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根据国内外学者研究成果，结合团队多年来的研究成果，对钢管混凝土构件计算参数进行了归纳、整理、总结，建立了更简洁明确、计算成果安全可靠、依据计算拟定的尺寸更加经济合理的钢管混凝土构件计算参数，现对相关计算参数概述如下。
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的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上。为保证钢管与钢管内混凝土有统一的力学性能和变形协调能力，并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，将提高钢管内混凝土承载能力；钢材强度等级提高，将提高钢管混凝土截面承载能力，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提升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：采用高强度混凝土会使钢管混凝土的脆性增大，薄壁钢管的局部稳定将成为突出问题。
钢管混凝土拱桥的主拱主管外径一般大于600 mm，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》（JTG/T D65-06—2015）中规定：“卷制焊接钢管径厚比不宜小于40。”如果钢管径厚比值过小，钢管壁厚过厚，将导致管壁应力分布不均匀，以及钢管内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对混凝土约束作用的大小，以及钢管内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2-1所示。
图2-1 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 ξ ＞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，钢管混凝土逐渐形成强化上升阶段。
当约束效应系数标准值 ξ ≈1时，两者的纵向承载力的增大值和下降值接近，钢管混凝土出现水平塑性阶段。
当约束效应系数标准值 ξ ＜1时，混凝土纵向承载力的增大值小于下降值，钢管混凝土出现下降段。
当约束效应系数标准值 ξ ≈0.4时，约束效应太小，钢管混凝土不出现塑性段，曲线在约3 000 μ ε 时陡然下降，随后曲线趋于平缓。
长细比对钢管混凝土构件承载能力的影响显著，计算钢管混凝土构件承载能力时，通常用长细比折减系数计入，并依据不同强度等级的钢材和混凝土以及长细比确定。《公路钢管混凝土拱桥设计规范》《特殊钢管混凝土构件设计规程》（CECS 408：2015）、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）、《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64—2015）和《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS 28：90）中关于长细比折减系数（或整体稳定性系数）的计算方法均有所不同，适用于不同的桥梁受力构件。现对五种规范计算方法，用于计算钢管混凝土长细比折减系数时的计算取值结果进行分析。
（1）《公路钢管混凝土拱桥设计规范》中，对长细比折减系数以表格形式列出，构件长细比不超过100。
（2）《特殊钢管混凝土构件设计规程》中，对轴心受压构件稳定系数采用下列公式进行计算：
式中
sc
——构件的正则长细比；
λ sc ——构件的长细比；
L 0 ——构件的计算长度；
i sc ——构件的回转半径；
f sc ——构件的抗压强度设计值；
E sc ——构件的弹性模量；
ε sc ——构件的等效初始偏心率；
K
——等效初始弯曲系数。对于高强钢管混凝土，
K
取
为高强钢管抗压强度设计值；对其他构件，
K
取0.25。
（3）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计表规范》中，对整体稳定性系数以表格形式列出，见2-1。
表2-1 钢筋混凝土的轴心受压构件的稳定系数
注：1.表中 l 0 为构件计算长度； r 为圆形截面的半径。
2.构件计算长度 l 0 ，当构件两端固定时取0.5 l ；当一端固定一端为不移动的铰时取0.7 l 。当两端均为不移动的铰时取 l ，当一端固定一端自由时取2 l ； l 为构件两支点间距离。
（4）《公路钢结构桥梁设计规范》中，整体稳定折减系数采用下列公式进行计算：
其中
式中
——相对长细比；
σ E，cr ——轴心受压构件弹性稳定欧拉应力；
λ ——轴心受压构件长细比；
α ——参数。
（5）《钢管混凝土结构设计与施工规程》中，对于长细比折减系数采用下列公式进行计算：
式中 D ——钢管的外直径；
L e ——构件的等效计算长度。
以上五部规范针对钢管混凝土构件长细比折减系数计算方法均有不同的规定，通过选取Q345钢材、C80混凝土的材料参数、直径600 mm和壁厚16 mm的钢管截面尺寸，按五部规范不同规定计算得到各自的长细比折减系数，如图2-2所示。
图2-2 钢管混凝土长细比折减系数计算取值对比
对比分析以上五部规范不同规定的计算过程，《钢管混凝土结构设计与施工规程》规定须将 L e / D 限定在80以下，否则其计算结果是奇异的；《特殊钢管混凝土构件设计规程》是在《公路钢结构桥梁设计规范》基础上，引入新的参数得到的，两本规范规定相近，但前者的长细比折减系数相对略小；《公路钢管混凝土拱桥设计规范》所规定的长细比折减系数计算方法，其计算结果比较适中，并且总体偏于安全。考虑到钢管混凝土桥梁设计与结构计算时，钢管混凝土构件的几何非线性影响较大，所以在计算钢管混凝土构件的长细比折减系数时，推荐采用《公路钢管混凝土拱桥设计规范》。
长细比对钢管混凝土构件的承载能力影响总体表现为长细比越大，承载能力越低。但是相对于单肢、双肢、三肢和四肢截面形式的钢管混凝土构件，长细比对其变形破坏形式的影响又有所不同。双肢截面形式，在没有面外约束的情况下，其面外刚度将低于面内刚度，致使其变形以面外变形为主，面内变形相对较小；三肢和四肢截面形式，其变形特征受长细比影响较大，对于长细比较小的情况，变形以局部变形为主，整体变形规律不明显，但随着长细比的增加，变形的整体性越发显著。
因此，单肢、双肢钢管混凝土构件，应注重横向稳定设计，特别是横向连接构造设计对钢管混凝土结构整体稳定的影响；三肢、四肢钢管混凝土结构，应同时注重纵向、横向的整体稳定性设计和计算论证。
随着钢管混凝土桥梁技术的发展和突破，世界最大跨径钢管混凝土拱桥——广西平南三桥已于2020年建成通车，该桥主拱主管直径为1 400 mm，单根主拱管内混凝土用量为958 m 3 ，因此，类似大跨大直径钢管内混凝土的徐变影响已不容忽视。
目前，钢管混凝土的徐变计算方法主要有参数计算方法和分段常数计算法。
四川省公路规划勘察设计研究院联合国内科研院所共同开展研究，通过对C60混凝土7 d、14 d、28 d、90 d四个龄期以及C50混凝土7 d、28 d、90 d三个龄期进行徐变、收缩试验，测得了相应的徐变收缩系数，另外，还进行了节段模型的收缩徐变试验，得到了钢管混凝土的徐变规律以及应力重分布规律，提出了两种理论分析方法。
第一种方法，以混凝土收缩徐变理论为基础，考虑钢管对混凝土收缩徐变的约束作用。其基本假定为：①钢管与混凝土之间黏结良好，截面满足平截面假定；②假定模型为承受恒定的轴心受压构件；③忽略收缩对徐变的影响。在假定条件下结合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》混凝土徐变系数的计算方法，考虑钢管对混凝土的约束作用，用考虑钢管约束的徐变调整系数来替代混凝土的徐变系数，计算钢管及混凝土的应力重分布规律。考虑钢管约束的混凝土徐变系数可按下列公式计算
式中 t 0 ——加载时的混凝土龄期（d）；
t ——计算考虑时刻的混凝土龄期（d）；
（
t
，
t
0
）——混凝土的徐变系数，可根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》附录F取值；
k
——参数，
；
ρ
——参数，
；
E s 、 E c ——钢管和混凝土材料弹性模量；
A s 、 A c ——钢管和混凝土截面面积。
利用钢管约束的混凝土徐变系数，钢管与混凝土应力重分布值按下列公式计算
式中 Δ σ s ——钢管的应力重分布值；
Δ σ c ——混凝土的应力重分布值；
——加载时混凝土的应力值。
第二种方法，对于轴心受压构件，采用钢筋混凝土的分析思路来进行分析。即将钢管等效为一根处于混凝土截面中心的钢筋，设混凝土的徐变（不受钢筋约束的情况下）为Δ ε 0c 。由于受到黏结钢筋的约束，在钢筋水平处的混凝土实际徐变应变为Δ ε s ，经过推导得到：
钢管的重分布应力为
混凝土的重分布应力为
也可得到新的考虑钢管约束的徐变系数
第一种方法特点是计算钢管的重分布应力比较准确，第二种方法特点是计算钢管混凝土的混凝土徐变增量方面比较准确。总体而言，第一种方法精度更高、更可靠，因此，推荐采用第一种方法中的徐变系数进行桥梁计算分析。
通过大量模型试验，确定钢管混凝土徐变影响与轴压比的关系，提出钢管混凝土徐变折减系数。对于钢管混凝土轴压比 e / r c ≤0.3的偏压构件，将组合强度设计值乘以徐变折减系数 K c （表2-2），表内中间值采用插入法求得。
表2-2 徐变折减系数 K c 值
当表：2-2不能满足计算要求时，也可按下列公式计算
（1）当 m ≤0.4时
（2）当0.4＜ m ≤1.2时
（3）当 m ＞1.2时
其中： l ＝ ξ 0.05 ； m ＝ λ /100； n ＝（1＋ e / r ） -2 ， e 为荷载偏心距， r ＝ D /2。
通过对钢管混凝土构件在不同含钢率、偏心率下的徐变特性研究表明：含钢率越大，构件徐变越小；外荷载越大，构件徐变越大；偏心率越大，构件徐变越大，且在小偏心受压状态下，徐变随偏心率增大的速率大于大偏心受压状态下徐变随偏心率增大的速率；在构件截面积相同的情况下，随着含钢率的增大，徐变引起的钢管与钢管内混凝土的应力重分布影响将有所减小。含钢率、偏心率对钢管混凝土构件的徐变影响在计算公式中同样有体现：对于参数计算方法，徐变系数计算中参数 k 即含钢率的体现， k 越大，构件徐变越小；对于分段常数计算法，徐变折减系数计算公式中 l 、 n 也分别体现了含钢率和偏心率的影响。总的来说，在进行钢管混凝土结构设计的时候，从徐变引起的截面应力重分布方面考虑时，应提高构件的含钢率，减少徐变效应。
对于钢管混凝土的脱空表现，在实验室中制备的试件与实际桥梁结构是有所不同的。实验室内研究钢管混凝土短柱的工作性能时，制作的试件短，在灌注混凝土时，将钢管杆件竖直放置，并使用振捣器将钢管混凝土振捣密实，养护时一般为竖直状态养护，所以，在实验室内能够较好地保证钢管与混凝土结合密实，即使有脱空，其量值也较小。但是，在实际工程中，钢管混凝土的钢管内灌注的混凝土方量较大，钢管可能处于竖直、倾斜和水平等状态，为确保可灌性，往往要采用高流动性自密实混凝土，同时，受到现场原材料控制、施工工艺、环境影响、组织管理等复杂因素的影响，实际工程的钢管混凝土总是存在不同程度脱空现象。因此，钢管混凝土桥梁设计计算时，考虑管内混凝土收缩导致的钢管混凝土脱空现象对承载能力的影响是更客观、更准确、更安全的要求。
通过实际钢管混凝土桥梁工程检测数据分析，钢管混凝土桥梁不同结构部位的脱空类型各不相同，各类脱空缺陷总结起来包括：局部凹陷脱空、球冠形脱空、月牙球冠形脱空、半圆周边脱空和周边脱空等，如图2-3所示。而对于钢管混凝土拱桥的主拱、钢管混凝土桁梁桥的主梁等水平和倾斜钢管混凝土，脱空缺陷主要表现为球冠形脱空和月牙球冠形脱空；对于钢管混凝土桥墩（塔）等竖直钢管混凝土，脱空缺陷主要表现为局部周边脱空。
图2-3 钢管混凝土各类脱空示意
模拟桥梁工程钢管混凝土脱空形态，经过物理模型分析研究，提出了球冠形脱空和周边脱空两种缺陷状态，并确定不同脱空缺陷量值开展模型设计和试验研究。经过脱空缺陷的模型试验研究，揭示了钢管混凝土脱空影响规律。
球冠形脱空构件的破坏过程总体上和无脱空构件较为接近，两者在达到峰值荷载前的弹性及弹塑性阶段，刚度十分接近，且达到峰值荷载前都未有明显破坏现象，超过峰值荷载后荷载下降，构件轴向变形增大，局部鼓区明显，整体挠度增大；均匀脱空构件的破坏过程则与无脱空构件有较大差别，其达到极限承载能力时，管内混凝土被压碎，荷载下降明显，随后管内压碎的混凝土和钢管内壁发生接触，在钢管对混凝土约束效应作用下，构件的荷载又缓慢回升。两类脱空构件的轴向荷载轴向位移（ N-Δ ）曲线如图2-4所示。
图2-4 脱空构件的轴向荷载轴向位移（ N-Δ ）曲线
球冠形脱空对于钢管混凝土构件的初始弹性抗弯刚度的影响较小，而对于构件割线刚度的影响则较为显著；在脱空率相同的情况下，均匀脱空对于钢管混凝土构件极限承载能力和刚度的影响较球冠形脱空更为显著。
钢管混凝土脱空率的大小对钢管混凝土极限承载能力的影响是不同的，其影响规律符合高次抛物线，当钢管混凝土脱空率小于0.6％时，其对钢管混凝土刚度和极限承载能力的影响是很小的，可以忽略不计；当钢管混凝土脱空率大于0.6％时，钢管内混凝土支撑钢管的作用减弱，对钢管混凝土承载能力和刚度影响较大。
《公路钢管混凝土拱桥设计规范》规定：钢管混凝土承载能力极限状态验算时，应计入钢管内混凝土脱空影响，脱空折减系数 K d 取值0.95，并符合下列要求：①当钢管混凝土球冠形脱空率大于0.6％，或脱空高度大于5 mm时，应对钢管内混凝土脱空缺陷进行修补灌注；②钢管混凝土拱圈不得出现周边均匀型脱空的缺陷。
此外，钢管混凝土脱空对承载能力的影响，还与钢管混凝土的脱空率、脱空形式、套箍系数、钢管壁厚、混凝土强度、长细比等因素有关。
钢管混凝土桥梁是一种典型的自架设体系桥梁，这正是钢管混凝土桥梁的优越性之一。在形成钢管混凝土桥梁之前，空钢管已被安装架设成结构，成为随后继续施工的外露支架，承受自重和管内混凝土重量，不可避免地产生钢管初始应力。通常将形成钢管混凝土结构前，空钢管中存在的应力称为钢管初应力 δ ，并用 β 表示初应力占钢材屈服应力 f 的比例，即 β ＝ δ / f ，称为初应力系数。由于钢管存在初应力，钢管混凝土工作性能发生了变化。
模型试验研究表明，初应力对钢管混凝土构件的极限承载能力和变形的影响不可忽视，特别是大跨度和高墩（塔）的钢管混凝土结构，非线性对承载能力的影响显著，在计算考虑初应力后的钢管混凝土主拱、主梁、桥墩（塔）承载能力时，其稳定系数应进行材料和几何双重非线性分析。
钢管混凝土桥梁在相同跨径、不同含钢率 α 下，钢管混凝土承载能力影响系数 K p 随钢管初应力系数 β 的变化规律为： K p 随 β 的增大而减小。但在相同跨径下，含钢率 α 变化引起的承载能力影响系数 K p 差异不大。对不同的含钢率，随着含钢率增大钢管混凝土承载能力相应增大，这是由于随着含钢率的增加，钢管套箍混凝土的能力越强，同时钢管更多地承担了外力的缘故。但不论何种初应力系数，承载能力降低的趋势是一致的。根据钢管混凝土桥梁承载能力影响系数 K p 在相同含钢率、不同初应力系数下的变化规律表明，随着含钢率 α 的增大，钢管混凝土承载能力影响系数 K p 随初应力系数增加而减小。工程上常以钢管初应力引起的承载能力下降不超过10％为界限，其初应力系数 β 应控制在0.3。
根据已有研究，选择钢管混凝土拱桥为分析对象，研究初应力对钢管混凝土主拱极限承载能力的影响，并据此建立钢管混凝土桥梁初始应力影响的计算方法。
初应力对哑铃形钢管混凝土主拱承载能力的影响与初应力系数呈正比，但降低幅度没有单肢钢管混凝土大。主拱跨径越大，承载能力影响系数 K p 越小，即承载能力降低越小，这也是材料、几何非线性共同作用的结果。在初应力系数相同的条件下，不同跨径哑铃形主拱的承载能力随含钢率 α 增大几乎呈线性增加，这与单肢钢管混凝土的规律是一致的。钢管内混凝土不同灌注顺序对哑铃形拱桥承载能力也有影响，但对拱桥承载能力影响系数 K p 的影响很小，可以忽略不计，且在 β ＝0.6时， K p ≥0.9。
初应力四肢桁式钢管混凝土主拱承载能力降低，其降低趋势与哑铃形拱桥相似，即与初应力系数近似成直线降低，降低幅度也没有单肢钢管混凝土大。大跨径钢管混凝土拱桥主拱承载能力影响中，几何非线性占有很大比例，初应力系数对承载能力影响不是十分显著，同时受到钢管初应力施加方式的影响，实际钢管截面应力是偏大的，因此，仍可把初应力系数控制在0.6。在初应力系数相同的条件下，不同跨径拱桥主拱的承载能力随含钢率 α 增大几乎呈线性增加，这与单肢和哑铃形钢管混凝土拱桥的规律是一致的。
另外，通过对单肢钢管混凝土和哑铃形、四肢格构型钢管混凝土拱桥考虑钢管初应力的极限承载能力分析，应用回归分析法得到了承载能力影响系数计算公式。
单肢钢管混凝土用回归分析法求出的承载能力影响系数 K p ＝1.0-0.168 0 β -0.287 5 β 2 。回归分析后的结果与理论计算值吻合良好，除个别点误差在5％以外，其余均小于5％。考虑钢管初应力对极限承载能力影响的分析计算，单肢钢管混凝土初应力系数 β 应控制在0.3。
哑铃形钢管混凝土拱桥与单肢钢管混凝土拱桥相似，用回归分析法求出的承载能力影响系数 K p ＝1.0-0.142 9 β 。考虑钢管初应力对极限承载能力影响的分析计算，哑铃形钢管混凝土拱桥初应力系数 β 控制在0.6。
四肢格构型钢管混凝土拱桥与单肢和哑铃形钢管混凝土拱桥类似，用回归分析法求出的承载能力影响系数 K p ＝0.948-0.114 8 β 。四肢格构型钢管混凝土拱桥初应力系数 β 控制在0.6。
通过对单肢钢管混凝土构件、哑铃形和四肢格构型钢管混凝土拱桥在不同初应力系数、不同含钢率、不同跨径下的承载能力的研究表明：
（1）初应力对单肢钢管混凝土构件承载能力影响最大，哑铃形截面次之，四肢格构型截面影响最小。
（2）以拱桥承载能力降低控制在10％为界限，单肢初应力系数应控制在0.3，哑铃形和四肢格构型拱初应力系数控制在0.6。这也表明，目前我国钢管混凝土桥梁设计中把初应力系数控制在0.6是合适的，不会对钢管混凝土承载能力产生很大影响。
（3）在开展初应力对钢管混凝土拱桥承载能力计算时，必须考虑几何非线性的影响，即应同时按材料非线性和几何非线性分析，否则结果偏大。
关于初应力的影响，《公路钢管混凝土拱桥设计规范》规定如下：钢管混凝土钢管初始应力大于0.35 f ，且小于0.6 f 时，应按以下计算公式计入初始应力对钢管混凝土极限承载能力的影响：
其中
式中 ω ——钢管初应力度， ω 不宜超过0.65；
σ 0 ——钢管初应力，取拱圈钢管截面初应力的最大值；
f sk ——钢材的强度标准值。
试验研究表明，初应力对钢管混凝土刚度的影响大于对钢管混凝土承载能力的影响，拱圈预拱度计算时采用修正系数。
钢管混凝土拱圈应设置预拱度，计算预拱度值为恒载累计变形、钢管混凝土徐变挠度和1/2恒活载挠度之和；预拱度线形考虑非线性影响后，按下列公式计算
式中 δ s ——拱圈设计预拱度值；
δ j ——拱圈计算预拱度值；
K y ——预拱度非线性修正系数，主跨50~100 m，取1.05；主跨100~150 m，取1.11；主跨150~220 m，取1.16；主跨220~340 m，取 1.20；主跨大于340 m，取1.25。
对于小跨度拱桥，未做预拱度计算时，主拱预拱度宜设置在
范围内。
选择钢管混凝土拱桥初始应力对极限承载能力影响研究，建立的计算方法，经过分析和类比试验研究，同样适用于钢管混凝土主桁梁、钢管混凝土桥墩（塔），其计算值与桥梁实测数据的均方差、离散系数等满足可靠度理论的要求。
钢管混凝土是钢管与混凝土构成的组合结构，两种材料强度、延性、结构机理不同，采用钢管混凝土建造的桥梁，在建设和使用过程中，叠加施工和载荷作用，存在力学性能不协调、不同步等异向分散特性。模型和实桥研究表明，钢管混凝土拱桥主拱、钢筋混凝土成拱的劲性骨架、钢管混凝土组合桥墩（塔）受压的全过程，其几何和材料非线性影响显著，根据研究现提出钢管混凝土承载能力非线性影响计算方法。
考虑到在实际工程条件中，不可避免地存在钢管初始应力和管内混凝土脱空的问题，钢管初始应力和管内混凝土脱空对钢管混凝土构件的刚度和极限承载力有影响。因此，通过理论计算和模型试验验证，基于钢管混凝土“容限脱空统一理论”，对其组合弹性模量以及应力-应变曲线进行0.85的折减，如图2-5所示。另外，由于施工安装误差的存在，计算中还应引入结构“初始缺陷”对安装误差进行模拟分析。
图2-5 修正后 σ-ε 关系曲线
在钢管混凝土受压构件的稳定极限承载能力有限元分析中，极限荷载的确定方法不同，可能也会导致计算结果有所不同。在双重非线性分析时，可认为当材料的切线弹性模量小于或等于0时，结构被压溃，计算中断，此阶段的荷载作为极限荷载。在切线弹性模量小于或等于0计算中断之前，可能曲线已经出现“拐点”，之后的曲线出现了平坦或反转段，甚至是曲线点徘徊，如图2-6所示。根据位移荷载曲线，可按以下几种情况来确定极限荷载（或荷载系数）：
（1）曲线转折点，当曲线经过转折点后，斜率大幅下降。曲线表明，当外荷载增加很少的情况下，钢管混凝土受压构件的位移急剧增大，说明拱实际上已经被压溃。
（2）曲线反转点，当曲线经过反转点后，位移转向反方向。当外荷载作用下，钢管混凝土受压构件上某点的位移沿一个方向移动，突然位移转向另一个方向，表明钢管混凝土受压构件出现失稳。
（3）曲线徘徊点，当曲线经过徘徊点后，荷载增加微小，位移也增加微小，在一个很小的区段内，出现很多曲线点。说明钢管混凝土受压构件已经不能继续承受更大的荷载，有限元程序反复在一个小区域内搜索有效解。
图2-6 极限荷载特征点