材料参数影响500米级钢管混凝土拱桥的承载能力

钢管混凝土由钢材和混凝土两种材料组成，其承载能力受到钢材和混凝土强度等级和截面面积的影响，并反映在含钢率、径厚比、约束效应系数等材料参数。为保证钢管与钢管内部混凝土有统一的力学性能和变形协调能力，并能满足桥梁结构受力性能的需要，材料参数的选取应满足规范要求。

混凝土材料强度等级提升，使得核心混凝土承载能力提升；钢材强度等级提高，截面承载能力上升，钢材对混凝土材料的紧箍力也有所提升。但是单方面提升钢材或混凝土的强度等级，对于钢管混凝土承载能力不一定是经济有效的方式，应对钢材与混凝土材料强度等级进行匹配设计。

在钢管混凝土中采用高强度钢材和高强度混凝土有一定的优势，然而需要注意的是，采用高强混凝土会使钢管混凝土的脆性增大，而高强薄壁钢管的应用会导致钢管局部稳定问题突出。

钢管混凝土拱桥的常用管径在600 mm以上，钢管制作一般选用成品钢管、卷制螺旋焊缝钢管和卷制直缝焊接钢管，《公路钢管混凝土拱桥设计规范》中规定“卷制焊接钢管径厚比不宜小于40”。如果钢管径厚比过小，即钢管壁厚过厚，将导致管壁应力分布不均匀，以及核心混凝土所承担的荷载比例下降，其力学性能与薄壁钢管有所不同。

约束效应系数反映了钢管混凝土截面的材料参数影响，在一定参数范围内，可以反映钢管对混凝土约束作用的大小，以及核心混凝土在钢管约束作用下的强度与延性的提高程度，进而影响钢管混凝土在承载力峰值点后的不同趋势，如图2-54所示。

(www.xing528.com)

图2-54　不同约束效应系数范围下钢管混凝土的N-ε曲线

当约束效应系数标准值ζ＞1时，约束效应大，混凝土纵向承载力的增大值超过钢管纵向承载力的下降值，逐渐形成强化阶段；

当约束效应系数标准值ζ≈1时，两者的纵向承载力的增大值和下降值接近相等，就出现水平塑性阶段；

当约束效应系数标准值ζ＜1时，上述纵向承载力的增大值小于下降值，就出现下降段；

当约束效应系数标准值ζ≈0.4时，约束效应太小，不出现塑性段，曲线在约3 000με时陡然下降，随后曲线趋于平缓。