大跨度拱桥中钢管混凝土应用的探讨

２０１１年第９期　（总第２１１期）　黑龙江交通科技　ＨＥ　ＬＬＯＮＧＪＩＡＮＧ　ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＫＥＪｌ　Ｎｏ．９，２０１１　（Ｓｕｍ　Ｎｏ．２１１）　大跨度拱桥中钢管混凝土应用的探讨　侯志伟　（保定市交通局公路勘测设计院）　摘要：介绍了钢管混凝土的几种计算方法，可以根据不同的阶段采用合适的计算理论，但前三种方法都是　钢筋混凝土的计算理论，结合目前国内的钢管混凝土三大理论体系及规范对钢管混凝土的力学性能进行了　简单介绍；还简单介绍了钢管混凝土在拱桥应用时稳定问题的有限元分析理论。　关键词：大跨度；拱桥；钢管混凝土　中图分类号：Ｕ４４５　１概述　文献标识码：Ｃ　文章编号：１００８—３３８３（２０１１）０９—０２５４—０２　机理分为三个阶段，即：弹性工作阶段、弹塑性工作阶段、强　化阶段。　在最近的５０多年里，国内外众多的学者采用各种研究　方法和手段，对钢管混凝土的基本理论进行了大量的研究，　取得了丰硕的研究成果。　①含钢率很低时（Ｐ＜４％或Ｄ／ｔ＞１００），钢管对混凝土　在不同的施工状态下，钢管混凝土拱桥截面几何特性的　合理计算有待于探讨。目前在计算钢管混凝土拱桥的几何　特性时，一般采用如下方法。　的产生的侧压力很小。　②含钢率较低时（Ｐ为５％～６％或Ｄ／ｔ＜６７—８０），曲线　由三段组成。　③含钢率较高时（Ｐ为６％～７％或Ｄ／ｔ＜５７—６７），曲线　由三段组成。　对于含钢率较高的第三类型构件，与钢结构类似有明显　（１）换算截面法：将混凝土面积按一定原则换算为钢管　的面积，从而将钢管混凝土视为单一材料。钢管混凝土构件　弹性模量采用钢管弹性模量Ｅ　组合面积为　Ａ＝Ａ，＋Ａ／ｎ　（１）　（２）　的强化作用。对轴心受压的钢管混凝土短柱，Ｎ—ｓ曲线几　乎不下降，有些试验还出现压不坏的现象。　抗弯刚度为　Ｅ１＝Ｅ，（，Ｉ＋ｌ，／ｎ）　抗扭冈０度为　＝Ｇ（‘　＋Ｉｖ／．）　其中　ｎ＝Ｅ／Ｅ　；　ｎ＝Ｇ　／Ｇ　；　（３）　Ｅ为弹性模量；Ｇ为剪切模量；，为惯性矩；，日为扭转惯　性矩；Ａ为截面积；下标ｓ表示钢材；下标ｅ表示混凝土。　（２）双单元法：将钢管混凝土中的钢管与混凝±分别用　不同的单元来模拟，保证其节点坐标相同，分别按各自的截　面面积、抗弯刚度进行计算。　（３）组合单元法：将钢管混凝土中的钢管与混凝土合成　一（２）轴心受压构件的强度计算　我国自２０世纪５０年代开始对钢管混凝土的基本理论进行　了大量的研究，取得了可喜的成果，大致形成了三个理论体系。　中国工程技术标准化协会标准《钢管混凝土结构设计　与施工规程》，国家建材工业局颁布的《钢管混凝土结构设　计与施工规程》，能源部颁布的《钢一混凝土组合结构设计　规程》，该规程所依据的基本理论视钢管混凝土为一种材　料，采用统一理论，以建立在试验基础上的理论公式为主，在　公式形式方面更多的借鉴了钢结构的设计理论，对压弯构件　采用应力表达方式，而不是承载力，由于公式较繁，更多地采　用了表格的形式，因此实际应用时受到应用表格范围的限　制。　（３）偏心受压构件承载力的计算　钢管混凝土压弯构件，一开始受力就存在着挠曲，截面　上的应力分布不均匀。判断构件是否强度破坏取决于其长　细比。　个单元。　对钢管混凝土受压构件采用另外一种表达方式计算。　以上三种计算方法都是采用的钢筋混凝土的计算理论，　没有考虑钢管的套箍作用。　（４）统一理论法：将钢管和混凝土作为一种新的组合性　材料，在其力学和物理指标中予以体现。　钢管混凝土作为一种复合材料是在钢管内填充混凝土，　其工作性能较单一材料有较大提高。钢管的套箍作用大大　提高了混凝土的塑性性能，使得混凝土，特别是高强混凝土　的脆性弱点得到克服。因此，钢管混凝土材料应用于以受压　极值点破坏的荷载挠度曲线由上升段和下降段组成，分　界点就是极值点。由于构件的不同长细比和荷载相对偏心　率的不同，危险截面上应力的分布有三种情况。　２钢管混凝土拱桥的稳定分析　桥梁失稳事故的发生促使了桥梁稳定理论的发展。　１９８８年恩格塞（Ｅｎｇｅｓｓｅｒ）建议用切线模量Ｅｔ代替欧拉公式　中的弹性模量Ｅ来计算临界荷载。　恩格塞以康西特尔的概念为基础导出了有效模量的一　般公式，即双模量公式。１９１０年卡门（Ｋａｒｍａｎ）独立地重新　导出了双模量理论，并进行了一系列的实验去校核这一理论　的正确性。证明其临界荷载值大大低于欧拉理论的临界值，　同时又不能用分支点的概念来解释。因而引入了极值点失　为主的构件中，较之钢结构和混凝土结构有着极大的优越　性。　（１）轴心受压构件的基本工作性能　钢管混凝土材料主要用于受压结构，轴心受压时其受力　收稿日期：２０１１—０６－２６　．　作者简介：侯志伟（１９７３一），女，河北定州人，工程师，主要从事公路及桥梁工程勘察设计工作。　・２５４・