某钢管混凝土拱桥，采用上承式钢管混凝土变截面桁架拱桥方案 ^[1,2]，桥宽33.5m，拱肋采用钢管混凝土，腹杆、横联、米撑、立柱及帽梁均采用钢结构;拱桥计算跨径为300m，拱轴线采用悬链线，拱轴系数为1.543，矢高为54.545m，矢跨比为1/5.5。桥型总体布置如图1所示。

　　 目前国内大部分钢管混凝土拱桥采用四肢格构截面或哑铃形截面 ^[3,4,5]。该桥采用六肢格构截面，设计、制造、施工工艺更加复杂。该桥主拱圈采用等宽度变高度空间桁架结构，断面高度从拱顶5m变化到拱脚9m(中到中)。单片拱肋宽度2×5m(中到中)，横桥向两片拱肋间的中心距为17m。肋间设置横联和米撑。上、下弦拱肋均采用变截面钢管，拱肋钢管尺寸由拱脚1 200×26变至拱顶1 200×32。钢管拱肋对接接头采用内法兰盘栓接、管外焊接的形式进行连接。管内灌注C55自密实微膨胀混凝土。主拱圈节段划分按构件运输长度和吊装质量控制，从拱脚至拱顶共划分为13个节段，全桥共分52个节段，最大节段吊装质量为115t。

　　 为了使主拱圈在吊装过程中便于调整标高和线形，拱脚接头采用竖向可转动的铰接方式。拱脚截面中心处设置一弧形铰，上、下弦管与拱脚预埋段间留60cm断缝，待主拱圈吊装完毕，调整好拱肋标高及线形后，首先采用与主拱圈同规格、同材质的钢管进行对接熔透焊后，再采用外包钢板补强焊的形式连接拱脚接头。

　　 拱上立柱采用排架式空心矩形薄壁截面钢箱结构，横桥向各柱肢分别固定于钢管拱肋上，柱间采用横撑连接。采用工厂分段制作、加工，现场分段吊装、焊接的方式安装。立柱高度相差较大，从46.729m至2.588m，根据立柱的高度，柱截面尺寸分别采用1 500mm×800mm,1 300mm×800mm,1 100mm×800mm 3种，壁厚均为16mm。

　　 主桥腹孔结构采用20m先简支后结构连续T梁。预制梁梁高1.5m，半幅桥每孔布置7片T梁，梁距2.42m，共分3联(5×20m+6×20m+5×20m)。

　　 拱座采用扩大基础形式，拱座基础置于稳定、完整的中风化灰岩层内，基底呈台阶状。

　　 1号和6号墩作为施工时吊、扣塔安装平台，采用墙式实心矩形墩，尺寸为800cm×400cm。施工时应根据施工荷载对墩身、帽梁的强度和稳定性进行验算，以满足施工荷载的要求，并确保墩安全和稳定。下部构造根据墩高的不同采用柱式墩或实心墩，墩高35m以下采用双柱墩，35m以上采用等截面实心墩。桥台采用重力式U形台、扩大基础。

　　 主桥采用无支架斜拉扣挂缆索吊装系统施工 ^[6]。主桥施工方案总体布置如图2所示。

　　 1)开挖施工便道，平整场地，包括施工拼装场地、T梁预制场地。开挖并浇筑桥台、拱座基础及桥墩桩基础，同时进行边坡防护、吊装系统及扣吊系统地锚施工。

　　 2)翻模施工拱座立柱、引桥桥墩及盖梁。架桥机架设引桥T梁，与缆索冲突的T梁可先不架设，待塔架拆除后架设。在有塔架的墩顶安装吊扣塔架，架设缆索系统。按规范要求进行试吊，检验吊装系统的安全性和可靠性。拼装场地复拼装大节段，吊装拱桁架第1节段，横桥向两片拱肋分次吊装，扣挂锚固，并与拱脚临时铰接。然后在铰轴圆管及主拱F1,F2腹杆内灌注C55微膨胀混凝土，灌注压力宜≤3MPa。吊装拱桁架第2节段，横桥向两片拱肋分次吊装，与第1节段先采用内法兰盘栓接固定，调整标高后扣挂锚固，然后围焊拱桁接头钢板，安装两片拱肋间米撑。

　　 3)按此施工顺序逐段进行吊装、扣挂锚固，直至第6个节段吊装完毕;然后焊接拱脚接头及铰轴，浇筑拱座预留槽混凝土，封固拱脚临时铰。在拱脚封固状态下，按前述施工程序逐段进行第8～13节段以及合龙段的安装，直至全桥合龙。

　　 4)焊接拱桁架节段接头，形成无铰拱。对扣索进行逐级松扣，两岸对称分级(扣索拉力分5级，每级放1/5)，顺序为:从跨中13号正式扣索开始，依次进行放松;各扣索松一级，暂停15～20min后测试各项数据，经有关各方确认后，再进行第2级放松。依此顺序循环进行，直至最后一级。最后一级放松时，可保留10%左右的扣索索力暂不放松。

　　 5)拱圈管内混凝土采用顶升泵送法施工。在第1节段拱脚处开灌注孔，在拱顶横隔两侧开出气孔，视施工设备和条件等具体情况在拱圈其余部位增设备用压浆孔和出气孔。按图示顺序和方法压注管内混凝土，并调整索力。管内混凝土灌注时，须待前一管内混凝土强度达到设计强度的80%后，方可灌注下一根钢管的混凝土。待拱圈钢管内混凝土灌注完成并达到设计强度后彻底放松扣索，并逐步予以卸扣。

　　 6)遵循对称均匀的原则架设拱上立柱，从两岸向跨中对称进行;分节段吊装就位后焊接。安装钢帽梁，其加载原则和施工顺序同拱上立柱。施工安装过程中应注意采取措施，确保高立柱顺桥向稳定。架设主桁架检修通道。

　　 7)遵循对称均衡的原则架设拱上20m T梁。拆除吊装主缆和交界墩处的塔架。浇筑桥面现浇层和防撞护墙等混凝土，施工桥面铺装及公用构造等。进行全桥钢结构的防腐涂装修护，全桥竣工。进行竣工荷载试验。设置永久固定观察点，进行桥梁运营阶段的长期监测。

　　 为了验证桥梁设计的合理性，采用大型有限元软件MIDAS/Civil建立全桥空间杆系单元模型 ^[7]。钢管桁架结构采用桁架单位模拟，其余结构采用梁单元模拟。拱脚采用刚接处理，交界墩位置约束竖向自由度。结构施加的荷载包括结构自重、二期恒载、汽车活载(含制动力)、温度荷载(含系统温度及温度梯度)、风荷载(运营风和百年风)等。

　　 主桥结构有限元模型共分为4 784个节点、7 977个单元，其中梁单元7 873个、桁架单元104个。结构建模考虑实际施工加载过程，拱肋12根钢管内混凝土按施工顺序依次加载，模型中采用施工联合截面功能加以模拟，全桥包括拱脚腹杆在内共计170个联合截面。结构有限元模型如图3所示。

　　 经计算分析表明，在最大悬臂施工阶段横向风荷载作用下，拱肋最大压应力为-206.9MPa，最大拉应力为195.6MPa;在最大悬臂施工阶段纵向风荷载作用下，拱肋最大压应力为-205.9MPa，最大拉应力为193.7MPa，结构受力满足规范要求。

　　 汽车荷载作用下拱肋竖向最大负挠度为-2.7cm，最大正挠度为1.8cm，拱肋双向挠跨比为1/6 667<1/1 000，拱肋刚度满足规范要求。短期组合消除恒载作用下拱肋竖向最大负挠度为-21.5cm，最大正挠度为3.5cm，拱肋双向挠跨比为1/1 200<1/1 000，拱肋刚度满足规范要求。

　　 在正常使用极限状态，拱肋钢管上缘最大压应力为-225.0MPa，最大拉应力为27.4MPa;下缘最大压应力为-231.8MPa，无拉应力。在正常使用极限状态，拱肋混凝土上缘最大压应力为-12.2MPa，拱脚混凝土出现的拉应力由钢管来承受;下缘最大压应力为-12.6MPa，拱脚混凝土出现的拉应力由钢管来承受(见图4)。

　　 在正常使用极限状态，腹杆上缘最大压应力为-141.4MPa，最大拉应力为104.8MPa;下缘最大压应力为-140.5MPa，最大拉应力为106.0MPa。

　　 在正常使用极限状态，横撑上缘最大压应力为-91.3MPa，最大拉应力为115.0MPa;下缘最大压应力为-116.6MPa，最大拉应力为110.4MPa。

　　 在正常使用极限状态，米撑上缘最大压应力为-151.4MPa，最大拉应力为55.7MPa;下缘最大压应力为-165.8MPa，最大拉应力为56.7MPa。

　　 在正常使用极限状态，立柱顶缘最大压应力为-118.1MPa，最大拉应力为116.5MPa;底缘最大压应力为-119.5MPa，最大拉应力为115.8MPa。在正常使用极限状态，帽梁顶缘最大压应力为-29.8MPa，最大拉应力为54.4MPa;底缘最大压应力为-53.8MPa，最大拉应力为27.3MPa。

　　 施工阶段稳定计算选取施工过程中最不利阶段即最大悬臂阶段进行分析，考虑自重、风荷载作为屈曲荷载。

　　 最大悬臂施工阶段前3阶屈曲模态及稳定系数如表1所示。

　　 最大悬臂施工阶段，结构第1阶稳定系数为14.1>4，结构稳定性满足规范要求。

　　 运营阶段结构稳定性的计算考虑恒载、活载和风荷载作为屈曲荷载，运营阶段结构的弹性稳定系数及屈曲模态如表2所示。

　　 在运营阶段，结构第1阶屈曲模态为最高立柱纵弯，第1阶稳定系数为7.19>4，结构稳定性满足规范要求。

　　 该桥主桥采用主跨300m六肢格构变截面上承式钢管混凝土拱桥，拱上立柱采用排架式空心矩形薄壁截面钢箱结构。该桥已于2018年1月正式建成通车。