钢管混凝土拱桥设计规范

-------------------------------------------------------钢管混凝土拱桥设计规范ChongqingJiaoTongUniversity向中富教授-------------------------------------------------------关于桥梁设计-------------------------------------------------------3充分认识设计的主导地位大多数工程问题均与设计缺陷、设计不当有关。如何避免设计缺陷，提高其设计的合理性、可靠性是摆在设计者面前的一个课题，设计者必须充分认识设计的主导地位，将自己的工作视为保证工程质量以及长期使用安全、耐久工作链条的一个关键节点上，不断提高质量意识与设计质量。-------------------------------------------------------4继承传统，创新技术桥梁设计中将创新技术理解为摈弃传统的东西是不正确的。中国桥梁具有优良的技术、工艺传统，具有1400余年历史的赵州桥充分显示了中国桥梁在世界上的崇高地位。然而，最具民族特色，最适合于中小跨径桥梁，承载潜力最大，管养投入最少的拱式桥梁（特别是石拱桥）在一般跨径桥梁建设中所占的比例越来越小，更多的是采用混凝土桥梁。最主要的理由是拱桥施工工序复杂，质量控制困难。事实上，混凝土桥梁建设质量受到“人为因素”影响更多，其长期耐久性能并不比石拱桥强，而因为施工不变或质量控制困难而摒弃经过长期实践检验，长期使用安全、耐久性能更好的拱式桥梁有些难以理解。-------------------------------------------------------5合理的桥梁结构体系和构造采用合理的桥梁结构体系和构造是保证桥梁安全耐久的前提。安全耐久的桥梁结构体系和构造应在工程实践中逐渐定型，在实践中已发现问题较多的桥梁结构体系和构造应予以限制，易断裂、易损坏者则应尽量避免。以中小跨径桥梁为例，我国从简支梁到先简支后桥面连续，从先简支后桥面连续到目前广泛采用的先简支后结构连续梁桥和先简支后墩梁固结梁桥，充分体现了桥梁结构形式的优化。而美国的中小跨径桥梁主要采用墩梁一体化设计，既可增加行车舒适性，也增强了桥梁的抗震性能，同时减少支座养护费用。-------------------------------------------------------6不断更新设计理念，提高设计可靠性桥梁设计本身就是一项创造性的工作。桥梁设计是否满足要求的判别标准中，满足规范规定仅是最低要求，更高的要求应是桥梁结构体系、构造设计的合理性以及桥梁长期使用安全、耐久性。设计中，需要重新认识桥梁“最不利”状态，计入一切可能出现的不利因素，提高设计的可靠性。例如，对于通航河流上的桥梁，通常仅强调通航孔桥墩桥墩防撞设计，但事实上，非通航孔并不就等于船只一定不会前往（广东九江桥事故就是一例），且仅靠管理是难以避免的，设计时必须留有足够余地，以便应对难以预料的风险。-------------------------------------------------------7精细化设计，提高桥梁设计质量桥梁设计是一项十分细致的技术工作。一般桥梁设计中仅注重桥梁构件强度、桥梁整体刚度等是远远不够的，必须重视每一个构造细节的处理，重视每一个根杆件、部位的受力状态及耐久性，重视桥梁的整体稳定性，实现桥梁精细化设计，从设计上保证桥梁施工质量的可控性。美国明尼阿波利斯大桥垮塌原因被认为是桥梁结构自身属于易断裂的结构（Fracture-critical），或无富余传力途径结构（Non-load-path-redundant），因节点板断裂而发生垮塌。这说明桥梁设计时不仅注意满足规范要求，还应充分考虑桥梁整体及每一构件在设计服役期内的可靠性和耐久性。近年来常见的高架桥、匝道桥整体垮塌也是桥梁精细化设计不足的表现。高架桥、匝道桥整体垮塌的原因之一就是桥梁设计时仅注重强度、刚度，忽略了桥梁整体稳定性的验算，导致支承设计不当或错误。-------------------------------------------------------8强调桥梁设计的可控性和可靠性设计的可靠性对保证桥梁在设计服役期内安全运营至关重要。设计的可靠性除与“规范”的正确性有关外，更重要的是要求相关责任人随时注意新技术的发展，确保在桥梁设计、施工、养护过程中的相关人员的责任要求。加拿大地拿康可德桥和美国明尼阿波利斯大桥两例事故中，都因最初的设计失误和后期施工与养护中未能发现问题所致，所以，提高工程技术人员的知识水平和责任感是避免桥梁垮塌的重要一环。-------------------------------------------------------9强调桥梁设计的可控性和可靠性桥梁质量的可控性表现在设计中对施工质量可控性的考虑。施工方法与工艺选择中对质量的考虑以及管养策略中对保证桥梁健康状态维持可能性的考虑。以钢筋混凝土桥墩设计为例，个别设计因片面考虑钢筋的作用，致使钢筋过分密集，导致混凝土难以浇筑密实，给结构安全留下隐患，严重者可能引起桥梁垮塌。所以，必须强调设计对施工质量可控性的考虑。-------------------------------------------------------10桥型方案选定应考虑的因素□桥型方案与设计任务书要求的符合性。包括桥梁的功能、桥下净空、上级主管部门或业主对桥梁型式、施工工期、工程造价等的特殊要求等。□结构体系与构造的合理性。主要从结构体系力学性能与具体构造上考虑桥梁受力是否合理、明确，力学分析与设计上是否存在困难，是否需要进行专门研究，结构体系性能是否具有先进性，是否能保证长期使用安全等。-------------------------------------------------------11桥型方案选定应考虑的因素□桥梁使用性能良好性。桥梁建成后是否具有良好的使用性能，包括行车舒适性等。□桥梁施工技术可行性。主要考虑所拟桥型方案在施工上是否存在某些困难（结合当时、当地的施工条件及承包商的施工能力考虑），能否满足工期要求、是否存在潜在施工风险以及对投资有何影响等。-------------------------------------------------------12桥型方案选定应考虑的因素□桥用材料可行性。主要考虑建桥材料的供应情况。□桥梁与环境的协调性。桥梁景观及建成后与周围环境是否协调，特别是城市桥梁美观问题往往可能成为方案取舍的关键。□桥梁使用维护方便性。考虑桥梁在使用中维护工作量的大小，维修是否方便，对既有交通有何影响、维护费用等。-------------------------------------------------------13桥型方案选定应考虑的因素□桥梁全寿命成本合理性。所选方案应尽可能实现全寿命成本最低。□桥型方案的地域性。在选择方案时还应考虑桥梁所在地区习惯与接受能力等。□桥梁耐久性。主要结构材料、关键构造等的寿命必须满足桥梁使用寿命要求。-------------------------------------------------------钢管混凝土拱桥及其建设发展-------------------------------------------------------钢管混凝土？■在钢管中灌入混凝土形成的组合材料构件，一方面增强钢管强度与刚度，另一方面，管内混凝土因受到钢管约束而使其强度更高。■钢管混凝土最早用于桥梁是在1879年，英国Severn铁路桥桥墩。-------------------------------------------------------钢管混凝土？-------------------------------------------------------钢管混凝土拱桥？◆主拱圈由钢管混凝土形成的拱桥，属于钢—混凝土组合结构。◆钢管兼有纵向主筋、横向套箍作用。◆钢管约束拱圈受压混凝土膨胀，三向受压，混凝土抗压强度更高。◆钢管兼做混凝土模板，钢管拱兼做拱架。-------------------------------------------------------钢管混凝土拱桥建设与发展•从1990年在四川旺苍建成跨度115米的国内第一座钢管砼拱桥到至今，已建成同类桥梁300多座，继当时世界最大跨径的巫山长江大桥（标准跨径492米），又建成530米合江长江大桥。-------------------------------------------------------四川宜宾戎州大桥-------------------------------------------------------四川泸州龙西大桥-------------------------------------------------------重庆新龙门大桥-------------------------------------------------------茅草街大桥主桥——(80+368+80)m中承式钢管混凝土系杆拱桥-------------------------------------------------------钢管混凝土拱桥建设与发展-------------------------------------------------------钢管混凝土拱桥建设与发展-------------------------------------------------------已建成钢管混凝土拱桥300多座安徽太平湖大桥（2007年,352m）杭州钱江四桥（2004年,190m×2+85m×9）-------------------------------------------------------序号桥名主跨/m结构形式建成年份1中国重庆朝天门大桥552中承式钢桁拱20092中国上海卢浦大桥550中承式箱拱20033中国合江长江一桥530中承式钢管混凝土拱20124美国新河谷（NewRiverGorge）桥518上承式钢桁拱19775美国纽约贝永（Bayonne）桥510中承式钢桁拱19316澳大利亚悉尼港（SydneyHarbor）桥503中承式钢桁拱19327中国重庆巫山长江大桥460中承式钢管混凝土拱20058中国肇庆西江铁路大桥450钢箱拱20149中国宁波明州大桥450中承式钢箱拱201110湖北支井河特大桥430上承式钢管混凝土拱2009世界上已建的10座最大跨径拱桥-------------------------------------------------------钢管混凝土拱桥设计-------------------------------------------------------28钢管混凝土拱桥基本组成钢管混凝土拱桥均为肋拱桥，它由钢管混凝土拱肋、立柱或吊杆、横联、行车道系、下部结构等组成。钢管混凝土拱肋是主要承重结构。-------------------------------------------------------29钢管混凝土拱桥总体布置--------------------------------------------------------------------------------------------------------------（a）三跨飞燕式拱桥（带铰）（b）三跨飞燕式拱桥（带铰）（c）三跨飞燕式拱桥（带铰）-------------------------------------------------------钢管混凝土拱桥主拱断面充填混凝土缀板钢管充填混凝土缀板钢管钢管缀板-------------------------------------