第一座钢管混凝土拱桥始于1937年,苏联列宁格勒(现俄罗斯圣彼得堡)采用集束的小直径钢管混凝土作为拱圈,建造了跨径为101 m 的下承式钢管混凝土拱桥,其截面形式和成桥如图1-5所示。
两年后,苏联又在西伯利亚依谢季河(Иcerb)上建成跨径为140 m 的上承式钢管混凝土拱桥,如图1-6所示。这两座桥都是把钢管分段,在管内灌混凝土,然后在支架上拼装成拱圈。这样施工,拱圈没能发挥钢管混凝土拱圈的结构优势和钢管拱桁轻、易于无支架施工的优势。此后50年无第三座钢管混凝土拱桥建设,钢管混凝土拱桥被市场无情地抛弃了。我国工程师对钢管混凝土拱桥的机理及施工工艺进行了长期研究[3],直至1990年建成第一座具有工程意义的钢管混凝土拱桥——跨径115 m的旺苍东河大桥。该桥宽15 m,两拱各由两根800 mm×10 mm 直缝焊接管构成哑铃形横截面,每圈分5段,采用缆索吊运、斜拉扣挂、松索合龙工艺施工,如图1-7所示。自1993年起,钢管混凝土拱桥每年以18座左右的数目迅速增长,至今已有460余座。
图1-5 苏联列宁格勒跨越涅尔瓦河的101.0 m钢管混凝土拱桥
图1-6 苏联西伯利亚依谢季河跨度140 m钢管混凝土铁路拱桥
图1-7 旺苍东河大桥
随着社会经济的高速发展、工程技术的不断创新,我国的钢管混凝土拱桥不仅在数目和跨径上不断增大,其施工方式、结构形式等也在不断创新。据不完全统计,截至2017年底,我国已建的和在建的钢管混凝土拱桥约462座,其中跨径超过200 m 的有70座,超过300 m 的有19座,超过400 m的有8座,超过500 m的有3座(图1-8、图1-9、表1-2)。如图1-10所示,特别要提到合江长江一桥(图1-10c),它是泸(州)渝(重庆)高速公路上的一座跨长江的钢管混凝土拱桥,计算跨径518 m,目前世界第一,桥宽24.6 m,含引桥全长838 m,2010年开工,2013年建成。主桥上构采用缆索吊运,拱桁斜拉扣挂合龙松索工艺施工,拱桁和桥道梁钢结构在工厂制造,工厂化水平达85%,上构施工实现了无模板,竣工造价2.6亿元,竣工验收优秀。为确保合江长江一桥成功建成,进行了多年研究,取得的成果“超500米跨径钢管混凝土拱桥创新技术”获2018年国家科技进步二等奖,同时合江长江一桥项目也获2018年詹天佑奖、鲁班奖,获2019年IBC乔治·理查德森奖(Richardson)。合江长江一桥也催生了钢管混凝土拱桥规范:2013年国家标准《钢管混凝土拱桥技术规范》(GB 50923—2013)[4]和2015年交通部颁布的《公路钢管混凝土拱桥设计规范》(JTG/T D65-06—2015)[5]。跨径575 m钢管混凝土拱桥——平南三桥(图1-10a)2018年5月已开工,跨径700 m的钢管混凝土拱桥的可行性正在研究中[6]。拱桥的一个分支——钢管混凝土拱桥在我国数量和跨径增加如此之快是世界建桥史上的奇迹,究其原因,是我国工程师充分发挥了其拱圈具有的结构优势、施工优势及造价优势的结果;是不断进行设计创新,使之更节省材料、更方便施工,不断推进拱圈无支架施工,管内混凝土灌注新工艺、新材料科技创新的结果。现在有了国标和部标,近年又兴起了BIM 技术、智能化施工,钢管混凝土拱桥必将更快速地发展,继续增大跨径、降低造价,以满足工程需求。
图1-8 钢管混凝土拱桥数量增长趋势图
图1-9 钢管混凝土拱桥跨径变化趋势
表1-2 国内跨径超200 m钢管混凝土拱桥一览表(www.xing528.com)
(续表)
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图1-10 世界跨径特大的几座钢管混凝土拱桥
在我国钢管混凝土拱桥飞速发展的影响下,国外钢管混凝土拱桥也有一定数量的发展,如图1-11所示。西班牙维卡里亚拱桥(La Vicaria Arch Bridge)为主跨168 m 的中承式钢管混凝土拱桥,2007年建成通车,采用类矩形截面,整个拱圈分三段制作,中间段整体提升成拱,管内灌注自密实混凝土,以5 m 为一段进行灌注;西班牙于2001年建成位于Cantabrico Unquera公路,长229 m、宽30 m的Escudo Viaduct钢管混凝土拱桥;位于美国芝加哥市的跨径94 m、双向四车道、两侧人行道的新达门大街(New Damen Avenue)桥;2005年,日本建成的首座钢管混凝土拱桥——长崎新西海岛桥,该桥为主孔跨径为240 m、宽20.2 m 的中承式钢管混凝土拱桥[1],此桥为国外最大跨径的钢管混凝土拱桥。
图1-11 国外典型的钢管混凝土拱桥
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