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1、第26卷第6期福州大学学报(自然科学版)Vol126No161998年12月JournalofFuzhouUniversity(NaturalScience)Dec11998钢管混凝土单圆管肋拱桥设计计算探讨陈宝春(福州大学土木建筑工程学院,福州,350002)摘 要 对钢管混凝土单圆管断面的肋拱桥设计计算,通过实例计算和理论分析,探讨了应用公路桥梁规范和建筑行业钢管混凝土结构有关规程与规定的计算方法,可供此类桥梁设计计算和今后理论研究参考.关键词 钢管混凝土;单圆管;拱桥;计算中图分类号U441.4〔1,2〕近几年来,我国钢管混凝土拱桥的应用发展很快,但理论研究却相对滞后,公路桥〔3,
2、4〕梁规范中缺乏钢管混凝土材料的内容,建筑行业的钢管混凝土结构的有关规程与规〔5～7〕定主要对象为建筑物的柱子,没有拱桥结构的内容.本文以福建省福安市群益大桥为算例,通过理论和算例分析,探讨综合两类规范进行钢管混凝土单圆管肋拱桥设计计算方法,以应实用急需,并供其它截面形式的钢管混凝土拱桥计算和理论研究参考.福安市群益大桥为单跨中承式钢管混凝土肋拱桥,净跨46m,矢跨比1/3,桥面宽净9+2×2m人行道,桥面总宽18m,设计荷载汽车-20,挂车-100.主拱肋为Ф800mm,壁厚14mm的钢管,内填C30级混凝土.高强钢丝吊杆,现浇连续桥面系,前倾衡重式桥台,刚性扩大基础.桥梁总体布置见图
3、1.图1 福建福安群益桥(单位:m)1 截面刚度本文收到日期:1998-03-10陈宝春,男,1958年出生,副教授本研究得到福建省自然科学基金资助©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 截面刚度影响变形,影响超静定拱的赘余力.钢筋混凝土拱计算赘余力时采用素混凝〔3,4〕土截面,计算挠度时考虑混凝土开裂影响,对截面换算刚度进行折减.钢管混凝土肋拱,截面含钢率较高,计算赘余力时,截面计算应考虑钢管的贡献.计算变形时由于钢管混凝土材料的弹性、塑
4、性和抗裂性均强于钢筋混凝土结构,可以不考虑折减.所以,截面刚度计算采用组合材料的公式,即:EI=EaIa+EgIg梁规 EA=EaAa+EgAg©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.netN03=fcAc(1+θ+θ)(4)其中,θ=fsAg/fcAa为套箍系数,fc、fs为混凝土和钢材的设计强度.《JCJ01-89》轴压强度公式:N04=fsAg+KcfcAa(5)其中,Kc为混凝土强度提高系数,由钢号、混凝土等级和含钢率查该规程的表4.1.1-
5、2.《DLGJ99-91》轴压强度公式:N05=fseAsc(6)其中,Ase为全截面面积;fse为钢管混凝土材料的组合设计强度,由钢号、混凝土等级和含钢率查该规定表3.2.5.对于算例,应用公式(2)至(6)的计算结果见表1.从表1可以看出,N01最大,这是因为它将钢管全部看成螺旋箍筋,忽略了钢管纵向受压横向变形(膨胀)对套箍作用削弱的因素,对公式(2)加以改造,有N01=rcfcAa(1+2θ+θ),其混凝土强度提高系数为2θ,显然比公式(4)中θ的大得多.表1中N02最小,因为它完全忽略了钢管对核心混凝土的套箍作用.N03、N04、N05则从大到小排列,与N01和N02相比,三者较
6、接近.由此可见,钢管混凝土的轴压强度套用钢筋混凝土柱的公式进行计算是不合适的,只能采用钢管混凝土结构的有关规程和规定进行计算.3表1 轴压强度计算结果(单位:10kN)N01N02N03N04N0527.8513.2822.4619.5117.823 截面偏心受压强度拱为偏心受压结构《,DLGJ99-91》列有偏压构件的强度验算公式:N/Asc≥0.2fsc时,N/Asc+M/1.5Wsc≤fscN/Asc<0.2fsc时,N/Asc+M/1.4Wsc≤fsc©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrights
7、reserved.http://www.cnki.net算结果视为截面强度是过于偏小的.4 面内稳定验算钢管混凝土材料抗压强度高,主要用于以受压为主的结构,一般以稳定验算控制.除《DLGJ99-91》有给出强度验算公式外《,CECS28∶90》和《JCJ01-89》均只给出稳定验算公式,当长细比修正系数为1.0时,稳定验算公式可转化为强度验算公式.钢管混凝土拱桥进行稳定验算时,简化的计算方法是将无铰拱拟成0.36S(S为拱轴弧长)承
