱桥在造型艺术上也有着独特的优点，极富优美的外观曲线，使拱桥在满足功能的要求上，与拱桥所处环境相协调，从而使拱桥更具美感。
表 1 部分典型的钢管混凝土拱桥
4 钢管混凝土斜拉桥
将钢管混凝土结构用作斜拉桥的塔柱，既充分发挥了钢管混凝土承载力强的特点，又大大减轻了塔柱的自重。采用钢管混凝土空间桁架组合结构的主梁，跨越能力大大提高。与混凝土斜拉桥相比，由于主梁自重的减轻，相应的可以减少斜拉索的用量。索塔以及下部结构的截面尺寸和材料用量都相应减少，所以不仅承担活荷载的能力加大，而且经济优势明显。对于大跨径的斜拉桥，主梁采用透空率大的桁架组合结构，可以提高临界风速和抗风稳定性。 钢管混凝土塔柱相比普通钢筋混凝土塔柱有更好的耗能能力和更小的强度退化，因而有优越的抗震性能。
广东南海市紫洞大桥是国内首座钢管混凝土斜拉桥。该桥于1996年6月竣工通车。主桥采用69m+140m+69m双塔三跨单索面斜拉桥。主粱采用钢管混凝土空间桁架组合梁式结构．全高3.0m。2000年建成的湖北秭归县向家坝大桥，首次采用了钢管混凝土空间桁架主梁的三跨连续刚构桥。其下弦、边孔桁架腹杆和中孔部分腹杆采用钢管混凝土构件，技术经济效益十分显著。
5 钢管混凝土桥梁的发展优势及目前存在的问题
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压缩变形能力，另一方面借助内填混凝土的支撑作用，增强钢管壁的几何稳定性，改变空钢管的失稳模态，从而提高其承载力。二者的结合，充分发挥了两种材料的优点，相互弥补了彼此的不足。
工程实践分析表明，钢管混凝土与普通钢结构相比，保持自重相近和承载力相同的条件下，可节省钢材近50% ，并减少了大量的焊接工作。在保持钢材用量相近和承载力相同的条件下，构件的横截面积可减少一半，从而使建筑空间得到加大，混凝土和水泥用量以及构件自重相应减少50% 。另外，钢管混凝土本身的施工特点符合现代施工技术工业化的要求，可大量节约人工费用，降低工程造价。
尽管国内外钢管混凝土桥梁发展迅速，当今仍然还存在一些急需解决的问题。1)理论研究相对滞后，跟不上发展的步伐。对钢管混凝土拱结构的受力性能研究还处于初级阶段，没能突出钢管混凝土这样一种特殊的组合材料，特别是对受力中钢管对混凝土的紧箍力考虑不够。2 )理论分析中对钢管混凝土组合材料在复杂受力状态下的本构关系还不明确。3)钢管混凝土桥梁的有限元计算理论缺乏统一性，空间分析中对计算模型的研究不多。4)核心混凝土收缩徐变的研究还处于初步阶段，对于管内混凝土徐变目前还没有一个普遍认可的计算模式，在对徐变影响的分析方面，主要集中于钢管与混凝土应力变化方面，对刚度、变形与稳定等方面的影响研究还需进一步发掘。5)钢管混凝土拱桥受力性能受温度变化的影响研究不够充分，其计算合拢温度等方面还有待进一步研究。
参考文献
[1]钟善桐.钢管混凝土结构 [M ].北京:清华大学出版社,2003.
[2]陈宝春.钢管混凝土拱桥[M ].北京:人民交通出版社,2007.
[3]陈宝春.钢管混凝土拱桥应用与研究发展[J ].公路, 2008.
论文作者:朱书汉
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/11
标签：混凝土论文; 钢管论文; 拱桥论文; 斜拉桥论文; 承载力论文; 结构论文; 桁架论文; 《防护工程》2019年9期论文;