钢管混凝土拱桥设计规范

中华人民共和国行业标准钢管混凝土拱桥设计规范（校审稿）钢管混凝土拱桥设计规范编制组2004年2月43目 录1 总则 12 术语和符号 2 2.1术语 2 2.2主要符号 33 材料 5 3.1混凝土 5 3.2钢材 5 3.3钢管混凝土 64 承载能力极限状态计算 10 4.1一般规定 10 4.2轴心受力构件 11 4.3偏心受力构件 13 4.4整体稳定性验算 165 正常使用极限状态计算 17 5.1一般规定 17 5.2挠度验算 176 施工阶段计算 18 6.1一般规定 18 6.2计算内容 186.3材料的应力限值 197 构造要求 20 7.1拱肋 20 7.2吊杆及系杆 21 7.3立柱及拱座 21 7.4节点构造 22 7.5拱肋合拢 23 7.6焊缝连接 238 钢管拱肋防腐涂装25附件：钢管混凝土拱桥设计规范条文说明 26注： 主编单位：重庆交通科研设计院 联系人： 许晓锋 023-62653006，13320223819 黄福伟 023-62653522，133202062581 总 则1.0.1 为使公路钢管混凝土拱桥的设计符合安全可靠、耐久适用、技术先进、经济合理的要求，特制定本规范。1.0.2 本规范适用于公路钢管混凝土拱桥，钢管为圆形截面。1.0.3 采用本规范进行设计时，应同时遵守相关的国家和行业技术规范。1.0.4 本规范采用以概率理论为基础的极限状态设计。1.0.5 公路钢管混凝土拱桥应按以下两类极限状态设计：1 承载能力极限状态：对应于公路钢管混凝土拱桥及其构件达到最大承载能力，或出现不适于继续承载的变形或变位的状态。2 正常使用极限状态：对应于公路钢管混凝土拱桥及其构件达到正常使用，或耐久性的某项限值的状态。1.0.6 根据不同种类的作用（或荷载）及其对桥梁的影响，桥梁所处的环境条件，应考虑以下三种设计状况，并进行相应的极限状态设计：1 持久状况：桥梁建成后承受自重、车辆荷载等持续时间很长的状况。应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。2 短暂状况：桥梁施工过程中承受临时性作用（或荷载）的状况。一般仅作承载能力极限状态设计，必要时才作正常使用极限状态设计。3 偶然状况：在桥梁使用过程中偶然出现的如罕遇地震的状况。仅作承载能力极限状态设计。1.0.7 钢管混凝土结构或构件之间的连接，以及施工安装阶段（混凝土浇注前和混凝土硬结前）的承载力、变形和稳定，应按钢结构进行设计。2 术语和符号2.1 术语2.1.1 钢管混凝土 concrete filled steel tube 在钢管内填充混凝土而形成的组合材料。2.1.2 钢管混凝土结构 concrete filled steel tubular structure 由钢管混凝土材料形成的结构。2.1.3 钢管混凝土拱桥 concrete filled steel tubular arch bridge 主拱为钢管混凝土结构的拱桥。2.1.4 组合轴压强度 composite compressive strength 钢管混凝土组合截面所能承受的最大名义压应力。2.1.5 组合抗剪强度 composite shear strength 钢管混凝土组合截面所能承受的最大名义剪应力。2.1.6 组合轴压弹性模量 composite compressive modulus of elasticity 钢管混凝土组合截面在单向受压，且其纵向名义应力与应变呈线性关系时，截面上名义正应力与对应的正应变的比值。2.1.8 约束效应系数 constraining coefficient 反映钢管混凝土组合截面的几何特征和组成材料的物理特性的综合参数，标准值用表示，设计值用表示，。2.1.9 钢管初应力 initial stress of steel tube 在钢管混凝土形成组合截面前钢管的应力。（删除“内”字）2.2 主要符号2.2.1 力弯矩设计值；轴力设计值；剪力设计值；2.2.2 计算指标C30立方体强度标准值为30的混凝土强度等级；混凝土的弹性模量；钢材的弹性模量；钢管混凝土的组合轴压弹性模量；钢管混凝土的组合抗弯弹性模量欧拉临界力；钢材的强度标准值；钢材的强度设计值；、混凝土的轴心抗压、抗拉强度标准值；、混凝土的轴心抗压、抗拉强度设计值；钢管混凝土的组合轴压强度设计值；钢管混凝土的组合抗剪强度设计值；2.2.3 几何参数钢管内混凝土的截面面积；钢管的截面面积；钢管混凝土构件的截面面积；钢管混凝土截面的弹性抵抗矩；钢管内混凝土的弹性抵抗矩。钢管的外直径；2.2.4 计算系数及其他截面的含钢率（）等效弯矩系数；构件截面抗弯塑性发展系数；构件截面抗剪塑性发展系数长细比；钢管混凝土组合轴压强度的徐变折减系数；钢管混凝土组合轴压强度的钢管初应力影响系数；结构的重要性系数；轴心受压稳定系数3 材料3.1 混凝土3.1.1 公路钢管混凝土拱桥的管内混凝土等级不宜低于C30，可参照下列材料组合：Q235钢配C30或C40级混凝土；Q345钢配C40、C50或C60级混凝土。3.1.2公路钢管混凝土拱桥其他构件的混凝土可参照公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62)，选用符合要求的等级，并满足相关规范要求。3.1.3钢管混凝土拱桥管内混凝土应具有低水灰比、高流动性、低收缩、低水化热、缓凝、早强等特点。宜掺适量减水剂。3.1.4对于高温和寒冷地区修建公路钢管混凝土拱桥，管内混凝土的性能要求应符合相关规范的具体要求。3.1.5 混凝土轴心抗压强度标准值、轴心抗压强度设计值、轴心抗拉强度标准值、轴心抗拉强度设计值、弹性模量按表3.1.5采用。表3.1.5 混凝土强度和弹性模量（） 强度种类强度等级 抗压强度抗拉强度弹性模量标准值设计值标准值设计值C3020.113.82.011.393.00104C4026.818.42.401.653.25104C5032.422.42.651.833.45104C6038.526.52.851.963.601043.1.6 混凝土的剪变模量可按表3.1.5中弹性模量Ec的0.4倍采用，混凝土的泊松比可采用为0.2。3.2 钢材3.2.1钢管和其它承重结构钢材采用B级或B级以上级别的Q235号钢和Q345号钢，钢材的质量应符合相应的现行国家标准碳素结构钢（GB700-88）低合金结构钢（GB/T 1591-94）、桥梁用结构钢（GBT714-2000）和结构用无缝钢管（GB/T8162-1999）等有关规定。3.2.2钢管可采用卷制焊接管和无缝钢管。当钢管直径超过600mm时应采用卷制焊接管。3.2.3 钢管拱肋节段应采用对接焊缝，符合建筑钢结构规范的一级焊缝标准。3.2.4 钢材的强度设计值按表3.2.4采用。表3.2.4 钢材的强度设计值 （）钢材抗拉、抗压、抗弯抗剪端面承压（刨平顶紧）钢号组别厚度或直径(mm)Q235第1组20215125320第2组2040200115320第3组4060190110320Q345第1组16315185445第2组1725300175425第3组26362901704103.2.5 钢材的物理性能指标按表3.2.5采用。表3.2.5 钢材的物理性能指标弹性模量（）剪变模量（）线膨胀系数（/0C）密 度（）泊松比2.061057.91041.210-57.851030.33.3 钢管混凝土3.3.1 钢管混凝土组合轴心受压强度设计值按下式计算： （3.3.1-1） （3.3.1-2）式中 钢管的截面面积 核心混凝土的截面面积 钢管混凝土的约束效应系数设计值，一般不宜小于0.60； 分别为钢材的标准强度和设计强度； 分别为混凝土的抗压强度标准值和设计值。 采用第一组钢材的值由式（3.3.1-1）计算。采用第二组、第三组钢材的值应将式（3.3.1-1）计算值乘以换算系数后确定。 3.3.2 对钢管混凝土轴压构件和的偏压构件，其承受永久荷载引起的轴压力占全部轴压力的30 及以上时，应将组合轴压强度设计值乘以混凝土徐变折减系数 (见表3.3.2-1)。构件的长细比计算见式（4.2.3-1）和（4.2.3-2），主拱的计算长度见表3.3.2-2。表3.3.2-1 徐变折减系数构件长细比l永久荷载所占比例(%)305070及以上50700.900.850.80701200.850.800.75 注：表内中间值可采用插入法求得表3.3.2-2 主拱计算长度两端结合情况计算长度三铰拱0.58双铰拱0.54无铰拱0.36 注：拱轴线长度。3.3.3钢管初应力对钢管混凝土构件承载能力的影响，可以通过将组合轴压强度设计值乘上钢管初应力影响系数来考虑，的计算公式如下： （3.3.3-1） （3.3.3-2） （3.3.3-3） （3.3.3-4）式中，考虑构件长细比影响的函数； 考虑构件荷载偏心率影响的函数； 钢管中的初应力； 空钢管的稳定系数，按钢结构设计规范GB500172003取值。3.3.4 钢管混凝土组合抗剪强度设计值按下式计算： （3.3.4）截面的含钢率（）宜在0.050.08； 钢管混凝土的约束效应系数设计值；组合轴心受压强度设计值。采用第一组钢材的由式（3.3.4）计算（由表3.3.4给出）。采用第二、第三组钢材的值应按（3.3.4）的计算值乘换算系数后确定。表3.3.4 值（）钢材混凝土aS=0.050.060.070.08Q235C30C40C50C608.038.919.7910.699.2710.1511.0411.9410.3311.2312.1313.0311.4112.3213.2314.14Q345C30C40C50C6010.0311.3212.6313.9611.2712.5613.8615.1712.3513.6414.9416.2513.4514.7516.0517.373.3.5 钢管混凝土轴压刚度按下式计算： （3.3.5）式中：为钢管混凝土组合轴压弹性模量（采用第一组钢材时的计算值见表3.3.5）。采用第二、第三组钢材的值应按（3.3.5）的计算值乘换算系数后确定。表3.3.5 值（）钢材混凝土aS=0.050.060.070.08Q235C30C40C50C6033139404234761955686353464260949793578503751744755519245997139653468625401462048Q345C30C40C50C60304713604641570477723306038600441035029135590410884656752736380614351048961551103.3.6 钢管混凝土组合弹性抗弯刚度按下式计算： 1 内力计算时 (3.3.6-1)2 挠度和稳定计算时 (3.3.6-2)式中：、钢管和混凝土的弹模、钢管和混凝土的弹性抗弯惯矩4 承载能力极限状态计算4.1 一般规定4.1.1 钢管混凝土拱桥进行承载能力极限状态计算时采用统一理论，将钢管混凝土视为一种复合材料。 4.1.2 钢管混凝土拱桥应按承载能力极限状态的要求，对构件进行承载力及稳定计算。在进行上述计算时，作用（或荷载）（其中汽车荷载应计入冲击系数）效应应采用其组合设计值；结构材料性能采用其强度设计值。4.1.3 对承载能力极限状态，应根据桥梁结构破坏可能产生的后果的严重程度，按表4.1.3划分的三个安全等级进行设计。 对于有特殊要求的桥梁结构，其安全等级可根据具体情况另行确定。表4.1.3 桥梁结构安全等级安 全 等 级桥 梁 类 型一级特大桥、重要大桥二级大桥、中桥、重要小桥三级小桥4.1.4 同座桥梁的各种构件宜取相同的安全等级，必要时部分构件的安全等级可作适当调整。4.1.5 钢管混凝土拱桥或构件的承载能力极限状态计算，应采用下列表达式： (4.1.5-1) （4.1.5-2）式中 桥梁结构重要性系数，对安全等级为一级、二级、三级的结构或构件应分别取1.1、1.0、0.9；桥梁的抗震设计不考虑结构的重要性系数； 作用（或荷载）（其中汽车荷载应计入冲击系数）效应的组合设计值，按公路桥涵设计通用规范JTJ021的规定计算； 构件承载力设计值； 构件的承载力函数； 材料强度设计值； 几何参数设计值。4.2 轴心受力构件4.2.1 单肢钢管混凝土轴心受压构件的承载力按下列公式计算： （4.2.1）式中 N 轴向压力组合设计值；钢管混凝土的组合轴心受压强度设计值；钢管混凝土构件的截面面积，； 钢管的外直径。 轴心受压稳定系数，按表4.2.1采用； 构件长细比，； 构件的计算长度，按表3.3.2-2的规定确定。 表4.2.1 稳定系数值构件长细比 10 20 30 40 50 60 70 80钢材Q235Q3451.0 0.998 0.989 0.972 0.946 0.912 0.860 0.8191.0 0.997 0.987 0.966 0.935 0.895 0.844 0.783构件长细比 90 100 110 120 130 140 150钢材Q235Q3450.760 0.692 0.617 0.521 0.444 0.383 0.3330.712 0.632 0.541 0.455 0.387 0.334 0.291 注：表内中间值可采用插入法求得。4.2.2 单肢钢管混凝土轴心受拉构件的承载力按下列公式计算： (4.2.2)式中 钢材的抗拉强度设计值； 钢管的截面面积。4.2.3 格构式钢管混凝土轴心受压构件的整体承载力应按公式（4.2.1）计算，其受压稳定系数根据构件的换算长细比查表4.2.1。构件的换算长细比按表4.2.3的规定确定。表4.2.3 格构式构件的换算长细比项 目截面型式腹杆类别计算公式双肢构件平腹杆斜腹杆三肢构件斜腹杆四肢构件斜腹杆； （4.2.3-1） （4.2.3-2）式中 、整个构件对Y轴、X轴的长细比； 、构件对Y轴、X轴的计算长度； 单肢的截面面积和惯性矩； As单肢的钢管截面积； Aw一根斜腹杆空钢管的截面积； 单肢中心到虚轴和的距离； 单肢一个节间的长细比； 单肢节间距离。4.2.4 格构式钢管混凝土轴心受压构件除按第4.2.3 条验算整体稳定承载力外，尚应按第4.2.1 条公式（4.2.1）验算单肢稳定承载力。当单肢的节间长细比符合下列条件时，可不再验算单肢稳定承载力。 平腹杆格构式构件：及； 斜腹杆格构式构件：； 其中是构件在和方向换算长细比的较大值。4.2.5 格构式钢管混凝土轴心受压构件腹杆所受剪力可按下式计算： （4.2.5）式中 格构式构件单肢截面积； 肢数。 4.3 偏心受力构件 4.3.1 单肢钢管混凝土构件承受压力、弯矩、剪力及共同作用时，构件承载力应按下列公式计算： 1 构件的强度承载力按下列公式验算：1) 当时 （4.3.1-1） 2) 当时 （4.3.1-2）2 构件的稳定承载力按下列公式验算： 1) 当时 （4.3.1-3） 2) 当时 （4.3.1-4） （4.3.1-5） （4.3.1-6） （4.3.1-7） （4.3.1-8）式中 N，所计算构件段内的和相应的、组合设计值；以及和相应的、组合设计值，此时M取所计算构件段内的最大值； NE欧拉临界力； 构件截面抗弯塑性发展系数，； 构件截面抗剪塑性发展系数，； 钢管混凝土的套箍系数标准值，； 钢管内混凝土的截面面积； 钢材的抗拉、抗压、抗弯强度标准值； 混凝土的轴心抗压强度标准值； Wsc构件截面抵抗矩，； bm等效弯矩系数，按表4.3.1采用。表4.3.1 等效弯矩系数荷载作用情况无横向荷载作用的构件有端弯矩和横向荷载同时作用的构件无端弯矩但有横向荷载作用的构件等效弯矩系数 且，其中：(1) 使构件产生同向曲率时，、取同号； (2) 使构件产生反向曲率时，、取异号。(1) 使构件产生同向曲率时， (2) 使构件产生反向曲率时， 4.3.2 单肢钢管混凝土拉弯构件的承载力应按下列公式验算： （4.3.2）4.3.3 格构式钢管混凝土构件承受压力、弯矩、剪力及共同作用时，平面内的整体稳定承载力按下列公式验算： （4.3.3）式中 格构式轴心受压构件验算平面内的稳定系数，按本标准第4.2.3条的相关规定采用； ,格构式构件截面总面积和总抵抗矩； NE欧拉临界力，其计算公式（4.3.1-8）中采用格构式构件的换算长细比。Page: 15单肢钢管混凝土构件无换算长细比，查DL是否为格构规定对斜腹杆格构式构件的单肢，可按桁架的弦杆计算；对平腹杆格构式构件的单肢，尚应考虑由剪力引起的局部弯矩影响，按偏压构件计算。腹杆所受剪力应取实际剪力和按公式（4.2.5）计算剪力中的较大值。4.3.4 哑铃式钢管混凝土偏压构件（短柱）的承载力按下列公式计算： （4.3.4-1）， （4.3.4-2） ，其中 （4.3.4-3）1 当时，将N1、代入公式（4.3.1-1）、（4.3.1-2）（其中V=0），按单肢钢管混凝土偏压构件验算其承载力；2 当时，除按1款规定验算外，还需将N2、代入公式（4.3.2），按单肢钢管混凝土拉弯构件验算其承载力。式中 N，哑铃式构件轴力和相应的弯矩组合设计值，及弯矩和相应的轴力组合设计值；N1，N2，分配到两个肢上的轴力、弯矩组合设计值； h哑铃式截面两肢中心的距离； 单肢钢管混凝土和整个哑铃式构件截面抗弯刚度之比； 计算系数； 钢管和混凝土弹性模量之比； 一个肢钢管的截面面积和惯性矩； 一个肢钢管内混凝土的截面面积和惯性矩。4.4 整体稳定性验算4.4.1 钢管混凝土拱桥宜通过空间有限元分析验算其整体稳定性。4.4.2 钢管混凝土拱桥的整体稳定系数按弹性理论计算时不小于4.0，考虑材料和几何非线性后不小于2.0。5 正常使用极限状态计算5.1 一般规定5.1.1 钢管混凝土拱桥应按持久状况正常使用极限状态对结构或构件的应力和变形进行计算。5.1.2 正常使用极限状态的计算，采用作用（或荷载）的短期效应组合和长期效应组合。结构或构件的挠度按基本可变荷载验算，并使各项计算值不超过本规范规定的相应限值。在上述各种组合中，汽车荷载效应不计冲击系数。5.1.3 持久状况下钢管混凝土拱肋的钢管应力应不大于。5.1.4中、下承式钢管混凝土拱桥的吊杆在持久状况下应考虑吊杆长度和水平变位的影响，其安全系数K不得小于3.0。5.1.5 系杆拱桥的系杆安全系数K不得小于2.5。5.1.6 钢管混凝土拱桥的其它钢筋混凝土或预应力混凝土构件的应力、裂缝宽度和挠度按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62）有关规定验算；钢横梁、钢桥面板的应力和挠度应按公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ025-86）有关规定验算。5.2 挠度验算5.2.1 钢管混凝土结构或构件的变形可依据线弹性理论按一般结构力学的方法计算。5.2.2 钢管混凝土结构或构件挠度计算应考虑混凝土徐变、收缩的影响。如缺乏可靠的实测数据时，混凝土收缩可按降温2025计算，徐变按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62）附录提供的公式计算。5.2.3 汽车荷载作用时，钢管混凝土拱肋在同一工况下的正负挠度最大绝对值之和不应大于/800，此处，为钢管混凝土拱肋的计算跨径。5.2.4 钢管混凝土拱桥应设置预拱度，拱肋预拱度一般在范围内。预拱度应取恒载挠度、混凝土收缩、徐变挠度和1/2静活载挠度之和。跨度大者取小值。拱肋预拱度按计算所得的挠度值反向比例设置。6 施工阶段设计和计算6.1 一般规定6.1.1 施工阶段按弹性理论，采用应力叠加原则进行结构计算，按容许应力法进行应力控制。假定拱肋钢管与混凝土之间有足够的粘结力，能保证二者共同协调受力，符合平截面假定。钢管内混凝土材料不承担拉应力，拉应力全部由钢管承担。6.1.2 施工阶段的结构计算力学模型及加载程序应与设计相符。6.1.3 施工阶段的设计应提出拱肋加载时对该拱肋已浇注混凝土的强度要求，一般要求不宜低于设计强度的80%。若混凝土的收缩、徐变对结构的受力影响较大时，还可根据需要提出对混凝土加载龄期的要求。6.1.4施工阶段对未充填混凝土的空心管桁式拱肋，当其采用腹杆钢管与弦杆钢管直接焊接的节点时，应参照“钢结构设计规范” (GB 50017-2003) 第十章“钢管结构”的有关规定进行节点承载力校核。6.1.5 施工阶段的结构整体稳定，应依据施工阶段划分，逐阶段地进行验算。施工各阶段的整体结构弹性一类稳定荷载系数应不少于4.0。6.1.6 施工阶段的结构应力、变形计算，一般应计入混凝土的收缩、徐变的影响。6.1.7 采用泵送顶压法浇注钢管内混凝土时，应对钢管的环向应力进行验算。6.1.8 施工和加载程序设计应以使主拱拱肋受力均匀，避免剧烈的反复变形为原则。6.1.9计算荷载按照“公路桥涵设计通用规范” (JTJ021-89)、“公路桥涵施工技术规范”(JTJ041-2000)等相关规定根据施工实际情况采用。6.2 计算内容6.2.1施工阶段的设计和计算内容应根据选用的施工方案确定。一般应包括如下内容： 1拱肋构件的运输、安装过程中的应力、变形和稳定计算； 2与拱肋形成有关的附属结构（如拱铰、扣点以及拱段接头等）的设计和计算； 3拱肋形成过程的施工程序设计及拱肋形成过程中自身的应力、变形和稳定计算； 4拱上结构或桥面系的加载程序设计与相应阶段的结构应力、变形和稳定计算； 5系杆拱分阶段预加力的设计和计算；6对灌注每根钢管内混凝土的施工阶段还应将该阶段再予细分进行计算。6.3 材料的应力限值6.3.1 施工阶段钢管内混凝土边缘的法向应力应符合下列规定： 1 压应力 ha0.70 其中为该施工阶段的混凝土设计要求达到的轴心抗压标准值。6.3.2 施工阶段钢管的边缘法向应力(弯曲应力)应符合下列规定：w 1.30w其中w 为钢管材料的弯曲容许应力。6.3.3 其他结构或构件在施工阶段的计算应力限值，可分别按“公路桥涵钢结构及木结构设计规范”(JTJ025-86)、“公路钢筋混凝土及应力混凝土桥涵设计规范”(JTG D62)的规定采用。7. 构造要求7.1 拱肋7.1.1 拱肋截面可根据跨径大小选用以下截面型式的一种。当跨径小于120m时，宜选用单圆式或哑铃式；当跨径大于120m时，宜选用三肢式、四肢式、横哑铃式、混合式中的一种。 (a)单圆式 (b)哑铃式 (c)哑铃式 (d)三肢式 (e)四肢式 (f)横哑铃式 (g)混合式7.1.2 拱肋用钢管直径宜在5501200mm范围内选择,管径一般随主拱跨径增大而增大。对于跨度大于300m的特大跨径桥梁，其拱肋截面型式及钢管直径应特殊考虑。7.1.3 弦杆钢管的壁厚不宜小于10mm。弦杆钢管的外直径与壁厚之比宜在50 d/t80范围内选用，约束效应系数设计值不宜小于0.60，常用的截面含钢率宜为0.05s0.08。7.1.4 弦杆钢管初应力值不宜超过钢材标准强度的50。7.1.5 拱肋矢跨比一般采用1/41/6。拱轴线宜为悬链线或抛物线，悬链线拱轴系数m一般取1.21.8。7.1.6 钢管混凝土拱桥拱肋截面的高、宽尺寸的拟定，应充分考虑主拱跨径及拱肋片数的影响。对于采用单圆式截面的小跨度桥，肋高一般为0.60.8m；对于采用哑铃式或多肢式截面的跨度不大于300m的桥，拱肋截面高度尺寸可按下式进行初步估算：式中： H拱肋高度（m） L0拱肋净跨径（m） K1荷载系数，对汽20及以下为0.9,对汽超20为1.0。 K2车行道系数，2、3行车道时为0.9，4行车道时为1.0，6行车道时为1.1。拱肋截面的宽度与拱肋截面形式有关，一般可取其高度H的0.41.0倍，此宽高比值随拱肋高度的增大而取用低值。对于跨度大于300m的特大跨径桥梁，其拱肋截面宜采用变截面。7.1.7 为了保证拱的横向稳定,拱肋间宜设置适当数量的横撑。横撑一般为空心钢管组成的桁架撑、K形撑、X形撑、米字形撑等。在无横撑时，则应通过加强桥面系的横向刚度或拱肋自身的横向刚度来提高其抵抗横向变形的能力。7.1.8 对于钢管混凝土拱肋，应设置避雷设施；同时，还应随着跨径增大，因检修与维护的需要，在拱肋上设置检修通道。7.2 吊杆及系杆7.2.1 对于设置吊杆、系杆的钢管混凝土拱桥，应考虑吊杆和系杆的防护措施和耐久性。还应提出更换吊杆、系杆的具体措施。7.2.2 吊杆及系杆所用防护材料不得含有对钢材有腐蚀作用的成分。7.2.3 吊杆锚具宜采用冷铸锚式的拉锚体系锚具；系杆锚具另可采用经过耐疲劳及强度试验证明其可靠性的预应力体系常规锚具，但应考虑防止退锚的措施。7.2.4 对外露的锚具部分应设防护罩；对靠边的短吊杆锚端宜设可转动球铰。7.3 立柱及拱座7.3.1 钢管混凝土拱桥(主要指上承式、中承式)中的立柱，可采用钢管混凝土构件或钢筋混凝土构件。 对于钢管混凝土构件，立柱下端可直接与拱肋钢管焊接形成固结，立柱上端周边应有钢筋分别伸入立柱和盖梁。钢筋伸入长度应满足锚固长度要求，钢筋截面积应不小于立柱混凝土计算截面积的0.4%。 对于钢筋混凝土构件，立柱下端应通过其主筋与焊接于主拱肋上的钢板焊接，形成固结，上端与盖梁的连接，按一般钢筋混凝土构件处理。7.3.2 钢管混凝土无铰拱应将拱肋伸入拱座内，伸入长度应大于拱肋弦管直径的1倍以上，以确保拱肋与拱座固结。在拱脚埋置段内,宜在钢管外缘设置螺旋箍筋或其它可靠构造措施。7.3.3 拱座内拱脚截面下应设置24层分布钢筋网。7.4 节点构造7.4.1 节点构造应做到构造简单、整体性好、传力明确、安全可靠、节约材料和施工方便。7.4.2 钢管对接时，宜直接采用与母材等强度的焊缝连接；作为节段间的临时连接，可采用内法兰盘配螺栓连接或其他可靠方式连接。采用法兰盘连接时，法兰盘应为带孔板，使管内混凝土保持连续。 7.4.3 对于多肢拱肋截面，受压弦杆及压力较大的腹杆宜采用钢管混凝土构件，其它构件可采用空钢管。弦杆、腹杆间的连接节点构造见图7.4.3，并应符合下列规定：1 弦杆和腹杆应直接焊接，腹杆不能穿入弦杆。2 相邻的腹杆端部净距不得小于50mm。3 腹杆轴线宜交于节点中心，当不能满足时，允许腹杆轴线不交于弦杆轴线，但偏心距e不得大于d/4，若大于d/4，应考虑其偏心影响。同时，任意两钢管之间的夹角不得小于30。4 腹杆钢管直径应不小于弦杆钢管直径的1/3。5 腹杆钢管壁厚应大于钢管直径的1/50，腹杆钢管壁厚不应超过弦杆钢管壁厚。 (a) (b) 图7.4.3 弦、腹杆连缀节点7.4.4 钢管连接的其它构造要求及焊缝计算等，可按现行钢结构设计规范（GB50017-2003）的有关规定进行。7.5 拱肋合拢7.5.1 钢管混凝土拱肋宜在空管阶段完成合拢。分段吊装的拱段接头处应设置临时定位构件，既要能使拱连为一体，又要能便于调节接点高程。7.5.2 为便于拱肋合拢，宜单独设置合拢段。7.5.3 拱肋合拢过程中，为便于拱段准确对位，必要时，可在前段拱肋钢管端部设置导向管，导向管伸出长度不宜大于50mm。7.6 焊缝连接7.6.1 焊缝金属应与主体金属相适应。当不同强度的钢材连结时，可采用与低强度钢材相适应的焊接材料。7.6.2 在设计中不得任意加大焊缝，避免焊缝立体交叉和在一起集中大量焊缝。7.6.3 钢管的对接环焊缝可采用无衬管的双面熔透焊和有衬管的单面坡口焊。对于焊工能进入管内施焊的大管径钢管对接，应尽量采用无衬管的双面熔透焊。7.6.4 支管与主管之间的连接，可沿全周用角焊缝或部分采用对接焊缝、部分采用角焊缝。支管管壁与主管管壁之间的夹角大于或等于120的区域宜用对接焊缝或带坡口的角焊缝。角焊缝的焊脚尺寸hf不宜大于支管壁厚的2倍。7.6.5 支管端部宜使用自动切割机切割。7.6.6 钢管构件在承受较大横向荷载的部位应采取适当的加强措施，防止产生过大的局部变形。构件的主要受力部位应避免开孔，如必须开孔时，应采取适当的补强措施。8 钢管拱肋防腐涂装8.0.1 钢管拱肋防腐涂装的设计使用年限应不小于10 20年。8.0.2 钢管拱肋外表面宜优先采用热喷涂金属防腐体系，也可采用重防腐料涂体系。热喷涂金属体系宜采用电弧喷涂锌、铝及其合金。重防腐料涂体系宜以富锌漆（无机富锌、环氧富锌漆）为底漆。8.0.3 钢管拱肋外表面涂装防腐体系应由底层、中间层、面层组成。8.0.4 热喷涂金属防腐体系的喷涂金属为锌时，喷涂金属层的厚度宜为150250；喷涂金属为铝和合金时，喷涂金属层的厚度宜为150200。中间层的厚度宜为6080。面层的厚度宜为3060。8.0.5 重防腐料涂体系的富锌底漆厚度宜为7080；中间层的厚度宜为80150。面层的厚度宜为80100。8.0.6 采用电弧喷涂金属防腐体系时，钢材表面的除锈等级宜为Sa3级，表面清洁度等级宜为一级，表面粗糙度宜在25100范围内。8.0.7 采用重防腐料涂体系时，钢材表面的除锈等级宜为Sa2.5级，表面清洁度等级宜为一级，表面粗糙度宜在2560范围内。8.0.8 灌注混凝土的钢材内表面可不进行涂装。不灌注混凝土的钢材内表面应进行简易的涂料涂装。8.0.9 除锈应符合涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级（GB 8923-88）规定；表面净化和粗化应符合热喷涂金属件表面预处理通则（GB/T 11373-89）规定；喷涂金属层应符合金属和其它无机覆盖层热喷涂锌、铝及其合金（GB/T 9793-1997）规定。其他可参照铁路钢桥保护涂装（TB/T 1527-1995）等。附件中华人民共和国交通部行业标准钢管混凝土拱桥设计规范条 文 说 明1 总则1.0.1从1990年我国建成第一座主跨110m的钢管混凝土拱桥四川旺苍东河大桥以来，由于钢管混凝土拱桥具有材料强度高、施工方便、造型美观等优点，在我国得以迅速发展，根不完全统计，我国已建和在建钢管混凝土拱桥达100座以上。目前，国内外都没有一本钢管混凝土拱桥设计的技术规范，为了规范公路钢管混凝土拱桥的设计，确保公路钢管混凝土拱桥的设计质量，制订公路钢管混凝土拱桥设计规范是非常迫切和必要的。1.0.2 我国的钢管混凝土拱桥一般使用圆形钢管，而且从理论上来说，圆形钢管对混凝土的约束也是最好的，因此本规范的使用范围为圆形钢管拱肋。1.0.3采用本规范进行设计时，有关作用（或荷载）及其组合应采用公路桥涵设计通用规范JTJ021的规定；钢筋混凝土和预应力混凝土构件的设计应采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62；钢结构设计应符合钢结构设计规范GB50017；材料和工程质量应符合公路工程质量检验评定标准JTJ071及有关国家标准的要求；结构抗震设计应采用公路工程抗震设计规范JTJ004；结构抗风设计应采用公路桥梁抗风设计指南。3 材料3.1混凝土3.1.1由于钢管对核心混凝土的约束作用，使钢管混凝土结构不仅具有很高的强度，而且具有很好的塑性和韧性。钢管和混凝土本身的性能对钢管混凝土力学性能的影响很大，钢管和混凝土如何“匹配”，同样对钢管混凝土的力学性能有着重要的影响。为了保证钢管混凝土构件具有良好的力学性能，并具有较好的经济性，特作出此条规定。3.1.3 由于钢管是封闭的，混凝土内多余的水分不能排除，因此水灰比不宜过大，一般应控制在0.45及以下；目前，大多数钢管混凝土拱桥的施工都采用泵送混凝土的方法，因此对混凝土的坍落度要求较高，宜保持在160mm左右；为了抵消管内混凝土的收缩，保证管内混凝土的密实，应要求管内混凝土具有低收缩性；管内混凝土的封闭环境，不利于水化热的散发，因此要求低水化热；为了使管内混凝土浇注能够一次完成，要求混凝土具有缓凝的特点；早强是让混凝土尽早形成强度和参与受力，以加快施工速度，缩短落裸拱状态时间。 要使管内混凝土既有良好的工作性能，又有较好的使用性能，需要填加适量的外掺剂，常用的外掺剂为减水剂。3.1.5钢管混凝土拱桥的设计，一般是钢管的应力控制；如果采用极限状态法进行验算，钢管对混凝土有套箍作用，混凝土的强度也不必要求太高。我国已建成的钢管混凝土拱桥，钢管内混凝土一般都在C60及以下。因此，本规范的钢管内混凝土强度和弹性摸量表3.1.5只列出了标号为C30C60的混凝土。3.1.4、3.1.5、3.1.6都是参照公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62）编写。3.2 钢材3.2.1 为了满足悍接性能和承受动力荷载的需要，要求钢管和其它承重结构钢材采用B级及或B级以上的钢材。3.2.2 当管径较大时，卷制焊接管无论是质量还是经济性方面均优于无缝管，所以优先选用。3.2.3 本条明确焊缝质量等级为“建筑钢结构规范的一级焊缝标准”。建筑钢结构规范钢结构设计规范（GB500172003）和钢结构工程施工及验收规范（GB502052001）规定的一、二级焊缝，对应于钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法（GB11345）和钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级（GB3323）的2、3级质量等级。3.2.4 由于目前组合材料强度的研究成果，其钢材分类都是基于钢结构设计规范（GBJ17-88），将钢材分为三组，所以，本规范的钢材也分为三组，而没有按新版钢结构设计规范（GB 50017-2003），将钢材分为四组。3.3 钢管混凝土3.3.1 钢-混凝土组合结构设计规程（DL/T 5085-1999）的钢管混凝土组合轴压强度设计值计算公式为：，并给出了相应的表格；钢管混凝土构件实用设计方法（福州大学科研报告，2002）的钢管混凝土组合轴压强度设计值的计算公式为：，经过比较分析，后者的计算更简单，计算结果偏安全。2003年11月1日开始实施的福建省工程建设地方标准钢管混凝土结构技术规程（DBJ13-51-2003，J10279-2003）也采用了后一个计算公式，因此，本规范也采用这一比较简单而安全的公式。 一般建筑结构的可靠度指标小于桥梁，本规范是通过采用桥梁规范的混凝土设计强度来调整的。因为同一强度等级的混凝土，桥梁规范采用的设计强度比建筑结构规范的设计强度低。3.3.2 根据试验结果分析，在长期荷载作用下，钢管内混凝土产生徐变，引起钢管和混凝土的应力重分布，二者的模量发生变化，使构件的稳定承载力降低，其下降幅度与长期荷载大小、占全部荷载的比例及构件的长细比有关（对长柱和极短柱没有影响）。对偏压构件，只在小偏心率，且时，才考虑混凝土徐变的影响；当时，以及，但及时，都可以不考虑混凝土徐变的影响。（详见钟善桐钢管混凝土结构（修订版）（1994）149160页）。3.3.3 由于钢管混凝土拱桥一般都是用于大跨径，因此钢管的初应力一般都比较大。根据最新的研究成果钢管初应力对钢管混凝土压弯构件承载能力的影响研究（土木工程学报2003年4月，p9-18），在工程常用参数范围内，钢管初应力的存在，可使钢管混凝土构件的极限承载能力最多降低20%左右。因此，应该计入钢管初应力对钢管混凝土构件的极限承载能力的影响。 本条是参照福建省工程建设地方标准钢管混凝土结构技术规程（DBJ13-51-2003，J10279-2003）第6.0.2条编写的。3.3.4 根据钢材和混凝土的本构关系，采用数值计算方法得到构件受纯剪作用时的组合剪应力剪应变全过程曲线，以截面边缘最大剪应变为3500me时对应的剪应力为组合剪切强度标准值,引入材料分项系数后，即为设计值（详见钟善桐钢管混凝土结构（修订版）（1994）254255页）。本规范的适用对象是钢管混凝土拱桥，故组合轴压强度设计值取自本规范的3.3.1条。3.3.5 根据钢管混凝土轴压构件的组合应力应变关系，可以得出组合轴压弹性模量，比例极限，比例极限应变（详见钟善桐钢管混凝土结构（修订版）（1994）106页）。表3.3.5详见钢混凝土组合结构设计规程（DL/T5085 1999）表6.2.8。3.3.6钢管混凝土拱桥一般为超静定拱，内力计算时，抗弯刚度越大，弯矩越大。因此，在内力计算时，组合抗弯刚度按钢管和混凝土刚度直接叠加是偏于安全的。 考虑到构件受弯时混凝土开裂的可能性，对混凝土部分的抗弯刚度宜适当折减。研究结果表明，圆形钢管对其核心混凝土的约束效果较好，参照福建省工程建设地方标准钢管混凝土结构技术规程（DBJ13-51-2003，J10279-2003），混凝土的刚度折减系数取0.8。4 承载能力极限状态4.1 一般规定4.1.2 4.1.5这四条均参照公路工程可靠度设计统一标准和公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范采用“概率极限状态设计法”所作的相关规定。4.2 轴心受力构件4.2.1 对轴心受压构件，按初始弯曲为的偏心受压构件计算其临界应力，跟大量试验结果很吻合（参见钟善桐著钢管混凝土结构，黑龙江科学技术出版社）。稳定系数，经回归分析，值可按下列公式计算： （4-1），式中 稳定与强度的界限长细比； 强化阶段模量； 弹性与弹塑性稳定的界限长细比。4.2.2 根据钟善桐著钢管混凝土结构，采用数值分析方法可得到钢管混凝土轴心受拉时的应力应变曲线，以曲线上转入塑性阶段时的应力为钢管混凝土抗拉组合强度标准值，可按下式计算： （4-2） （4-3）为简化并偏安全计算，取，引入钢材的材料分项系数后，即得钢管混凝土轴拉强度计算公式。4.2.3 根据格构式轴心受压构件的临界状态，计入腹杆剪切变形的影响，可推导出构件换算长细比的计算公式。目前钢管混凝土拱桥通常采用各肢相同的形式，若需采用不等肢时，可按下述公式计算换算长细比。当四肢构件内外肢截面不相同时，可按下式计算换算长细比：