第 一 章 绪论
1.1 钢管混凝土拱桥的发展与应用
1.1.1 国内外钢管混凝土拱桥的发展历程
钢管混凝土拱桥，指的是在钢管劲性骨架中，泵入高强度的混凝土，在套箍作用下，共同承担拱上立柱及桥面系荷载或吊杆力的桥梁。钢管混凝土拱桥是在充分利用钢结构及混凝土优点的基础上，演变和发展起来的一种新型的结构[1]。管内混凝土及钢管的结合体，在轴向荷载的作用下，混凝土因为受到管壁的套箍作用，处于三向受压状态，从而在一定程度上提升了混凝土的强度，同时塑性和韧性也大大的得到提高。因管内混凝土的存在，大大延缓了钢管局部弯曲现象的出现，两种材料的性能都可得到充分的利用。在大跨径钢管混凝土拱桥缆索吊装斜拉扣挂施工过程中，钢管同时作为混凝土浇筑的模板，不再需要额外的模板来进行施工，大大地加快了施工进度。
国外最早的钢管混凝土拱桥的修建可追溯到 1937 年的前苏联，该年列宁格勒修建了主跨 110m 的拱梁组合桥，但在此后的很长时间内，由于缺乏成熟的理论和完善的施工工艺支持，世界范围内都鲜有再次修建此类桥型的例子。我国最早修建的钢管混凝土拱桥可追溯到 1990 年，该年于四川修建了主跨 110m 的下承式钢管混凝土系杆拱桥——四川旺苍东河大桥。我国基础设施于 20 世纪 90 年代开始进入黄金发展期，考虑到钢管混凝土拱桥的强度高、造型美及施工快的优点，在这一段时间内，钢管混凝土拱桥在我国得到了较大的发展和应用，在之后的不断发展中，跨径越来越大的钢管混凝土拱桥不断出现在我国的神州大地上。
表 1.1 国内部分钢管混凝土拱桥
1.2 钢管混凝土拱桥合理成桥状态研究现状
1.2.1 合理成桥状态
不论是悬索桥、斜拉桥、拱桥还是连续刚构桥等，在其对应的成桥状态，结构的受力状态必定是平衡的，变形是协调的。不同结构形式的桥梁在成桥阶段的线形和受力要满足相关规范和设计的要求。如此对应的成桥状态我们称其为桥梁的合理成桥状态。桥梁设计工作，通常将受力状态分为成桥受力状态及施工过程中的受力状态。成桥受力状态仅考虑成桥状态，以成桥设计坐标为基准，对结构体系进行受力分析，成桥恒载内力可通过一次落架方法确定。合理成桥状态确定之后，以合理成桥状态为基础，通过无应力状态法、正装法或倒拆法等桥梁结构计算方法来对结构进行分析计算，确定施工过程中的受力情况，并计算出施工过程中每个工况的控制量和调整量以达到最终的合理成桥状态。
目前国内外学者对于确定桥梁结构的合理成桥状态，已经总结归纳出很多的方法，目前常用的计算方法包括：刚性支撑连续梁法、零位移法、内力平衡法、弯曲能量最小法、弯矩最小法、用索量最小法和影响矩阵法等。
（1）刚性支撑连续梁法：对于斜拉桥而言，该法的思路为将索梁锚固点看作受力点，并将斜拉索的竖直分力看作刚性支撑反力。利用刚性支撑连续梁法可以计算出一组不均匀的索力，但该组索力对应的成桥状态弯矩较小，该法如用在不对称的结构中，会使主塔结构出现较大的弯矩。
（2）零位移法：该法是通过设置控制参数的变化限值来确定成桥状态的。比如控制主塔、主梁的位移或者弯矩等。此法确定的拉索体系成桥状态对应的索力值不均匀，且该法不适用于有纵坡的结构。
（3）内力平衡法：该法是通过索力值来控制关键截面的内力的，同样，该法确定的索力会出现不均匀的现象。
（4）弯曲能量最小法：该法是以结构的弯曲应变能来作为目标函数，从而优化索力的求解过程，大部分情况下，用该法确定的成桥状态，结构的弯矩较小，但两外侧斜拉索索力大多情况下不均匀。
（5）弯矩最小法：该法同弯曲能量最小法基本相同，仅仅是控制目标函数稍有差异。
（6）影响矩阵法：该法是目前理论最完善的计算方法。将桥梁的关键截面的内力、位移等作为受调向量，以索力为失调向量。通过影响矩阵来确定受调向量和失调向量之间的关系。
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第 二 章 钢管混凝土拱桥拱肋节段安装方法
2.1 概述
“一桥飞架南北，天堑变通途”，桥梁结构为跨越障碍物的架空结构，相对于桥梁结构成桥后的运营时间，用于桥梁建设施工阶段的时间就要短许多。但是在桥梁施工过程中会涉及到频繁的结构体系转换和复杂的施工工序，因此桥梁的施工就尤为重要，合理的施工工序和工法是桥梁建设的关键[14]。
不同桥梁的建设，需要综合考虑其桥型、所处环境、施工所采用的机械设备等。不同的施工方法，桥梁结构在施工过程中的内力也是不同的，因此，在桥梁建设过程中要特别注意施工方法的选择。
钢管混凝土拱桥具有不同的施工方法，在实际施工过程中往往是施工方法的综合使用。不同的施工方法之间没有明确的优劣之分，不同的施工条件适用不同的施工方法。施工方法的不断进步是推进钢管混凝土拱桥跨度发展的重要因素之一。
具体而言，不同的跨径、不同的结构形式和施工环境条件下，可选择不同的施工方法。目前，我国针对于钢管混凝土拱桥的架设，通常采用以下几种施工方法。
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2.2 支架施工
支架在用作为拱桥施工支架的时候，被通称拱架。对于跨径不大的拱桥施工，可以采用工字钢形式的支架，对于跨径较大的拱桥施工，可采用桁架拱支架。在采用支架施工时，施工过程中石拱的重量荷载是作用在支架之上的，在拱圈合拢撤去支架后，拱圈的重量开始由自身承担，石拱圈开始发生弹性变形、下沉。
目前，在国内外对于小跨径钢管混凝土拱桥的施工，支架法仍是一种最为方便、简单、安全、可靠的施工方法，这种方法适用于规模较小的施工队伍。对于大跨径钢管混凝土拱桥，尤其是要跨越山河峡谷的拱桥，支架法显然是不适合的。但从一定的角度上看，支架法是缆索吊装法和转体施工法的基础和理论的源泉。因此，对于简单的支架法进行分析和研究仍然是有意义的。
支架施工法可分为三种[15]，包括先梁后拱法、先拱后梁法、满堂支架法。
图 2.1 竖向转体法示意图
第 三 章 钢管混凝土拱桥施工控制方法及计算理论............................17
3.1 钢管混凝土拱桥施工控制原则、方法 .........................17
3.1.1 控制原则 .............17
3.1.2 控制方法 .............................17
第 四 章 钢管混凝土拱桥合理成桥状态 ......................29
4.1 概述 ....................................29
4.2 合理成桥状态 .................................29
第 五 章 钢管混凝土拱桥合理施工状态 .......................53
5.1 概述 ...................................53
5.2 施工阶段分析 ..............................53
第 五 章 钢管混凝土拱桥合理施工状态
5.1 概述
在设计过程中，通过不同的计算方法，确定钢管混凝土拱桥的合理成桥状态后，接下来就需要施工单位建立可行的施工方法，通过一步步的施工建设，最终达到设计图纸上主桥线形和内力的要求。所以，钢管混凝土拱桥的施工方法和工艺的确定成为了合理成桥状态确定后的又一重要工作。
目前，大跨钢管混凝土拱桥的施工包括大节段提升法、转体法和缆索吊装斜拉扣挂法。不同的施工方法具有不同的特点，但最常见且现场应用最广的方法还是缆索吊装斜拉扣挂法。采用缆索吊装斜拉扣挂的施工方式来建设钢管混凝土拱桥，施工过程涉及到拱座、扣塔及扣背索的安装等多个复杂的施工流程，施工过程的体系转换多、影响因素复杂。施工过程中的扣塔偏位、温度变化都会影响到主拱圈的安装，这给合理成桥状态的实现带来了较大的困难和挑战。以合理的成桥状态为控制和逼近目标，通过对每一个施工阶段的实测数据的监测和参数反馈，在施工过程中控制每个阶段的受力和变形情况。
为确保钢管混凝土拱桥施工过程的安全，施工完成后达到预定状态，必须要建立施工全阶段有限元分析计算模型，精确的模拟施工过程的每一个阶段，为桥梁的顺利建设提供必要的施工控制参数，通过对比理论计算数据与现场实测数据的差值，判断目前的施工过程是否正常，是否处于可控的范围内。
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第 六 章 结论与展望
6.1 结论
本论文以实际的工程为算例，首先通过一次落架法确定钢管混凝土拱桥空钢管的合理成拱状态，并以此状态的位移和受力情况为基础，通过施工索力及吊装悬拼，形成合理施工状态。并以合理施工状态为基础，对管内砼的灌注、拆索工况的影响、拱上立柱的安装等进行了探究。可得以下结论：
（1）本文首先阐述了合理拱轴线的不同确定方法，并说明了各拱轴线确定方法的适用条件和适用范围。在此基础上，对钢管混凝土拱桥的预拱度进行了阐述，并通过实际的计算结果来表明不同预拱度计算方法的特点和曲线分布情况，并表明大跨径钢管混凝土拱桥预拱度设置较为常用的方法为推力影响线法。
（2）本文通过对比三角形预拱度分配法、坐标预拱度分配法、抛物线预拱度分配法、推力影响线预拱度分配法及余弦预拱度分配法的计算结果，表明推力影响线分配法和余弦预拱度分配法所设置的预拱度趋势是一致的。从桥梁整体结构受力性能而言，推力影响线预拱度分配法所设置的预拱度更加符合实际的受力情况，会使成桥后的线形最贴近设计线形。
（3）通过对某钢管混凝土拱桥的建模分析，研究钢管混凝土拱桥一次落架的内力分布情况，该状态即为本文的合理成拱状态。
（4）以第三章确定的合理成桥状态为依据，通过对施工过程的模拟，确定合适的施工索力，使经过斜拉扣挂法施工形成的钢管混凝土拱桥的成桥状态与拟定的合理成桥状态之间的差值尽可能小；
（5）通过合理施工状态，计算了几种不同的线形，并较为详细的阐述了制造线形、理想裸拱线形、安装线形和计算裸拱线形之间的共同点和差异；
（6）探究拆索工况对主拱圈成拱后的线形和受力状态影响，通过详细分析每一步拆索对其他索的索力和关心截面的应力变化来详细说明拆索对结构的影响较小。
参考文献（略）