专著《钢管混凝土桥梁结构理论和创新技术》

发布时间：2026年06月17日 16:57 作者：刘永健，周绪红浏览次数：

团队成果：专著《钢管混凝土桥梁结构理论和创新技术》

■作者：刘永健，周绪红著

■出版时间：2022年12月

■定价：180.00元

■ISBN 978-7-114-18266-2

■购书链接：https://item.jd.com/13840152.html

内容提要

钢管混凝土结构具有高承载力、高承灾性、高效施工、高耐久性、高经济性和造型美观的特点，是高性能桥梁的优选结构之一。为拓展钢管混凝土桥梁应用空间，本书创新钢管混凝土桥梁结构形式；凝练钢管混凝土桥梁应用中的基础理论问题，开展钢管混凝土壁板屈曲性能、节点静力和疲劳性能、温度作用、界面性能和套箍作用的研究；提出钢管混凝土桥梁设计方法；给出钢管混凝土拱桥、组合桁梁桥、桥墩和桥塔的工程设计及应用实例。

本书可供从事桥梁工程研究、设计、施工和管理的人员使用,亦可供桥梁相关专业师生参考。

全书思路

全书目录

前言

钢管混凝土具有高承载力、高承灾性、高效施工、高耐久性、高经济性和造型美观的特点，是高性能桥梁的优选结构之一，并广泛应用于拱桥、桁梁桥、桥墩和缆索承中桥梁桥塔结构中，尤其是钢管混凝土拱桥，已经取得了举世瞩目的成就，并成为我国一张靓丽的的国家名片。进入21世纪以来，我国钢管混凝土桥梁建设规模和难度不断增长，工程结构大型化和复杂发展需求日益凸显，特别是面临更加多样的结构形式、更加严苛的性能指标要求和更加综合的功能品质要求等一系列新挑战，但是钢管混凝土桥梁基础理论仍滞后于工程发展需求，制约了钢管混凝土桥梁的进一步发展。对此，作者创新了钢管混凝土桥梁结构构造和应用形式，对钢管混凝土壁板屈曲性能、节点静力和疲劳性能、温度作用、界面性能和套箍作用的基础理论问题进行研究，完善了大截面钢管混凝土桥塔（墩）、装配式钢管混凝土组合桁梁桥和钢管混凝土拱桥设计方法，并在工程中推广应用。

本书的研究工作始于湖南大学，1998年在湖南省自然科学基金项目（98JJY2042）和湖南省重点实验室项目（99JZY2130）的资助下先期开展了钢管高强混凝土节点性能及设计方法研究、钢管混凝土组合结构节点实验研究等工作，并参与编制了《矩形钢管混凝土结构技术规程》（CECS 159:2004）。2004年之后，在长安大学开展了钢管混凝土拱桥、桁梁桥和桥塔（墩）的设计理论与应用研究，得到“十三五”国家重点研发计划（2016YFC0701202）、国家自然科学基金（51178051、51378068、51778058、51978061）、交通运输部建设科技项目（2013318812410、2006319812130）、陕西省自然科学基金（2005E215）和陕西省交通运输厅科研项目（13-26K、13-20K、19-67B）等的资助，研究成果是作者二十多年部分研究成果的总结。

全书共13章。第1章绪论对钢管混凝土桥梁的分类与特点、发展现状和标准体系、发展方向进行了介绍；第2章对钢管混凝土桥梁结构体系和结构构造进行了阐述，并创新性地提出了PBL加劲型钢管混凝土桥梁结构体系；第3~8章通过理论分析、数值模拟和室内外试验等方法，开展了钢管混凝土壁板屈曲性能、节点静力和疲劳性能、温度作用、界面性能和套箍作用五个基础理论的研究；第9章总结基础理论研究成果，提出了钢管混凝土桥梁设计方法；第10~13章分别给出了钢管混凝土拱桥、组合桁梁桥、桥墩和桥塔的工程实例。

在本书的撰写过程中，长安大学姜磊博士参与了第4、5、8、9、10章的撰写，长安大学孙立鹏博士参与了第3、12、13章的撰写，西北农林科技大学张宁博士、李慧博士参与了第3章的撰写，长安大学刘江博士参与了第6章的撰写，中国市政工程西北设计研究院有限公司的刘彬博士和长安大学马印平博士参与了第11章的撰写，长安大学研究生赵亚东、赵鑫东、傅一晟参加了文稿的整理工作，在此谨向他们表示衷心的感谢。

由于作者水平有限，书中难免有不足之处，恳请读者批评指正。

刘永健、周绪红

2021年12月

于长安大学公路学院

一、钢管混凝土桥梁结构创新构造

研发了PBL加劲型钢管混凝土桥梁等系列新结构，建立了矩形钢管（钢箱）混凝土桥梁结构体系，创新了钢管混凝土在梁桥、拱桥和缆索承重桥梁中的结构构造和应用形式。

提出了PBL加劲型钢管混凝土桥梁结构，确保了界面工作性能和节点性能的可靠性，提高了壁板局部稳定和构件套箍作用，防止了日照温差引起的界面脱空；研发的矩形钢管混凝土桥梁结构体系，适应了中等跨径钢管混凝土组合桁梁桥装配化建设需求，拓展了钢管混凝土桥塔在大跨斜拉、悬索桥中的应用空间，适应了超大截面尺寸、复杂建筑造型的需求；发明的系列新型节点，解决了钢管混凝土桥梁节点传力效率低、疲劳性能差和承载能力不足等问题。

图1 PBL加劲型钢管混凝土结构

图2 矩形钢管混凝土桁架节点形式

二、钢管混凝土桥梁结构理论研究

系统地研究了钢管混凝土壁板屈曲性能、节点静力和疲劳性能、温度作用、界面性能和套箍作用，夯实了钢管混凝土桥梁结构理论基础。

构建了钢管混凝土单侧约束加劲平板屈曲的泛函化构造通用公式，给出初始屈曲和后屈曲解析解，提出了超大截面钢管混凝土桥塔壁板局部稳定计算方法。

图3 超大截面钢管混凝土桥塔壁板局部稳定计算方法

以圆形和矩形钢管节点破坏模式为研究对象，根据其特性分为构造破坏、节点破坏和杆件破坏三类。为避免节点发生构造破坏，分析主管内填混凝土对空钢管节点构造的改变，给出钢管混凝土节点的构造要求。系统汇总了国内外报道的圆形和矩形钢管混凝土节点试验数据，包含139个受压节点、16个受拉节点和38个K型节点，分析主管内填混凝土对节点破坏模式和承载力的改善，提出钢管混凝土节点设计流程和承载力计算方法，以期简化验算内容，为该类桥梁节点设计提供理论指导。

图4 钢管混凝土节点设计流程

主要针对桥梁中常用的圆形和矩形钢管混凝土两类节点疲劳性能，基于热点应力法，分别研究其疲劳荷载产生的效应和疲劳抗力，并提出相应的计算方法，以期给出两类节点的疲劳评估方法。采用热点应力法统一了圆形、矩形、PBL加劲型钢管混凝土节点疲劳S-N曲线，提出了钢管混凝土桥梁节点疲劳评估的热点应力法。

图5 钢管混凝土桥梁节点疲劳评估热点应力法

总结了现有钢管混凝土桥梁温度作用的研究现状和当前研究面临的主要问题，展望了未来研究的发展趋势和主要方向。对钢管混凝土桥梁温度作用和效应的研究涉及桥梁工程、传热学、气象学、天文学等交叉学科，深远来说将有助于探索桥梁等基础设施与气候环境相互作用的共性和科学问题。通过高原大温差地区钢管混凝土温度场野外长期实测研究，建立了钢管混凝土桥梁温度作用的气象相关性计算理论。

图6 钢管混凝土桥梁温度作用的气象相关性计算方法

分别开展圆形、矩形和PBL加劲型钢管混凝土界面推出试验，采用声发射技术，对钢-混界面状态进行追踪，提出各类钢管混凝土构件钢-混界面粘结-滑移本构关系。同时，开展PBL连接件本身的静力和疲劳推出试验研究，提出PBL连接件抗剪强度计算方法。此外，还研究了界面状态对钢管混凝土构件抗弯性能的影响以及温度作用对钢管混凝土界面状态的影响。为钢管混凝土界面构造设计提供了理论依据；

图7 钢管混凝土界面本构关系和PBL连接件防脱空构造

通过引入钢管纵向容许应力折减系数，对钢管混凝土中钢管应力状态、轴压承载力进行理论分析，并研究钢管混凝土轴压受力全过程中钢管与混凝土应力变化，给出钢管与混凝土纵向应力-应变关系曲线简化计算方法，进而得到两者轴力-应变关系。揭示了钢管与混凝土相互作用机理，实现了受力全过程钢管应力的实时描绘，为钢管混凝土拱肋各阶段应力计算提供了理论依据，完善了钢管混凝土套箍作用理论。