半穿式钢管混凝土拱桥设计研究

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发布时间：2021-09-06

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半穿式钢管混凝土拱桥设计研究
吴文华，雷晓峰
(中铁第一勘察设计院集团桥梁隧道处，陕西西安710043)
摘要：常规的大跨度钢管混凝土提篮拱桥，由于拱上立柱较
高，导致上部结构的纵向与横向刚度大幅度降低，这一问题制
约了该桥型在铁路桥梁中的应用。采用半穿式提篮拱结构，使
拱上立柱高度降低约10 m；同时由于拱顶140 nl范围内两侧拱
肋由混凝土梁实现了刚性连接，每处立柱下拱肋之间也设有刚
性横粱，从而大幅度提高了结构整体横向刚度。
关键词：铁路桥；钢管混凝土拱桥；提篮拱；设计
中图分类号：U448．22 文献标识码：A
文章编号：1004—2954(2010)06～0036—03
1 工程背景
大理至瑞丽铁路是泛亚铁路的重要组成部分，是
我国进出印度洋的便捷通道。澜沧江大桥是该线的重
点控制性工程，位于永平县杉阳镇与保山市水寨镇的
分界处，桥位下游300 ITI处是著名的古霁虹桥。该桥
为预留双线桥，一次建成，设计活载为中活载。建桥条
件分析如下(图1)。
图1 建桥条件分析
(1)桥位处河谷狭窄，两岸山体险峻陡峭，线路距
江水面高达280 m。
(2)结合两岸地形，跨越澜沧江必须采用大于
320 m的跨径。
(3)大桥位于8度地震区。
(4)交通运输条件较差，场地十分狭窄，施工条件
极其困难。
(5)基岩较为完整，但有明显的垂直节理发育，适
宜修建有推力结构。
收稿日期：2009一O1—09 2 半穿式钢管混凝土拱桥方案的优缺点
作者简介：吴文华(1976一)，男，工程师，2000年毕业于石家庄铁道学
院交通土建工程专业，工学学士。钢管混凝土由于钢管对混凝土的紧箍作用，使混
◆ 1-◆ ● Ⅲ◆ ¨◆ 一一 ◆ ◆ ◆ ·’i ◆ ◆ ◆ ◆ ● ◆ ● ● ● ● ● ● ● ◆ ◆ ● ● ● ● ● i● ● ● ● ● ● ● i● ● ● ◆ ◆ ● ◆
各工况下I号墩的“斜交弯矩”如表2所示，表
2中所列“重轴在I号墩”及“重轴在中跨跨中”均指
沿梁体中心线的位置。
表2 1号墩各工况下的“斜交弯矩” kN-m
从表2可看出，在自重及二期恒载作用下，“斜交
弯矩”较小，这是因为本刚构是梁端正交的多跨刚构
连续梁桥，而自重及二期恒载沿全梁接近均布，所以沿
墩横向荷载分布较均匀。如果是单跨或梁端斜交刚
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构，则荷载分布沿墩横向从钝角向锐角逐渐减小。总
“斜交弯矩”大小应由自重+二期恒载+基础相对变位+
活载引起的“斜交弯矩”组成。从表2中可看出，工况
6、9、1l、l2不控制设计，其余几种活载工况与恒载工
况、基础相对变位工况引起的“斜交弯矩”分别与
4．2．1、4．2．2中桩顶力组合作为输入B90计算程序的
荷载。事实证明，“斜交弯矩”对桩基配筋及桩长均有
一定影响，墩轴线与梁体横向交角越大，“斜交弯矩”
越大，设计时不可忽视。
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铁道标准设计RAILWAY STANDARD DESIGN 2010(6)
凝土的抗压强度大大提高，而且还由脆性材料转变为
塑性材料，基本性能起了质的变化。同时，薄壁钢管的
承载力决定于薄壁的局部稳定，屈服强度常得不到充
分利用。用作钢管混凝土时，内部存在混凝土，提高了
薄壁的局部稳定性，其屈服强度可以充分利用，且钢管
在此应力状态下钢材的屈服强度降低，而塑性变形能
力增大，更有利于钢材的充分利用。因此，钢管混凝土
抗震性能优越，尤其是在罕遇地震条件下，由于结构的
延性明显优于常规混凝土结构，更有利于实现延性设
计的目的。施工过程中，钢管本身既是承重骨架又是
耐侧压的模板，施工简便，可有效缩短工期、降低施工
风险及工程造价。钢管混凝土桥仍是大跨度桥梁设计
中的有力竞争方案之一。虽然近年来发现钢管混凝土
拱桥存在钢管内混凝土不密实的问题，但通过改进施
工工艺，并在结构计算时予以考虑，结构安全是有保
障的。
常规的大跨度钢管混凝土提篮拱桥，由于拱上立
柱较高，且横向联结系的刚度相对较弱，从而导致了结
构的横向刚度大幅降低，难以满足列车运行的安全性
和舒适性的要求，这一点已经为国内大跨度拱桥实测
振幅大幅度超限的测试结果所证实。同时以往拱上建
筑多采用简支梁结构，结构的纵向刚度较弱，对高烈度
区桥梁的抗震十分不利，且难以适应桥上无缝线路对
结构刚度的要求。这些问题制约了该桥型在铁路桥梁
中的应用。
采用半穿式提篮拱结构，使拱上立柱高度降低约
10 m；同时由于拱顶140 nl范围内两侧拱肋由混凝土
梁实现了刚性连接，每处立柱下拱肋之问也设有刚性
横梁，从而大幅度提高了结构整体横向刚度。结构效
果见图2。
图2 结构效果图
上部结构采用刚构连续梁形式，从而提高了上部
结构的纵向抗推刚度，以满足铺设无缝线路的需要，提
高了拱上建筑的抗震性能。
铁道标准设计RAILWAY STANDARD DESIGN 2010(6)
· 桥梁·
3 结构设计
3．1 总体设计
主桥在布置桥跨时，根据两岸地质地形条件、主拱
受力及控制立柱高度，确定跨径和矢高，在拱座顶面设
置交界墩，从而确定了主桥拱跨为368 ITI，矢跨比1：
4．5，拱上桥跨共10孑L，跨径为5 X25 m+140 m拱顶
段+5x25 Ill，两岸引桥各为