三、拱肋截面構造

　　鋼管混凝土拱橋的拱助，當跨徑不大時可采用單管截面。單管截面主要有圓形和國端形，單圓管加工簡單，抗扭性能好，抗軸向力性能由于緊箍力作用顯示出優(yōu)越性，但抗彎效率較低，主要用于跨徑不大（80米以下）的城市橋梁和人行橋中。

　　肋拱橋中絕大部分為啞鈴形斷面，跨徑從幾十米到160m，以100m附近為多。啞鈴形截面較之單圓管截面，截面抗彎剛度較大，類似于工字形截面，但由于兩圓管的直徑與高度之比在1/2.5附近，因而不能視為鋼管混凝土格構式截面。腹腔內(nèi)的混凝土受鋼板橫向套箍作用機理復雜，缺乏研究，若采用鋼管混凝土理論計算，計算將很復雜。由于鋼管混凝土拱橋設計理論滯后，現(xiàn)行的計算方法常將其作為鋼筋混凝土結構，使這一矛盾并不突出，且考慮到腹腔內(nèi)混凝土處于中和軸附近，設計計算常將其忽略，而只計及自重。

　　啞鈴形截面的腹板與圓管相接的交角較小，而且上下兩管彎曲成型后，腹板的焊接有較大的殘余應力，所以加工較為困難，質(zhì)量不易得到保證。在灌注混凝土過程中，腹板受混凝土壓力的作用容易外鼓，所以有時需有拉桿對拉或采用其他措施，這使得較為構造復雜。 從經(jīng)濟角度來說，鋼管混凝土構件中鋼管的作用較大、所占的造價比重也較大，理應將鋼材盡可能地安排在外留（即不計混凝土時，應是箱形斷面），而啞鈴形截面并沒有使所有的鋼材都處于截面的外圍。這同鋼筋混凝土構件將矩形截面變形工字形截面的效果不同。所以鋼管混凝土拱橋，在跨徑較小時可采用單臂截面，在跨徑增大以后應采用行武斷面，采用啞鈴形截面的跨徑范圍不應像目前這樣廣泛。

　　橋式拱助能夠采用較小的鋼管直徑取得較大的縱橫向抗彎剛度，且桿件以受軸向力為主，能夠充分發(fā)揮材料的特性，對跨徑超過100米的鋼管混凝土拱橋，桁肋是一個比較合適的截面形式。前蘇聯(lián)30年代建造的NceTb河鐵路拱橋，即為二鉸變截面桁拱。

　　我國較早出現(xiàn)的桁拱斷面為橫向啞鈴形橋式，其上下為兩個橫啞鈴形斷面，腹桿用鋼管桁片，廣東南海三山西大橋（主跨200米，帶懸臂中承式剛架系桿拱）、陜西延安王家坪延河大橋（凈跨l90m，中承式）等橋采用這種形式。這種截面形式，根啞鈴形綴板中的混凝土較之前述的啞鈴形斷面對加大抗彎剛度有較大的作用，但這種截面的鋼一混凝土橫腹板的受力特性與國鋼管混凝土相差很大，同樣存在著設計計算上不能采用套箍理論的問題。因此，其后又發(fā)展了混合式的桁式斷面。這種斷面，上弦采取橫啞鈴形，下弦兩根鋼管采用鋼管下平聯(lián)聯(lián)結。上弦為了縮短綴板的長度，寬度較下弦為短而形成梯形斷面，河南安陽文峰立交橋（主跨135m，下承式剛果系桿拱）、四川高谷烏江大橋（凈跨150m，中承式）等橋采用這一形式。

　　直接采用多肢桁式（格構式）斷面的鋼管混凝土肋拱近年來有較多采用的趨勢。這種拱助弦桿采用鋼管混凝土材料，腹桿和平聯(lián)均采用鋼管，它較之橫啞鈴形橋式截面，材料省自重輕，跨越能力強。同時，由于各肢以受軸向力為主，更易于采用鋼管混凝土理論進行計算。在多肢桁式斷面中，四肢最為常見，截面的高度與寬度之比在2：回附近較為合理，拱肋的面外穩(wěn)定性主要通過橫向聯(lián)系來保證。福建閩清石潭溪大橋（凈跨136m，中承式）、沈陽渾河長青大橋（凈跨140m，中承式）、四川眉山根江大橋（主跨206m，帶懸臂中承式剛架系桿供）、廣西三岸色江大橋（凈跨270m，中承式）等橋采用了完全桁式斷面。

　　另外，還有一種采用集束鋼管混凝土的肋拱橋。這種結構加工量少，材料用量比桁拱多，未被橋梁界普遍接受，其受力性能有待實踐與理論驗證。

　　鋼管混凝土材料的顯著優(yōu)點之一是在構件受壓時，鋼管對混凝土的緊箍力作用使混凝土的受壓強度得到提高。為使這一優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，應采用強度較高的鋼材，但含銅率不必太大。在鋼管混凝土拱橋中通常合鋼車在5％～12％之間。但日前有些鋼管混凝土拱橋的拱肋合鋼車接近 20％ 。通常所說的鋼管混凝土結構其合鋼率在20％以下。接近或超過20％則其受力性能與鋼結構相近。鋼管管壁較厚時，鋼管的局部屈曲問題并不突出，填充混凝土的必要性不足，而且鋼管的加工也困難。因此，采用太高的含銅率是不經(jīng)濟、不合理的。

　　因為有鋼管的套箍作用、而且拱式結構常以穩(wěn)定控制，所以管內(nèi)混凝土的強度不必要求太高，一般采用C40。但由于現(xiàn)在混凝土標號的提高不會使造價成倍增加，所以也有采用C50甚至C60o

　　四、橋面系

　　鋼管混凝土拱橋除拱梁組合體系橋面系為以縱梁為主外，其余均以橫梁為主結構。它將橫梁設置于立柱上或吊桿下，然后縱向鋪設橋面板（梁）。活載經(jīng)橋面系通常橫梁傳給立柱或吊桿，立柱或吊桿再將荷載傳給拱肋。

　　這種橋面系不參與總體受力，屬于局部受力傳力結構，其單位自重不隨著橋梁跨徑的增加而明顯增加，這也是這類拱橋跨徑可以較大的原因之一。在已建成的鋼管混凝土中下承式拱橋中，主拱跨徑在五六十米時，吊桿間距一般在4m左右；主供跨徑在60～150m時，吊桿間距在5～10m之間；跨徑超過150m以后，吊桿間距宜在12m附近。吊桿間距再大以后，橋面板的自重會增加較多，建筑高度也會隨之增大，這對中下承式供，特別是下承式拱的總體經(jīng)濟性是不利的。當然，無論橋梁跨徑多大，一成不變地采用4m，5米的吊桿間距也是不合理的。因為在這種非拱架組合體系拱橋的橋面系中，橋面板和橫梁中活載占總荷載的比例較大，而吊杯及其錯具的受力更是以活載（尤其是掛車荷載）控制，在4～12m的吊杯間距范圍內(nèi)，吊桿、橫梁、橋面板的受力并不隨著吊桿間距的增大而明顯增大。因此，隨著橋梁跨徑的增大，吊桿的間距適當?shù)丶哟?，總體經(jīng)濟效益是好的，而且也符合審美的需要。