鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)、施工與養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究項(xiàng)目可行性建議書(shū)

鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)、施工與養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究項(xiàng)目可行性建議書(shū)1項(xiàng)目的背景和必要性11項(xiàng)目概況拱橋是一種以受壓為主的結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用抗壓強(qiáng)度高抗拉強(qiáng)度低的圬工材料修建當(dāng)?shù)鼗鶙l件較好時(shí)這種由自重產(chǎn)生的廉價(jià)的對(duì)結(jié)構(gòu)的壓力具有很大的經(jīng)濟(jì)性拱橋的適用跨徑范圍較大從幾十米到三四百米甚至更大在山區(qū)深溝峽谷庫(kù)區(qū)等地形條件下大跨拱橋能避免高墩或高塔的建造單跨拱橋不需要象連續(xù)梁斜拉橋那樣用邊跨來(lái)平衡主跨因此具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力長(zhǎng)期以來(lái)圬工和鋼筋混凝土拱橋在我國(guó)得到廣泛的應(yīng)用尤其在西南山區(qū)的公路建設(shè)中然而圬工和鋼筋混凝土拱橋的自重較大無(wú)支架施工困難等限制了其跨徑的發(fā)展隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展勞動(dòng)力價(jià)格的提高和建筑材料供應(yīng)的充分與價(jià)格的相對(duì)下降拱橋的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)先進(jìn)性日益受到其它橋型的挑戰(zhàn)1990年代我國(guó)在西南地區(qū)開(kāi)始了將鋼管混凝土應(yīng)用于拱橋的實(shí)踐1990年第一座鋼管混凝土拱橋--四川旺蒼東河大橋建成此后這種橋型在我國(guó)的公路建設(shè)中得到大量的應(yīng)用與發(fā)展據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)已建和在建的鋼管混凝土拱橋已達(dá)200余座已建成跨徑最大的是廣州丫髻沙大橋主跨360m在建跨徑最大的是重慶巫峽長(zhǎng)江大橋主跨凈跨460m鋼管混凝土將鋼材和混凝土有機(jī)地結(jié)合在一起在受力方面一方面借助內(nèi)填混凝土提高鋼管壁耐側(cè)壓穩(wěn)定性另一方面通過(guò)鋼管對(duì)混凝土的緊箍力作用提高核心混凝土的承載力因此兩種材料優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)材料得到充分的利用在施工方面空鋼管架設(shè)吊裝重量輕工廠化程度高又可作為施工支架和內(nèi)填混凝土的模板施工用鋼量省而且工廠化工業(yè)化水平高加快了施工的速度由于在材料性能和施工方法上的優(yōu)越性將其應(yīng)用于以受壓為主的拱橋之中是十分合理它對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)節(jié)約材料減輕自重提高跨越能力方便施工縮短工期都有著積極的意義在國(guó)外本世紀(jì)的30年代前蘇聯(lián)曾建造了兩座鋼管混凝土拱橋此后未有此類橋梁建設(shè)的報(bào)道我國(guó)鋼管混凝土拱橋近期的迅速發(fā)展已引起了國(guó)際橋梁界的注意近些年國(guó)外有個(gè)別拱橋應(yīng)用了鋼管混凝土材料如法國(guó)的Autrenas橋跨徑56m美國(guó)的ColumbusGateway拱橋等但這些橋只是在拱腳部分應(yīng)用了鋼管混凝土材料在設(shè)計(jì)上將其視為鋼拱橋與我國(guó)的鋼管混凝土拱橋相比無(wú)論在設(shè)計(jì)理論結(jié)構(gòu)型式還是施工工藝與技術(shù)上均有很大的不同然而由于我國(guó)正處于交通基礎(chǔ)設(shè)施與市政工程設(shè)施建設(shè)的高峰鋼管混凝土拱橋的應(yīng)用發(fā)展迅猛對(duì)于鋼管混凝土拱橋的結(jié)構(gòu)受力性能施工工藝和要求等方面還處于探討過(guò)程之中仍有許多課題研究有待進(jìn)行更為重要的是我國(guó)迄今為止還沒(méi)有專門(mén)的鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與施工規(guī)范給工程應(yīng)用帶來(lái)困難也制約了鋼管混凝土拱橋的健康發(fā)展此外我國(guó)的鋼管混凝土拱橋修建雖然時(shí)間不長(zhǎng)但已有一些橋梁暴露出使用與養(yǎng)護(hù)上的一些問(wèn)題如懸吊橋面系的整體性較差吊桿的安全性與養(yǎng)護(hù)鋼管拱肋的防腐等隨著時(shí)間的推移其養(yǎng)護(hù)問(wèn)題可能更加突出因此鋼管混凝土拱橋使用管理與養(yǎng)護(hù)方面的研究也應(yīng)及早開(kāi)展鋼管混凝土拱橋最早從我國(guó)的西南發(fā)展起來(lái)我國(guó)西南地處山區(qū)適合于修建拱橋鋼管混凝土拱橋是在我國(guó)經(jīng)過(guò)廣大橋梁工作者對(duì)拱橋輕型化現(xiàn)代化的大量探索之后找到的一種新型拱橋結(jié)構(gòu)由于它適合我國(guó)生產(chǎn)力鋼產(chǎn)量不斷提高對(duì)施工工期要求短對(duì)橋梁審美要求提高的國(guó)情在適合條件下具有良好的綜合經(jīng)濟(jì)效益因此鋼管混凝土拱橋一經(jīng)出現(xiàn)很快就向全國(guó)發(fā)展近年來(lái)在西北地區(qū)的交通建設(shè)中鋼管混凝土拱橋也日益顯示出其強(qiáng)大的生命力因此鋼管混凝土拱橋已經(jīng)在也還將繼續(xù)在西部地區(qū)交通建設(shè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用對(duì)鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)施工和養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展研究是非常必要的鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)施工與養(yǎng)護(hù)關(guān)健技術(shù)研究主要內(nèi)容包括1鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)體系的研究1鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)體系研究2鋼管混凝土拱肋結(jié)構(gòu)與構(gòu)造研究3橋面結(jié)構(gòu)與構(gòu)造研究2鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論及設(shè)計(jì)方法的研究1鋼管混凝土拱橋極限承載力的研究2鋼管混凝土拱橋正常使用極限狀態(tài)受力的研究3鋼管混凝土拱橋溫度收縮徐變問(wèn)題研究3鋼管混凝土拱橋施工及施工控制技術(shù)的研究1鋼管拱肋加工制作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究2鋼管拱肋架設(shè)技術(shù)方法的研究3管內(nèi)高性能混凝土的研究4施工控制技術(shù)的研究4鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究1既有鋼管混凝土拱橋的現(xiàn)狀調(diào)查及養(yǎng)護(hù)改造技術(shù)的研究2新建鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護(hù)技術(shù)的研究3鋼管混凝土拱橋健康診斷及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究12項(xiàng)目研究目的本項(xiàng)目將在鋼管混凝土拱橋大量應(yīng)用及已進(jìn)行的各種研究成果的基礎(chǔ)上抓住鋼管混凝土拱橋理論與應(yīng)用中關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題和在西部地區(qū)應(yīng)用的特點(diǎn)選取典型的工程作為分析對(duì)象對(duì)鋼管混凝土拱橋的結(jié)構(gòu)體系構(gòu)造型式及受力性能進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究對(duì)各種結(jié)構(gòu)體系提出合理的構(gòu)造型式與應(yīng)用范圍提出實(shí)用的鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)計(jì)算理論實(shí)用算法及應(yīng)用程序提出鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)指南以指導(dǎo)應(yīng)用對(duì)鋼管拱肋制作工藝及質(zhì)量控制鋼管拱肋的架設(shè)技術(shù)及施工控制技術(shù)管內(nèi)混凝土質(zhì)量檢測(cè)與控制技術(shù)施工控制技術(shù)等進(jìn)行研究編寫(xiě)鋼管混凝土拱橋施工指南以指導(dǎo)施工對(duì)鋼管混凝土拱橋的使用管理與養(yǎng)護(hù)技術(shù)及健康診斷與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行研究新建橋梁從建設(shè)開(kāi)始就能為將來(lái)的使用與養(yǎng)護(hù)考慮對(duì)于已建橋梁提出合理的使用管理與養(yǎng)護(hù)改造方案提出鋼管混凝土拱橋健康診斷經(jīng)濟(jì)實(shí)用的技術(shù)及安全評(píng)定方法編寫(xiě)鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護(hù)手冊(cè)以最大限度地發(fā)揮鋼管混凝土拱橋的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益結(jié)合典型工程通過(guò)研究形成比較完善的適合西部應(yīng)用的鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)施工與養(yǎng)護(hù)成套技術(shù)并為鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)規(guī)范和施工規(guī)范的制定打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)使這種橋型在我國(guó)的西部交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中發(fā)揮更大更好的作用同時(shí)它對(duì)解決我國(guó)當(dāng)前鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)施工與養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵問(wèn)題促進(jìn)鋼管混凝土拱橋的科技進(jìn)步降低工程造價(jià)提高結(jié)構(gòu)安全性具有重要意義將取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益13市場(chǎng)需求前景交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是我國(guó)西部開(kāi)發(fā)的重要內(nèi)容之一橋梁是交通基礎(chǔ)設(shè)施中的關(guān)鍵內(nèi)容因此在西部地區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中必將修建大量的公路鐵路和市政工程橋梁鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)形式多樣適用范圍廣經(jīng)濟(jì)跨徑從幾十米到二三百米最大跨徑已達(dá)460米我國(guó)西部地區(qū)多處于河流的上流大河水面寬度以二三百米為多兩岸地勢(shì)陡峭地質(zhì)條件較好時(shí)可以用有推力的鋼管混凝土拱橋一跨跨越對(duì)于其它情況其主跨也可以采用鋼管混凝土拱橋據(jù)2002年11月人民交通出版社出版的《鋼管混凝土拱橋?qū)嵗弧分械淖钚陆y(tǒng)計(jì)不完全統(tǒng)計(jì)已建成的鋼管混凝土拱橋中有40建于西部地區(qū)目前西部在建的大型鋼管混凝土拱橋有廣西南寧永和大橋跨徑為338m重慶市巫山縣巫峽長(zhǎng)江大橋主跨凈跨徑460m蘭州雁鹽黃河大橋三跨一聯(lián)8712787m湖南省永順縣王村大橋主跨凈跨徑為200m等其中重慶市巫山縣巫峽長(zhǎng)江大橋建成后是我國(guó)也是世界上跨徑最大的鋼管混凝土拱橋因此在西部交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)之中鋼管混凝土拱橋的應(yīng)用有著廣闊的前景本項(xiàng)目的研究對(duì)我國(guó)西部交通建設(shè)有著十分重大的意義14達(dá)到的技術(shù)水平鋼管混凝土拱橋是一種適合于中國(guó)國(guó)情的橋梁結(jié)構(gòu)形式國(guó)外此類橋梁修建甚少因此其研究工作開(kāi)展也極少國(guó)內(nèi)雖然鋼管混凝土拱橋修建了較多但是以針對(duì)具體橋梁的個(gè)案問(wèn)題的研究為主許多問(wèn)題還未涉及一些問(wèn)題雖開(kāi)展了研究但不深入更缺乏對(duì)鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)施工和養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展過(guò)系統(tǒng)的研究本項(xiàng)目聯(lián)合了國(guó)內(nèi)多家在鋼管混凝土拱橋應(yīng)用與研究方面具有相當(dāng)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)科研高等院校等單位進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)有望使我國(guó)鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)施工和養(yǎng)護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題上取得一些重大的突破取得較為系統(tǒng)的研究成果使鋼管混凝土拱橋的技術(shù)躍上一個(gè)新的臺(tái)階研究成果將達(dá)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平或國(guó)際先進(jìn)水平15在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用西部開(kāi)發(fā)是我國(guó)實(shí)現(xiàn)地區(qū)平衡發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略舉措開(kāi)發(fā)西部首先必須解決公路交通等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)問(wèn)題如前所述鋼管混凝土拱橋是一種適合我國(guó)西部地區(qū)應(yīng)用的橋型因此本項(xiàng)目對(duì)鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)施工與養(yǎng)護(hù)關(guān)健技術(shù)問(wèn)題的研究對(duì)充分發(fā)揮科技創(chuàng)新在西部交通建設(shè)中的作用對(duì)西部交通建設(shè)中充分發(fā)揮投資效益實(shí)現(xiàn)西部地區(qū)交通的跨越式發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)將改善西部地區(qū)的交通狀況促進(jìn)西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速地發(fā)展同時(shí)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)本身投資巨大它將直接刺激建設(shè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)拉動(dòng)其經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)大量鋼管混凝土拱橋的修建將帶動(dòng)相關(guān)的冶金建材建筑等行業(yè)的發(fā)展因此本項(xiàng)目的研究對(duì)于西部經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也將有十分積極的作用鋼管混凝土拱橋在西部地區(qū)以外的我國(guó)廣大地區(qū)也都有著大量的應(yīng)用本項(xiàng)目的研究對(duì)于我國(guó)其它地區(qū)的鋼管混凝土拱橋的應(yīng)用也有著重要的理論意義與應(yīng)用價(jià)值它對(duì)促進(jìn)我國(guó)橋梁建設(shè)的技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也具有相當(dāng)重要的意義2項(xiàng)目前期科研及工作基礎(chǔ)21對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀研究水平和發(fā)展趨勢(shì)的分析與評(píng)價(jià)雖然最早的鋼管混凝土拱橋出現(xiàn)在本世紀(jì)30年代的前蘇聯(lián)近年來(lái)國(guó)外有個(gè)別拱橋應(yīng)用了鋼管混凝土材料但國(guó)外對(duì)鋼管混凝土拱橋的研究開(kāi)展甚少在設(shè)計(jì)上多將其視為鋼拱橋1目前國(guó)內(nèi)研究已取得的成果隨著鋼管混凝土拱橋應(yīng)用推廣我國(guó)對(duì)鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)理論與施工技術(shù)研究已取得了一定的成果許多大跨徑鋼管混凝土拱橋建設(shè)項(xiàng)目中都列有為保證橋梁順利建成所進(jìn)行的應(yīng)用研究積累了相當(dāng)?shù)膶?shí)測(cè)資料和個(gè)案研究成果一些科研院所和高校也開(kāi)展了鋼管混凝土拱橋方面的研究[1][2]在單圓管的面內(nèi)面外受力全過(guò)程和雙重非線性有限元分析方面[3]-[5]在鋼管混凝土拱的溫度影響方面[6]在鋼管拱千斤頂鋼鉸線斜拉扣掛懸拼技術(shù)及合攏松索技術(shù)[7][8]轉(zhuǎn)體施工技術(shù)[9]等方面均已取得階段性的成果此外在管內(nèi)混凝土收縮徐變問(wèn)題桁式結(jié)點(diǎn)疲勞問(wèn)題鋼管混凝土拱橋的動(dòng)力性能及抗震抗風(fēng)問(wèn)題鋼管防腐問(wèn)題等方面也開(kāi)展了一些研究1999年以前的研究成果在《鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與施工》[1]一書(shū)中得到了較為集中的反映2002年出版的《鋼管混凝土拱橋?qū)嵗弧穂2]的第一章對(duì)迄今為止的鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)理論進(jìn)展與施工問(wèn)題研究進(jìn)行了綜述該書(shū)還給出了十一座有代表性的鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)施工科研的較詳細(xì)的介紹《橋梁計(jì)算示例集拱橋第二版》[10]中新增了鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例《公路施工手冊(cè)橋涵第二版》[11]也增加了鋼管混凝土拱橋的施工內(nèi)容在標(biāo)準(zhǔn)方面新修訂的《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范JTJ-41-2000》[12]增加了鋼管混凝土拱橋的內(nèi)容《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)JTJ-071-97》[13]也對(duì)原標(biāo)準(zhǔn)071-94中有關(guān)鋼管混凝土拱橋的內(nèi)容進(jìn)行了修訂此外由重慶交通科學(xué)研究院主編的交通部規(guī)范《鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)規(guī)范》《鋼管混凝土拱橋施工技術(shù)規(guī)范》于2001年6月在廣西南寧召開(kāi)了統(tǒng)稿會(huì)議正在緊張制定之中其中《鋼管混凝土拱橋施工技術(shù)規(guī)范》正在對(duì)征求意見(jiàn)稿的返回意見(jiàn)進(jìn)行修改2結(jié)構(gòu)體系研究方面存在的主要問(wèn)題鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)形式多樣適用范圍廣這些結(jié)構(gòu)形式的受力特點(diǎn)各不相同適應(yīng)條件也不一樣對(duì)鋼管混凝土拱橋的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行系統(tǒng)的研究探索各種結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)對(duì)各種結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行優(yōu)化提出適合于西部地區(qū)應(yīng)用的橋型這些工作迄今未見(jiàn)研究報(bào)道鋼管混凝土拱橋中出現(xiàn)了一些新型的結(jié)構(gòu)如下承式剛架系桿拱帶雙懸臂半拱的中承式剛架系桿拱這種采用高強(qiáng)拉索平衡拱的推力的新型結(jié)構(gòu)其各組成結(jié)構(gòu)的合理構(gòu)造具體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)計(jì)算特點(diǎn)等方面針對(duì)具體橋梁的設(shè)計(jì)探索進(jìn)行得較多上升到理論高度的研究很少[14]鋼管混凝土拱橋的拱肋截面按管的根數(shù)可分為單管雙管三管四管和六管單管截面用于跨徑不大的鋼管混凝土拱橋?qū)螆A管截面的鋼管混凝土拱橋的研究也取得了可喜的進(jìn)展因此單圓管截面不作為此次研究的重點(diǎn)雙管截面以豎啞鈴形為主有個(gè)別為雙管桁式的鋼管混凝土拱橋中有相當(dāng)部分采用啞鈴形截面跨徑從幾十米到160m以100m附近為多啞鈴形截面的極限承載力的計(jì)算雖然一些研究人員進(jìn)行了探討但不同研究提出的計(jì)算方法理論各異結(jié)果相差很大且迄今未見(jiàn)有關(guān)試驗(yàn)研究因此這些計(jì)算方法孰優(yōu)孰劣無(wú)從判斷此外啞鈴形截面在灌注腹腔內(nèi)混凝土?xí)r常發(fā)生爆管事故[15]因此對(duì)其施工受力分析提出合理的施工措施以及從結(jié)構(gòu)構(gòu)造上的改進(jìn)是本次研究的一個(gè)重要內(nèi)容桁式拱肋能夠采用較小的鋼管直徑取得較大的縱橫向抗彎剛度且桿件以受軸向力為主能夠充分發(fā)揮材料的特性對(duì)跨徑超過(guò)100m的鋼管混凝土拱橋桁肋是一個(gè)比較合適的截面形式桁式截面中三管和六管截面應(yīng)用較少四管截面應(yīng)用最多四管截面還可以根據(jù)橫向兩根鋼管之間的聯(lián)系方式分為橫啞鈴形全桁式以及組合式桁式拱肋是由鋼管混凝土弦桿與腹桿平聯(lián)一般為空鋼管焊接而成的桁式結(jié)構(gòu)管接頭的焊接質(zhì)量與抗疲勞性能是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵[16]由于桁式截面適用于跨徑較大的鋼管混凝土拱橋因此桁式截面是本項(xiàng)研究的重點(diǎn)我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)受經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)條件的限制鋼橋修建相對(duì)較少尤其在公路橋梁中在鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)中鋼管作為鋼結(jié)構(gòu)的一種有許多結(jié)構(gòu)構(gòu)造方面的問(wèn)題值得研究比如拱肋管接頭橫撐的構(gòu)造吊裝接頭合攏接頭等目前這方面研究開(kāi)展得也不多特別值得指出的是大跨度鋼管混凝土拱采用的桁肋是一種管結(jié)構(gòu)這種管結(jié)構(gòu)過(guò)去在我國(guó)的橋梁中幾乎沒(méi)有什么應(yīng)用因此對(duì)于管結(jié)構(gòu)的合理的結(jié)點(diǎn)形式抗疲勞性能等等都有待我們的研究我國(guó)過(guò)去修建的拱橋多為上承式拱橋而鋼管混凝土拱橋中中下承形式應(yīng)用較多這些中下承拱橋中下承部分橋面系的構(gòu)造形式吊桿構(gòu)造與拱肋的關(guān)系伸縮縫的設(shè)置等問(wèn)題已進(jìn)行了一些可貴的探索但也還缺乏深入系統(tǒng)的研究已有一些橋梁在橋面系的使用中暴露出一些問(wèn)題如橋面系振動(dòng)較大吊桿生銹與更換困難下承部分橋面板小支座脫落且更換困難等等我國(guó)的鋼管混凝土拱橋的橋面系結(jié)構(gòu)除少數(shù)的拱梁組合橋的橋面系以縱梁為主外絕大多數(shù)沿襲了上承式鋼筋混凝土拱橋的梁式拱上建筑的構(gòu)造形式它以橫梁為主結(jié)構(gòu)將橫梁設(shè)置于立柱上或吊桿下然后縱向鋪設(shè)橋面板梁這種橋面系不參與總體受力屬于局部受力傳力結(jié)構(gòu)在中下承式拱橋中由于橫梁之間縱向聯(lián)系很弱因此其整體性較差剛度也較小橋面振動(dòng)較為厲害此外這種缺乏整體性的下承橋面系一旦吊桿破斷將造成嚴(yán)重的后果因此如何從結(jié)構(gòu)與構(gòu)造方面提高鋼管混凝土拱橋橋面系的整體性與剛度是鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)體系中研究中應(yīng)該引起重視的一個(gè)問(wèn)題另一方面鋼管混凝土拱橋由于拱肋截面的輕型化使得橋面系在恒載中所占的比例上升橋面系的輕型化問(wèn)題就顯得十分突出鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)是鋼管混凝土拱橋中常用的橋面結(jié)構(gòu)形式怎樣根據(jù)具體橋梁的橋?qū)挊蛄航Y(jié)構(gòu)形式施工方法選擇合適的橫梁結(jié)構(gòu)是橋面系結(jié)構(gòu)中要研究的另一個(gè)問(wèn)題此外中下承式拱橋面系與拱肋相接處的構(gòu)造形式伸縮縫的布置等等也都需要進(jìn)一步的研究[14]在我國(guó)的鋼管混凝土拱橋中吊桿和系桿均采用高強(qiáng)鋼絲或鋼鉸線目前已發(fā)現(xiàn)一些橋梁的吊桿與系桿出現(xiàn)生銹的現(xiàn)象甚至銹斷這個(gè)問(wèn)題已引起了橋梁工程界的高度重視如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出更適合于鋼管混凝土拱橋應(yīng)用的吊桿與系桿及錨固構(gòu)造與產(chǎn)品也需要進(jìn)行研究3設(shè)計(jì)理論及設(shè)計(jì)方法方面存在的主要問(wèn)題盡管我國(guó)在鋼管混凝土拱橋的應(yīng)用與研究方面取得了一些成果但由于交通部目前還沒(méi)有鋼管混凝土拱橋相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)與計(jì)算多沿用鋼筋混凝土拱橋的規(guī)范同時(shí)參考鐵路鋼橋和建筑行業(yè)的有關(guān)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)程因此在設(shè)計(jì)與計(jì)算中缺乏科學(xué)的理論體系存在著一定的盲目性導(dǎo)致設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果有些偏于不安全有些則偏于不經(jīng)濟(jì)鋼管混凝土單圓管構(gòu)件已進(jìn)行了大量的研究然而這些研究主要以房屋建筑中的柱子為研究對(duì)象針對(duì)鋼管混凝土拱橋的構(gòu)件研究還不多由于鋼管混凝土拱橋施工時(shí)首先架設(shè)鋼管拱肋灌注管內(nèi)混凝土后再上后期的恒載因此鋼管的初應(yīng)力問(wèn)題比房建中的柱子要嚴(yán)重得多鋼管的受力初應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響是一個(gè)有等研究的問(wèn)題還有鋼管與管內(nèi)混凝土的聯(lián)合作用問(wèn)題實(shí)際結(jié)構(gòu)中混凝土的脫空程度及對(duì)受力的影響現(xiàn)在研究得也不多目前在鋼管混凝土拱肋的強(qiáng)度驗(yàn)算方面多采用容許應(yīng)力法將鋼管混凝土視為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在考慮了施工初應(yīng)力和收縮徐變應(yīng)力后拱腳處的鋼管應(yīng)力往往成為控制設(shè)計(jì)的因素不僅沒(méi)有發(fā)揮鋼管與混凝土的組合作用而且其組合效率連鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)都不如因?yàn)殇摻罨炷敛捎玫氖菢O限狀態(tài)法驗(yàn)算極限承載力即使有些設(shè)計(jì)者和研究者采用極限承載力進(jìn)行驗(yàn)算但對(duì)于我國(guó)現(xiàn)有的三本有關(guān)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)程中國(guó)工程建筑標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》CECS2890國(guó)家建筑材料工業(yè)局標(biāo)準(zhǔn)《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》JCJ01-89電力部《鋼--混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》DL5099-97如何采用也沒(méi)有深入的研究三本規(guī)范由于理論依據(jù)不同在許多方面的計(jì)算方法也不相同計(jì)算結(jié)果也有一定偏差在采用極限承載力進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)應(yīng)如何考慮初應(yīng)力的影響混凝土收縮徐變的影響等等也都有待研究單圓管僅用于跨徑不大的拱橋之中大量的鋼管混凝土拱橋采用的是啞鈴形和桁式拱肋然而鋼管混凝土啞鈴形和桁式拱肋構(gòu)件的試驗(yàn)研究迄今未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道其極限承載力計(jì)算方法是鋼管混凝土拱橋強(qiáng)度驗(yàn)算的基礎(chǔ)因此十分有必要開(kāi)展這方面的研究鋼管混凝土拱肋是由鋼管和管內(nèi)混凝土組成設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)剛度如何取值對(duì)計(jì)算結(jié)果有相當(dāng)?shù)挠绊懸话愣詣偠热≈荡蟪o定拱的計(jì)算內(nèi)力也大因此從內(nèi)力方面來(lái)說(shuō)剛度取值大是偏于安全的而在穩(wěn)定計(jì)算和撓度計(jì)算時(shí)剛度取值大則穩(wěn)定系數(shù)大撓度值小因此在計(jì)算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和撓度時(shí)剛度取值大則計(jì)算結(jié)果是偏于不安全的另外拱肋的剛度主要有抗壓剛度與抗彎剛度二者對(duì)上述計(jì)算的影響也是不同的目前鋼管混凝土拱肋剛度取值問(wèn)題尚未引起人們的注意有關(guān)研究開(kāi)展得很少設(shè)計(jì)時(shí)多數(shù)是簡(jiǎn)單的將鋼管與混凝土剛度進(jìn)行迭加從已進(jìn)行的初步分析看它對(duì)于內(nèi)力計(jì)算是偏于安全的然而對(duì)于穩(wěn)定和撓度計(jì)算則是偏于不安全的而穩(wěn)定和撓度往往會(huì)成為大跨度鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)的主要控制因素目前已有一些橋梁的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)鋼管混凝土拱橋的實(shí)際撓度超過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算值鋼管混凝土拱橋一般為超靜定結(jié)構(gòu)溫度變化會(huì)產(chǎn)生附加內(nèi)力鋼管混凝土拱肋因其材料截面構(gòu)成和施工方法等與其它拱橋不同如何確定溫度變化值已開(kāi)展了初步的研究[6]但還未到實(shí)用階段除線性溫差內(nèi)力外鋼管混凝土還存在著非線性溫差它所產(chǎn)生的自應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能的影響也有特進(jìn)一步的研究除了溫度問(wèn)題外管內(nèi)混凝土的收縮徐變問(wèn)題也是工程界所關(guān)心的問(wèn)題目前這方面的基礎(chǔ)理論與試驗(yàn)研究還不是很多在實(shí)際工程中往往采用普通混凝土的徐變模型或?qū)ζ鋮?shù)進(jìn)行一些修改[17]-[19]而且目前對(duì)管內(nèi)混凝土收縮徐變的研究的重點(diǎn)在于應(yīng)力方面尤其是采用容許應(yīng)力法時(shí)鋼管的應(yīng)力在考慮徐變后的增加導(dǎo)致許多設(shè)計(jì)中鋼管應(yīng)力成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素然而正如前面所述的容許應(yīng)力法存在著偏保守的傾向而另一方面徐變引起結(jié)構(gòu)剛度的下降對(duì)結(jié)構(gòu)變形控制和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定控制的影響沒(méi)有引起工程界和研究人員的足夠重視在動(dòng)力性能方面鋼管混凝土拱肋本身由于具有較好的彈塑性性能剛度較傳統(tǒng)的圬工拱橋和鋼筋混凝土拱橋小許多因此現(xiàn)有的一些計(jì)算表明鋼管混凝土拱橋的地震作用力一般要小于活載作用力由于國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助了《鋼管混凝土拱橋抗震性能研究》國(guó)家基金資助了《鋼管混凝土拱橋抗震理論研究》[20]因此在本次西部課題中不考慮將鋼管混凝土拱橋抗震理論作為重點(diǎn)進(jìn)行研究而考慮在第一專題《鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)體系研究》中加以考慮4施工及施工控制方面存在的主要問(wèn)題在鋼管混凝土拱橋的施工和施工控制方面同樣既取得了可喜的成果但也存在著一些問(wèn)題在鋼管拱的纜索吊裝轉(zhuǎn)體施工應(yīng)用研究方面已取得重大的突破如纜索吊裝中的千斤頂斜拉扣掛懸拼技術(shù)將修建斜拉橋懸索橋的施工技術(shù)應(yīng)用于鋼管混凝土拱橋的施工之中如大噸位水平轉(zhuǎn)體的成套技術(shù)豎向轉(zhuǎn)體的液壓同步控制技術(shù)等[7]-[9]然而這些技術(shù)往往設(shè)備投資大技術(shù)要求高施工工序復(fù)雜因此鋼管拱的架設(shè)技術(shù)還有許多有待進(jìn)一步完善與改進(jìn)的地方如纜索吊裝施工中如何優(yōu)化和減少扣索等通過(guò)研究使鋼管拱肋的架設(shè)施工能簡(jiǎn)化施工工序降低設(shè)備投資有利于其在西部地區(qū)的發(fā)展與應(yīng)用近年來(lái)大跨度鋼管混凝土拱橋在施工過(guò)程中都進(jìn)行了施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控對(duì)保證施工的安全和質(zhì)量起到了積極的作用但由于施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)主要從斜拉橋施工引入因此在針對(duì)鋼管混凝土拱橋特點(diǎn)開(kāi)展施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控方面的研究才剛剛開(kāi)始鋼管混凝土拱肋由鋼管與管內(nèi)混凝土組合而成在管內(nèi)混凝土的材料性能灌注工藝等方面也進(jìn)行了相當(dāng)多的技術(shù)研究但對(duì)于如何保證鋼管與混凝土的緊密結(jié)合減小鋼管與混凝土的脫空高效科學(xué)的檢測(cè)方法與手段應(yīng)用高性能混凝土等方面的研究開(kāi)展得還不夠由于目前尚無(wú)鋼管混凝土拱橋?qū)ｉT(mén)的施工技術(shù)規(guī)范許多鋼管混凝土拱橋施工時(shí)都編制了針對(duì)具體橋梁的施工技術(shù)規(guī)定但對(duì)于施工容許誤差的規(guī)定研究較少因此所規(guī)定的容許誤差存在著不科學(xué)不合理的內(nèi)容有些指標(biāo)可能過(guò)嚴(yán)施工不易達(dá)到而且對(duì)結(jié)構(gòu)受力與使用性能影響不大增加了施工難度和費(fèi)用而有些則可能太松對(duì)結(jié)構(gòu)的使用和安全帶來(lái)不利的因素5養(yǎng)護(hù)方面存在的主要問(wèn)題鋼管混凝土拱橋的出現(xiàn)才十余年的時(shí)間但在使用與養(yǎng)護(hù)方面已出現(xiàn)了一些問(wèn)題如廣東佛陳大橋的系桿出現(xiàn)了銹斷至使該橋在運(yùn)營(yíng)5年后19941999就被迫關(guān)閉交通進(jìn)行系桿的更換由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)考慮的是不可更換的系桿因此給系桿的更換帶來(lái)極大的困難系桿更換工程造價(jià)高中斷交通時(shí)間長(zhǎng)給投資者收費(fèi)橋梁和當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)帶來(lái)很大的影響[22]重慶宜賓的小南門(mén)橋中承式鋼筋混凝土拱的吊桿拉斷事故對(duì)大量鋼管混凝土中下承式拱橋中的吊桿安全敲起了警鐘[23]對(duì)一些鋼管混凝土拱橋的吊桿的調(diào)查也發(fā)現(xiàn)了生銹的現(xiàn)象等鋼管混凝土拱橋早期設(shè)計(jì)的吊桿在防腐方面的考慮不足且多為不可更換的吊桿這樣給吊桿的養(yǎng)護(hù)與更換帶來(lái)了相當(dāng)?shù)睦щy隨著時(shí)間的推移這種問(wèn)題會(huì)更多突出為此2003年西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目專列有拱橋吊桿健康診斷技術(shù)研究混凝土組合橋面系如連霍國(guó)道主干線徐州京杭運(yùn)河大橋湖南益陽(yáng)市茅草街大橋等其鋼梁也存在著防腐的問(wèn)題今后已建成鋼管混凝土拱橋的防腐問(wèn)題將會(huì)不斷地提到橋梁使用與管理部門(mén)面前橋梁使用狀態(tài)的健康診斷與長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)是當(dāng)前橋梁工程研究的一個(gè)熱點(diǎn)已引起國(guó)內(nèi)外橋梁使用與管理部門(mén)的高度重視我國(guó)在這方面的研究與應(yīng)用正處于起步階段目前在一些投資大重要性突出的橋梁中已經(jīng)開(kāi)始了這項(xiàng)應(yīng)用如何針對(duì)我國(guó)西部的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)和鋼管混凝土拱橋的特點(diǎn)探索出經(jīng)濟(jì)實(shí)用方便有效的鋼管混凝土拱橋使用狀態(tài)的健康診斷與長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)是一個(gè)岌待研究的課題總之鋼管混凝土拱橋僅出現(xiàn)十余年的時(shí)間現(xiàn)已暴露出一些養(yǎng)護(hù)方面的問(wèn)題隨著時(shí)間的推移養(yǎng)護(hù)問(wèn)題會(huì)越來(lái)越突出目前在這一方面還缺乏經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)準(zhǔn)備對(duì)鋼管混凝土拱橋的健康診斷與長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)監(jiān)控更是一個(gè)全新的課題因此認(rèn)真研究鋼管混凝土拱橋的養(yǎng)護(hù)問(wèn)題為今后已建鋼管混凝土拱橋的養(yǎng)護(hù)和新建鋼管混凝土拱橋在設(shè)計(jì)時(shí)采取有效措施方便養(yǎng)護(hù)減少養(yǎng)護(hù)工作量是非常必要的鋼管混凝土拱橋要在西部開(kāi)發(fā)中發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)必須在養(yǎng)護(hù)問(wèn)題上取得突破性的進(jìn)展22項(xiàng)目前期科研及現(xiàn)有工作條件湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院是本項(xiàng)目的申報(bào)單位和主持單位湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院是國(guó)內(nèi)較早開(kāi)展鋼管混凝土拱橋應(yīng)用研究及設(shè)計(jì)的單位之一已設(shè)計(jì)了湖南省資興市鯉魚(yú)江大橋2×80m中承式鋼管混凝土拱橋邵陽(yáng)市西湖橋3×88m下承式鋼管混凝土系桿拱橋衡南縣湘江大橋3×90m中承式鋼管混凝土拱橋益陽(yáng)市資江三橋102m＋114m＋102m中承式鋼管混凝土拱橋長(zhǎng)沙市黑石鋪湘江大橋153m＋171m＋153m中承式鋼管混凝土拱橋永順縣王村大橋26m＋208m＋26m中承式鋼管混凝土拱橋益陽(yáng)市茅草街大橋80m＋368m＋80m中承式鋼管混凝土系桿拱橋等多座鋼管混凝土拱橋具有豐富的鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與科研實(shí)力目前正主持湖南省交通廳大跨度鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與施工成套技術(shù)研究科研項(xiàng)目該項(xiàng)目以益陽(yáng)市茅草街大橋?yàn)橐劳泄こ讨饕芯績(jī)?nèi)容包括1主拱施工工藝和施工控制模型試驗(yàn)研究研究?jī)?nèi)容包括主拱施工過(guò)程模擬施工過(guò)程的主拱受力及穩(wěn)定性分析成橋狀態(tài)靜動(dòng)力試驗(yàn)與分析已完成的工作有主拱肋模型加工制作完畢邊拱及扣塔模型已施工完成2高性能鋼管混凝土受力性能分析及模型試驗(yàn)研究研究?jī)?nèi)容包括鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的受力特性成橋狀態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試正常使用極限狀態(tài)下應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試鋼管混凝土結(jié)構(gòu)超載特性研究3鋼管混凝土防脫空技術(shù)研究研究?jī)?nèi)容包括混凝土配合比優(yōu)化的試驗(yàn)研究泌水試驗(yàn)水化熱膨脹率試驗(yàn)等混凝土收縮變形特性鋼管混凝土的足尺模型試驗(yàn)已完成的工作有鋼管混凝土的早期脫空鋼管內(nèi)混凝土的變形特性混凝土配合比的優(yōu)化足尺模型的溫度場(chǎng)及變形的初步結(jié)果4靜動(dòng)力特性分析與試驗(yàn)研究研究?jī)?nèi)容包括施工及成橋階段靜動(dòng)力分析施工及成橋階段穩(wěn)定分析施工及成橋階段抗風(fēng)分析抗震分析已完成的工作有施工及成橋階段應(yīng)力驗(yàn)算收縮徐變影響計(jì)算局部構(gòu)件強(qiáng)度及穩(wěn)定計(jì)算施工預(yù)拱度計(jì)算成橋自振特性計(jì)算施工及成橋階段第一類穩(wěn)定計(jì)算成橋階段第二類穩(wěn)定計(jì)算兩個(gè)概率水平的反應(yīng)譜分析5抗風(fēng)抗震性能研究研究?jī)?nèi)容包括橋位處基本風(fēng)速和大橋設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速的統(tǒng)計(jì)分析拱肋及橋面系節(jié)段模型靜力三分力系數(shù)測(cè)定和靜風(fēng)荷載計(jì)算拱肋及橋面系節(jié)段模型測(cè)振風(fēng)洞試驗(yàn)和等效風(fēng)振荷載組合研究大橋施工階段及成橋狀態(tài)的動(dòng)力特性計(jì)算分析施工及成橋狀態(tài)氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)和抗風(fēng)穩(wěn)定性研究交通部公路科學(xué)研究所是本項(xiàng)目的主要參加單位之一交通部公路科學(xué)研究所是國(guó)內(nèi)較早開(kāi)展鋼管混凝土拱橋應(yīng)用研究的單位之一已設(shè)計(jì)廣東省高明大橋浙江省淳安縣南浦大橋主跨徑308m鋼管混凝土拱橋浙江省03省道一級(jí)路杭甬運(yùn)河大橋88m三肋下承式鋼管混凝土拱橋浙江省07省道一級(jí)路焦山門(mén)大橋90m跨下承式鋼管混凝土拱橋海南省海口市瓊州大橋設(shè)計(jì)88m98m108m98m88m五跨鋼管混凝土下承式系桿拱橋等多座鋼管混凝土拱橋承擔(dān)了廣州丫髻沙大橋等鋼管混凝土拱橋的靜動(dòng)載測(cè)試工作具有豐富的鋼管混凝土拱橋工程實(shí)踐與科研經(jīng)驗(yàn)與實(shí)力福州大學(xué)為本項(xiàng)目的主要參加單位之一福州大學(xué)對(duì)鋼管混凝土拱橋的應(yīng)用進(jìn)行了一系列的研究在鋼管混凝土單圓管極限承載力雙重非線性有限元分析溫度問(wèn)題施工受力分析等方面均取得了可喜的成果出版了《鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與施工》《鋼管混凝土拱橋?qū)嵗弧贰朵摶炷两M合橋梁設(shè)計(jì)與研究》《鋼管混凝土力學(xué)》《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)》等專著多部已在國(guó)內(nèi)外發(fā)表相關(guān)論文60余篇先后有《鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)受力性能研究》《316國(guó)道福建閩清石潭溪大跨度鋼管混凝土拱橋試驗(yàn)研究》《深圳彩虹北站大橋鋼混凝土組合橋梁設(shè)計(jì)與研究》等課題獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)目前承擔(dān)的國(guó)家自然科學(xué)基金《鋼管混凝土拱橋抗震理論研究》進(jìn)展順利成果正在陸續(xù)發(fā)表之中承擔(dān)了福建省內(nèi)十余座鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)監(jiān)理試驗(yàn)研究等任務(wù)參加了廣州丫髻沙大橋深圳北站大橋以上工程已建成浙江錢(qián)江四橋湖南茅草街大橋鄭州黃河公路二橋等大型鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的專家組工作部分設(shè)計(jì)工作和部分課題研究參加了《鋼管混凝土拱橋施工技術(shù)規(guī)范》的編寫(xiě)在鋼管混凝土拱橋的應(yīng)用研究方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)近年來(lái)福州大學(xué)積極參予西部地區(qū)鋼管混凝土拱橋的應(yīng)用與研究參加了蘭州雁鹽黃河大橋西寧北川河橋的設(shè)計(jì)咨詢工作承擔(dān)了西寧北川河橋的施工監(jiān)控和成橋靜動(dòng)載測(cè)試福州大學(xué)結(jié)構(gòu)工程實(shí)驗(yàn)室為省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室擁有美國(guó)MTS公司生產(chǎn)的液壓伺服加載系統(tǒng)英國(guó)IMP結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)長(zhǎng)柱試驗(yàn)機(jī)疲勞試驗(yàn)機(jī)激光全息干涉儀等主要設(shè)備部分設(shè)備處于國(guó)內(nèi)一流水平可承擔(dān)各類土建結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)軡M足本項(xiàng)目的試驗(yàn)要求福州大學(xué)已進(jìn)行了大量鋼管混凝土拱橋與鋼管混凝土構(gòu)件的試驗(yàn)積累了豐富的試驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn)長(zhǎng)沙交通院交通院本項(xiàng)目四個(gè)研究專題涉及設(shè)計(jì)施工施工控制及養(yǎng)護(hù)等方面下面給出本項(xiàng)目研究的關(guān)鍵技術(shù)1管結(jié)點(diǎn)及接頭設(shè)計(jì)構(gòu)造準(zhǔn)則2鋼管混凝土拱橋的材料非線性模型與雙重非線性有限元分析程序3鋼管混凝土拱橋極限承載力實(shí)用算法4鋼管混凝土拱橋的變形計(jì)算與控制5鋼管混凝土拱橋溫度收縮徐變問(wèn)題6鋼管混凝土防脫空技術(shù)7鋼管混凝土拱橋合理的施工容許誤差8鋼管混凝土拱橋施工控制技術(shù)9鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護(hù)技術(shù)10鋼管混凝土拱橋健康診斷和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)32技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)15以結(jié)構(gòu)全壽命的觀點(diǎn)進(jìn)行鋼管混凝土拱橋的研究注重橋梁使用過(guò)程中的養(yǎng)護(hù)與管理將正在迅速發(fā)展的橋梁健康診斷與使用過(guò)程的監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于鋼管混凝土拱橋之中并強(qiáng)調(diào)新技術(shù)的實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)性方面的研究與開(kāi)發(fā)研究成果將用以指導(dǎo)今后的設(shè)計(jì)施工與養(yǎng)護(hù)33主要研究?jī)?nèi)容根據(jù)鋼管混凝土拱橋目前存在的問(wèn)題本項(xiàng)目擬訂四個(gè)專題進(jìn)行研究主要內(nèi)容如下專題一鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)體系的研究下設(shè)三個(gè)子題分別為1鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)體系研究研究?jī)?nèi)容主要包括鋼管混凝土拱橋上承式中承式和下承式有推力和無(wú)推力結(jié)構(gòu)體系的靜力與動(dòng)力受力特點(diǎn)合理的結(jié)構(gòu)型式與總體布置技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等重點(diǎn)研究各種結(jié)構(gòu)形式之間各種結(jié)構(gòu)型式與鋼筋混凝土拱橋的不同之處以及剛架系桿拱的受力特點(diǎn)與合理的結(jié)構(gòu)型式鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)形式豐富多樣以車(chē)承形式劃分有上承式中承式和下承式三種形式的適用條件對(duì)拱腳水平推力的處理也均不相同上承式拱橋構(gòu)造簡(jiǎn)單橫向聯(lián)系容易布置橋面系支承于立柱上整體性橫向穩(wěn)定性和抗震性均較好上承式拱一般是有推力拱它對(duì)地基的要求較高下承式拱橋一般帶拉桿系桿拱它又可分為有支座的拱梁組合結(jié)構(gòu)和無(wú)支座的剛架系桿拱拱梁組合結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于中小跨徑之中主要原因是跨徑增大以后它的施工架設(shè)較為困難與拱梁組合橋不同剛架系桿拱中拱肋與橋墩固結(jié)不設(shè)支座采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線作為拉桿來(lái)平衡拱的推力拉桿獨(dú)立于橋面系之外不參與橋面系受力而橋面系為局部受力構(gòu)件剛架系桿拱為超靜定結(jié)構(gòu)橋梁上部下部以及基礎(chǔ)甚至地基連成一體結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)較多受力復(fù)雜由于系桿抗拉剛度較小拱的水平推力的增量主要由橋墩和拱肋自身承受因而考慮系桿變形后它是有推力的結(jié)構(gòu)中承式也有采用剛架系桿拱的主要是帶懸臂的三跨式又稱飛鳥(niǎo)式或飛燕式也有稱自平衡或自錨式的中承式拱還有相當(dāng)部分是有推力的結(jié)構(gòu)它對(duì)地形地質(zhì)條件的要求同上承式拱但其橋面系有上承部分也有下承部分不同的車(chē)承形式與有無(wú)推力的不同結(jié)構(gòu)體系之間的靜力受力特點(diǎn)與抗震性能結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及適用范圍由于拱肋采用了鋼管混凝土后與鋼筋混凝土拱產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)與受力及適用范圍方面的變化都是本研究的內(nèi)容由于中下承式剛架系桿拱是在鋼管混凝土拱橋中特有的橋型因此這類橋型的研究它是本研究的重點(diǎn)通過(guò)研究對(duì)鋼管混凝土拱橋在總體設(shè)計(jì)方面的結(jié)構(gòu)選型方案比選經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)與初步設(shè)計(jì)方面為設(shè)計(jì)人員提出指導(dǎo)意見(jiàn)少走彎路2鋼管混凝土拱肋結(jié)構(gòu)與構(gòu)造研究鋼管混凝土拱肋由鋼管與管內(nèi)混凝土組成含鋼量少則鋼管對(duì)混凝土的套箍作用不明顯含鋼量大則鋼管加工困難造價(jià)也高因此通過(guò)對(duì)依托工程與其它橋梁的拱肋含鋼量對(duì)結(jié)構(gòu)受力施工和養(yǎng)護(hù)方面影響的研究提出合理的含鋼率范圍將對(duì)今后此類橋梁的修建有重要的指導(dǎo)意義鋼管混凝土拱肋的截面形式主要有單圓管啞鈴形和桁式各種截面形式在受力性能構(gòu)造施工和使用方面均有不同在跨徑適用方面也不同單管截面加工簡(jiǎn)單但抗彎效率低主要用于跨徑不大的橋梁和人行橋中且已進(jìn)行了較多的研究因此本次研究不將其作為重點(diǎn)啞鈴形截面較之單圓管截面截面抗彎剛度較大但腹腔內(nèi)的混凝土受鋼板橫向套箍作用機(jī)理復(fù)雜缺乏研究腹板與圓管相接的交角較小加工較為困難質(zhì)量不易得到保證在灌注混凝土過(guò)程中腹板受混凝土壓力的作用容易外鼓所以需有拉桿對(duì)拉或采用其它措施這使得構(gòu)造較為復(fù)雜桁式拱肋能夠采用較小的鋼管直徑取得較大的縱橫向抗彎剛度且桿件以受軸向力為主能夠充分發(fā)揮材料的特性被廣泛應(yīng)用于大跨度鋼管混凝土拱橋之中但鋼管混凝土桁肋是一種管結(jié)構(gòu)這種管結(jié)構(gòu)過(guò)去在我國(guó)的橋梁中幾乎沒(méi)有什么應(yīng)用因此對(duì)于管結(jié)構(gòu)的合理的結(jié)點(diǎn)形式抗疲勞性能等等都有待我們的研究鋼管混凝土拱橋的主拱圈一般為拱式為保證其橫向穩(wěn)定性通常通過(guò)橫撐使拱肋形成組拼拱研究表明橫撐的布置與結(jié)構(gòu)形式對(duì)拱的橫向穩(wěn)定影響很大另一方面拱在地震波作用下橫向動(dòng)力失穩(wěn)是其最有可能的破壞形式而加強(qiáng)橫撐在提高組拼拱橫向彈性一類穩(wěn)定的同時(shí)也加大了拱在橫向地震波的作用力對(duì)于拱的抗震產(chǎn)生不利的影響因此如何合理布置橫撐使得拱的靜力穩(wěn)定與動(dòng)力穩(wěn)定效果最佳也是一個(gè)非常值得研究的問(wèn)題因此本研究將對(duì)啞鈴形和桁式鋼管混凝土拱肋截面的受力行為和極限承載力開(kāi)展試驗(yàn)與理論研究給出啞鈴形和桁式短柱極限承載力的實(shí)用算法探討啞鈴形截面的合理構(gòu)造形式在國(guó)內(nèi)外管結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)研究主要是海上石油平臺(tái)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上針對(duì)鋼管混凝土拱橋的特點(diǎn)對(duì)桁式拱肋的管結(jié)點(diǎn)進(jìn)行疲勞試驗(yàn)和理論分析在此基礎(chǔ)上提出合理的管結(jié)點(diǎn)及其合理的構(gòu)造形式對(duì)形成拱肋的吊裝接頭合攏接頭進(jìn)行合理構(gòu)造形式的研究對(duì)鋼管混凝土拱肋的橫撐結(jié)構(gòu)合理的布置與構(gòu)造形式進(jìn)行研究3橋面結(jié)構(gòu)與構(gòu)造研究鋼管混凝土拱橋由于拱肋截面的輕型化使得橋面系在恒載中所占的比例上升材料用量占全橋的比例也在上升橋面系的選型與合理構(gòu)造形式比傳統(tǒng)拱橋顯得更為突出鋼管混凝土拱橋中常用的橋面系結(jié)構(gòu)按材料可分為鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)這幾種型式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)適用范圍與經(jīng)濟(jì)性是本研究的一個(gè)內(nèi)容中下承式在鋼管混凝土拱橋中應(yīng)用較多其下承部分橋面系基本上采用以橫梁為主的結(jié)構(gòu)型式這種結(jié)構(gòu)橋面系的整體性較差整體剛度較小車(chē)輛荷載作用下橋面系振感明顯遭遇吊桿破斷時(shí)常造成落梁和嚴(yán)重的事故國(guó)外鋼拱橋的橋面系較多地采用了以縱梁為主或縱梁具有很大作用的橋面系然而這種結(jié)構(gòu)形式在以混凝土結(jié)構(gòu)為主的橋面系中的應(yīng)用較為困難如何在鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土橋面系結(jié)構(gòu)中加強(qiáng)其整體剛度與整體性對(duì)于鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)以橫梁為主的結(jié)構(gòu)與格構(gòu)式橋面系的優(yōu)缺點(diǎn)與適用范圍等也是本研究要考慮的內(nèi)容此外中下承式拱橋中橋面系與拱肋相交處的構(gòu)造橫向限位伸縮縫的布置尤其是多跨鋼管混凝土拱橋橋面系與立柱及吊桿的聯(lián)結(jié)方式吊桿的錨固構(gòu)造等等也是值得探討的問(wèn)題因此本子課題主要針對(duì)中下承式拱橋中的下承式橋面系的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造形式研究鋼混凝土迭合梁與鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與經(jīng)濟(jì)性研究以橫梁為主的橋面系以縱梁為主的橋面系和格構(gòu)梁橋面系的合理結(jié)構(gòu)形式各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍研究橋面系與拱肋相交處橋面系傳力構(gòu)造立柱與吊桿伸縮縫的設(shè)置等問(wèn)題專題二鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論及設(shè)計(jì)方法的研究下設(shè)三個(gè)子題分別為1鋼管混凝土拱橋極限承載力的研究研究?jī)?nèi)容主要包括鋼管混凝土構(gòu)件的試驗(yàn)研究與極限承載力實(shí)用算法研究鋼管混凝土拱橋面內(nèi)與面外強(qiáng)度與穩(wěn)定極限承載力研究幾何非線性與材料非線性影響鋼管初應(yīng)力對(duì)極限承載力影響的研究鋼管混凝土單圓管構(gòu)件已進(jìn)行了大量的研究然而啞鈴形構(gòu)件的受力迄今未進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)研究對(duì)桁式拱肋的構(gòu)件研究在國(guó)內(nèi)也未展開(kāi)本研究首先需要進(jìn)行鋼管混凝土啞鈴形構(gòu)件和桁式構(gòu)件的極限承載力試驗(yàn)研究給出鋼管混凝土啞鈴形構(gòu)件和桁式構(gòu)件的極限承載力的實(shí)用計(jì)算公式為鋼管混凝土拱肋的截面強(qiáng)度驗(yàn)算提供理論依據(jù)在對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件進(jìn)行研究時(shí)將注意到鋼管混凝土拱橋的受力特點(diǎn)如鋼管的初應(yīng)力問(wèn)題管內(nèi)混凝土在收縮作用下以及由于施工質(zhì)量影響造成的脫空問(wèn)題對(duì)構(gòu)件極限承載力的影響鋼管混凝土拱的拱肋主結(jié)構(gòu)由于強(qiáng)度較高因此在極限承載力研究時(shí)必須考慮材料非線性與幾何非線性問(wèn)題而目前在設(shè)計(jì)計(jì)算中一般強(qiáng)度驗(yàn)算方面采用了應(yīng)力疊加法計(jì)算荷載效應(yīng)用容許應(yīng)力法進(jìn)行結(jié)構(gòu)效應(yīng)驗(yàn)算而穩(wěn)定計(jì)算時(shí)則考慮彈性一類穩(wěn)定因此在強(qiáng)度計(jì)算方面沒(méi)有考慮材料的塑性性能偏于保守而在穩(wěn)定驗(yàn)算方面沒(méi)有考慮材料非線性的影響通過(guò)取較大的穩(wěn)定系數(shù)來(lái)保證其安全缺乏科學(xué)的依據(jù)帶有一定的盲目性我國(guó)在鋼管混凝土單圓管拱的受力全過(guò)程試驗(yàn)研究與雙重非線性有限元計(jì)算方法研究方面已取得了一定的成果研究表明鋼管混凝土拱橋的極限承載力受材料與幾何雙重非線性的影響其中材料非線性影響更大從結(jié)構(gòu)力學(xué)可知當(dāng)雙重非線性中不考慮幾何非線性問(wèn)題時(shí)而僅考慮材料非線性時(shí)它就轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度問(wèn)題另一方面彈性一類穩(wěn)定計(jì)算是基于結(jié)構(gòu)理想的假設(shè)因此它是實(shí)際結(jié)構(gòu)二類穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果的上限因此如果考慮了雙重非線性問(wèn)題則所得結(jié)構(gòu)的極限承載力一般來(lái)說(shuō)均小于對(duì)應(yīng)極限強(qiáng)度的荷載和對(duì)應(yīng)于彈性一類穩(wěn)定的荷載換言之考慮了雙重非線性問(wèn)題后就同時(shí)考慮了強(qiáng)度與穩(wěn)定問(wèn)題然而目前對(duì)鋼管混凝土拱橋考慮雙重非線性的極限承載力的研究尚不系統(tǒng)與深入對(duì)于啞鈴形拱肋桁式拱肋等極限承載力的研究進(jìn)行的還很少試驗(yàn)研究尚未開(kāi)展因此在鋼管混凝土拱橋極限承載力研究方面距形成較為成熟的設(shè)計(jì)理論還有相當(dāng)?shù)牟罹啾狙芯繉⒃谝延袖摴芑炷羻螆A管拱橋的極限承載力的研究基礎(chǔ)上結(jié)合啞鈴形構(gòu)件和桁式構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算研究探討鋼管混凝土拱橋的雙重非線性分析方法和極限承載力計(jì)算方法為今后鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)計(jì)算中采用極限狀態(tài)法計(jì)算理論打下基礎(chǔ)同時(shí)通過(guò)雙重非線性分析了解幾何非線性與材料非線性在不同結(jié)構(gòu)中的影響程度并在大量有限元分析的基礎(chǔ)上給出實(shí)用的極限承載力的計(jì)算方法以供設(shè)計(jì)應(yīng)用值得指出的是鋼管混凝土拱橋?qū)儆谧约茉O(shè)體系鋼管拱肋先安裝然后灌注管內(nèi)混凝土在混凝土形成強(qiáng)度之前的結(jié)構(gòu)自重均由鋼管承擔(dān)因此在鋼管內(nèi)形成了相當(dāng)大的初應(yīng)力除了在構(gòu)件研究中注意鋼管初應(yīng)力問(wèn)題外還將研究鋼管內(nèi)的初應(yīng)力對(duì)拱肋結(jié)構(gòu)的局部受力整體強(qiáng)度穩(wěn)定和變形的影響2鋼管混凝土拱橋正常使用極限狀態(tài)受力的研究研究?jī)?nèi)容主要包括鋼管混凝土拱橋剛度計(jì)算取值的研究應(yīng)力及變形控制的研究鋼管混凝土拱肋是由鋼--混凝土組合材料構(gòu)成設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)剛度如何取值對(duì)計(jì)算結(jié)果有相當(dāng)?shù)挠绊戜摴芑炷凉皹蛞话銥槌o定結(jié)構(gòu)剛度取值會(huì)影響結(jié)構(gòu)的內(nèi)力剛度越大計(jì)算內(nèi)力也越大因此從內(nèi)力方面來(lái)說(shuō)剛度取值大是偏于安全的除內(nèi)力計(jì)算外拱的穩(wěn)定與撓度計(jì)算也與拱肋剛度取值有很大的影響剛度取值大則穩(wěn)定系數(shù)大撓度值小因此在計(jì)算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和撓度時(shí)剛度取值大則計(jì)算結(jié)果是偏于不安全的還有拱肋的剛度包含抗壓剛度與抗彎剛度二者對(duì)不同問(wèn)題的影響也是不同的本研究以現(xiàn)有鋼管混凝土構(gòu)件和本研究中將進(jìn)行的構(gòu)件試驗(yàn)為基礎(chǔ)收集已建成橋梁的實(shí)測(cè)資料利用本研究開(kāi)發(fā)的雙重非線性有限元程序?qū)υO(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)合理的剛度取值開(kāi)展研究剛度取值受到管內(nèi)混凝土收縮徐變方面的影響問(wèn)題將在下一個(gè)二級(jí)子課題中研究鋼管混凝土拱橋使用極限狀態(tài)問(wèn)題是本子課題中要研究的另一問(wèn)題它包括使用狀態(tài)下的應(yīng)力值控制和變形控制目前由于大部分鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)計(jì)算中采用了容許應(yīng)力法所以對(duì)使用階段的容許應(yīng)力問(wèn)題沒(méi)有開(kāi)展研究本研究則考慮鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)計(jì)算采用極限狀態(tài)法因此使用狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力限制的必要性和具體的內(nèi)容則要給予研究變形計(jì)算與驗(yàn)算是結(jié)構(gòu)使用極限狀態(tài)中的重要內(nèi)容之一鋼管混凝土拱橋的變形計(jì)算的關(guān)鍵是結(jié)構(gòu)的剛度取值短期荷載作用下的剛度取值問(wèn)題前已述及長(zhǎng)期荷載作用下的剛度取值問(wèn)題將在下一子課題研究中考慮因此這里主要研究變形控制問(wèn)題《JTJ022-85》對(duì)圬工拱橋的變形控制條件是按規(guī)定的汽車(chē)荷載不計(jì)沖擊力計(jì)算的拱橋上部結(jié)構(gòu)在一個(gè)橋跨范圍內(nèi)的計(jì)算撓度最大絕對(duì)值之和不大于L1000《JTJ025-86》對(duì)鋼筋混凝土拱橋的變形控制條件是L800用掛車(chē)或履帶車(chē)驗(yàn)算時(shí)上述撓度可增加20目前鋼管混凝土拱橋撓度的設(shè)計(jì)驗(yàn)算一般按鋼筋混凝土拱橋要求的L800進(jìn)行驗(yàn)算鋼管混凝土拱橋由于承載能力較大特別是大跨度的橋變形控制條件是否應(yīng)比鋼筋混凝土拱橋的L800更寬些以充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)的承載能力尚缺乏研究此外對(duì)于剛架系桿拱橋墩頂水平位移的控制要求也未見(jiàn)研究報(bào)道這些都是本研究的重點(diǎn)3鋼管混凝土拱橋溫度收縮徐變問(wèn)題研究研究?jī)?nèi)容主要包括鋼管混凝土拱橋溫度荷載與效應(yīng)的研究收縮徐變規(guī)律與效應(yīng)的研究對(duì)于超靜定的鋼管混凝土拱橋除了恒載和車(chē)輛人群等活載之外溫度變化混凝土收縮徐變引起的結(jié)構(gòu)變形和支座的位移也會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力鋼管混凝土拱肋因其材料截面構(gòu)成和施工方法等與其它拱橋不同溫度變化值采用傳統(tǒng)拱橋的方法并不合適目前已對(duì)鋼管混凝土拱橋溫度問(wèn)題進(jìn)行了初步的研究但由于受地域和橋例研究數(shù)量的限制溫度荷載和溫度效應(yīng)實(shí)用算法的研究還有待深入因此對(duì)鋼管混凝土拱橋的溫度荷載與溫度效應(yīng)的研究除在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化外主要針對(duì)西部地區(qū)的氣候特點(diǎn)通過(guò)選取典型橋例的分析提出適合于西部地區(qū)的溫度荷載取值的建議對(duì)西部地區(qū)鋼管混凝土拱橋的溫度效應(yīng)提出評(píng)價(jià)鋼管混凝土拱橋管內(nèi)混凝土的徐變問(wèn)題研究難度較大迄今為止的研究也十分有限萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋主要是對(duì)外包混凝土的徐變問(wèn)題進(jìn)行了模型試驗(yàn)和有限元分析結(jié)果表明受徐變的影響鋼管骨架的應(yīng)力增加而外包混凝土的應(yīng)變?cè)黾討?yīng)力下降正在開(kāi)展的湖南茅草街大橋的鋼管混凝土桁肋節(jié)段模型試驗(yàn)也表明長(zhǎng)期荷載作用下管內(nèi)混凝土的徐變將使鋼管應(yīng)力增加而混凝土的應(yīng)力下降管內(nèi)混凝土徐變的這種特性加劇了目前采用容許應(yīng)力法驗(yàn)算中鋼管應(yīng)力控制設(shè)計(jì)的問(wèn)題已有的對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件的徐變研究表明由于管內(nèi)混凝土密閉于鋼管中沒(méi)有水分的流失其徐變特性應(yīng)不同于普通干燥的混凝土徐變?cè)缙诎l(fā)展量要小于普通混凝土但持續(xù)發(fā)展時(shí)間可能較長(zhǎng)目前設(shè)計(jì)中往往采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的徐變計(jì)算方法顯然存在著不合理之處與徐變密切相關(guān)的混凝土收縮也缺乏深入的研究管內(nèi)混凝土的收縮與普通鋼筋混凝土中的混凝土收縮行為也有一定的差異已進(jìn)行的少量的試驗(yàn)研究認(rèn)為在鋼管混凝土構(gòu)件中管內(nèi)混凝土的收縮量大約僅為通常情況下的一半對(duì)于極限承載能力來(lái)說(shuō)混凝土的收縮影響不大然而收縮如同溫度變化一樣會(huì)在超靜定拱中產(chǎn)生附加內(nèi)力因此管內(nèi)混凝土沿軸線方向的收縮量多大需進(jìn)一步的研究由此可見(jiàn)對(duì)于收縮徐變對(duì)鋼管混凝土截面應(yīng)力影響的計(jì)算關(guān)鍵在于對(duì)其收縮徐變特性的了解程度因此本研究將通過(guò)對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件的收縮徐變特性進(jìn)行試驗(yàn)與理論研究以期在這方面有所突破與此同時(shí)本研究以極限承載力計(jì)算理論為基礎(chǔ)因此在收縮徐變問(wèn)題研究中將改變過(guò)去采用容許應(yīng)力法理論時(shí)只注重徐變引起的應(yīng)力重分布問(wèn)題而不注視徐變對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定極限承載力與變形影響的趨勢(shì)將更多的注意集中到收縮徐變對(duì)結(jié)構(gòu)剛度影響方面的研究專題三鋼管混凝土拱橋施工及施工控制技術(shù)的研究下設(shè)四個(gè)子題分別為1鋼管拱肋加工制作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究鋼管拱肋在鋼管混凝土拱橋施工與成橋后的受力中起著極其重要的作用鋼管拱肋加工的質(zhì)量直接影響到鋼管混凝土拱橋的質(zhì)量然而由于我國(guó)過(guò)去鋼橋修建較少目前的施工企業(yè)主要以土建為主的企業(yè)因此目前在鋼管混凝土拱橋施工中一般鋼管拱肋加工要求請(qǐng)專業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)加工廠家加工尤其是具有較高焊接技術(shù)的壓力容器廠化學(xué)容器廠以及船廠等因此對(duì)于鋼管拱肋加工技術(shù)方面的研究突出從橋梁結(jié)構(gòu)受力與使用性能方面出發(fā)對(duì)它的技術(shù)指標(biāo)的要求方面而對(duì)于加工工藝方面由于牽涉到許多更為專業(yè)的金屬加工技術(shù)土建人員研究起來(lái)難度較大而且這些技術(shù)也在不斷地發(fā)展之中對(duì)鋼管拱肋制作過(guò)程中存在的主要問(wèn)題進(jìn)行研究包括1減小弦管火工彎制過(guò)程對(duì)弦管橢圓度影響的措施2加工過(guò)程中弦管線型局部超標(biāo)處理方法研究3腹桿相貫線切割口的構(gòu)造研究等每座已建或在建的鋼管混凝土拱橋其主拱肋制作都各自對(duì)應(yīng)有一個(gè)制作驗(yàn)收技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同橋之間有些指標(biāo)各不相同本項(xiàng)目旨在制定一個(gè)統(tǒng)一的鋼管混凝土拱橋主拱肋鋼結(jié)構(gòu)制作驗(yàn)收技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括如下內(nèi)容1拱肋鋼結(jié)構(gòu)材料的控制2焊接控制3鋼管成品質(zhì)量控制4鋼管拱肋質(zhì)量控制2鋼管拱肋架設(shè)技術(shù)方法的研究雖然鋼管混凝土拱橋在施工時(shí)先架設(shè)空鋼管拱肋較之過(guò)去的圬工拱或鋼筋混凝土拱無(wú)支架施工難度大大降低然而當(dāng)鋼管混凝土拱橋的跨度較大以后拱肋的架設(shè)問(wèn)題仍然是施工的一個(gè)難點(diǎn)也關(guān)系到工期質(zhì)量和施工單位的效益因此在現(xiàn)有的鋼管拱肋架設(shè)技術(shù)的基礎(chǔ)上針對(duì)西部地區(qū)的主要特點(diǎn)和鋼管混凝土拱橋的特點(diǎn)這一子課題的主要研究?jī)?nèi)容包括1大跨徑鋼管混凝土拱橋主拱肋架設(shè)技術(shù)與方法的研究擬在無(wú)支架纜索吊裝和轉(zhuǎn)體施工兩種方法的基礎(chǔ)上根據(jù)依托工程橋址的地形條件通航要求研究或改進(jìn)現(xiàn)有的施工方法2纜索和扣索系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式邊界條件扣索的錨固方式吊塔和扣塔的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究扣掛系統(tǒng)中扣索的錨固方式研究針對(duì)不同的橋型和地形選擇科學(xué)可行和經(jīng)濟(jì)合理的錨固形式3鋼管混凝土拱橋纜索吊裝吊架扣架一體化施工技術(shù)研究纜索系統(tǒng)和扣索系統(tǒng)獨(dú)立工作受力明確但增加了設(shè)備的投入和工程量加大了工程造價(jià)延長(zhǎng)了施工周期有時(shí)還受到地形條件的限制尤其是西部地區(qū)高等級(jí)公路大多跨越峽谷深溝因此本項(xiàng)目擬對(duì)吊架和扣架合二為一作整體性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)吊架扣架一體化施工技術(shù)進(jìn)行研究3管內(nèi)高性能混凝土的研究研究?jī)?nèi)容主要包括高性能鋼管混凝土材料研究鋼管混凝土防脫空技術(shù)研究高性能鋼管混凝土施工工藝研究及鋼管內(nèi)混凝土檢測(cè)技術(shù)研究1高性能鋼管混凝土材料研究針對(duì)鋼管混凝土所處的密閉環(huán)境對(duì)混凝土的配合比及外加劑進(jìn)行試驗(yàn)研究包括泌水試驗(yàn)水化熱試驗(yàn)以及膨脹率試驗(yàn)等以期研究出微膨脹自養(yǎng)護(hù)流動(dòng)性好終凝時(shí)間較長(zhǎng)的高性能混凝土材料2鋼管混凝土的防脫空技術(shù)研究采用材料性能研究與結(jié)構(gòu)分析相結(jié)合的技術(shù)路線進(jìn)行鋼管混凝土構(gòu)件的足尺節(jié)段模型試驗(yàn)通過(guò)系統(tǒng)的試驗(yàn)選擇鋼管混凝土膨脹劑的用量在高強(qiáng)混凝土中引入自養(yǎng)護(hù)體系并對(duì)高性能混凝土的收縮變形特性進(jìn)行研究在結(jié)構(gòu)分析方面通過(guò)熱傳導(dǎo)計(jì)算確定管內(nèi)混凝土在急劇升溫和降溫情況下主拱肋的變形和應(yīng)力分布情況3高性能混凝土施工工藝研究目前鋼管混凝土拱橋拱肋混凝土灌注工藝流程為開(kāi)設(shè)排漿口→焊接進(jìn)料支管→布設(shè)輸送泵管→人工澆筑進(jìn)料支管以下區(qū)段混凝土→壓注清水濕潤(rùn)輸送泵管→泵送高標(biāo)號(hào)砂漿→泵送混凝土→插防回流柵→清洗泵管完成泵送灌注順序考慮拱肋的受力及穩(wěn)定性一般采用左右對(duì)稱先下弦拱肋再上弦拱肋先外側(cè)拱肋再內(nèi)側(cè)拱肋的原則混凝土灌注的施工工藝研究的技術(shù)路線為對(duì)現(xiàn)有施工工藝進(jìn)行完善對(duì)不同拱肋截面的混凝土灌注方法進(jìn)行系統(tǒng)研究以保證混凝土的質(zhì)量和拱肋鋼管的安全4主拱肋內(nèi)混凝土檢測(cè)技術(shù)研究鋼管內(nèi)混凝土受材料及工藝措施的影響常出現(xiàn)某些缺陷如脫粘空洞等這些都將影響鋼管混凝土拱橋的質(zhì)量與受力目前對(duì)鋼管內(nèi)混凝土的檢驗(yàn)沒(méi)有很好的方法因此本課題擬參照《混凝土與鋼筋混凝土超聲檢測(cè)規(guī)程》針對(duì)鋼管混凝土的特點(diǎn)在節(jié)段模型試驗(yàn)和對(duì)依托工程大量實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上制定一套鋼管混凝土的質(zhì)量檢測(cè)方法4施工控制技術(shù)的研究研究?jī)?nèi)容主要包括施工控制精度及誤差評(píng)估方法研究施工控制誤差特性與參數(shù)識(shí)別方法研究及施工控制方法研究1施工控制精度及誤差評(píng)估方法研究綜合國(guó)內(nèi)已建成的鋼管混凝土拱橋的施工控制工作并以《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》和《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中有關(guān)鋼管混凝土拱橋的內(nèi)容為基準(zhǔn)對(duì)施工控制精度及允許誤差進(jìn)行研究除了軸線橫向偏位拱肋接縫錯(cuò)臺(tái)拱圈高程以及吊桿吊點(diǎn)高程外其余控制精度及允許誤差無(wú)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)可循因此本課題的任務(wù)之一是通過(guò)對(duì)依托工程的施工過(guò)程進(jìn)行控制制定一個(gè)統(tǒng)一施工控制精度及誤差評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)2施工控制誤差特性與參數(shù)識(shí)別方法研究施工控制考慮的主要參數(shù)有拱肋內(nèi)混凝土的彈性模量混凝土容重混凝土的齡期混凝土收縮徐變參數(shù)扣索力混凝土灌注時(shí)的溫度鋼管的溫度主拱肋鋼管的總量施工設(shè)備及人員總量等等上述參數(shù)在施工中一般存在有誤差這些誤差按性質(zhì)可分為固定誤差和變動(dòng)誤差兩類在鋼管混凝土拱橋施工中其主要誤差如材料特性構(gòu)件自重剛度和制作誤差均為固定誤差它們既可以預(yù)測(cè)也可以修正因此采用參數(shù)識(shí)別的方法來(lái)消除設(shè)計(jì)值與結(jié)構(gòu)實(shí)際值的不一致是非常必要的在鋼管混凝土拱橋的施工過(guò)程中影響因素較多采樣的空間也很大本項(xiàng)目擬分別采用灰色控制理論和最小二乘法參數(shù)識(shí)別理論開(kāi)發(fā)軟件來(lái)進(jìn)行參數(shù)識(shí)別通過(guò)對(duì)兩種理論的對(duì)比得到更接近實(shí)際的參數(shù)用估計(jì)的參數(shù)平均值代替設(shè)計(jì)理論參數(shù)3施工控制方法研究①施工控制的內(nèi)容目的與原則施工控制通過(guò)對(duì)鋼管主拱肋的拼裝主拱肋混凝土吊桿立柱橫梁橋面系安裝系桿張拉以及二期恒載施工各個(gè)階段的位移與應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)估以判斷各階段主拱肋的變形和應(yīng)力變化是否符合設(shè)計(jì)要求判斷施工過(guò)程是否正常如出現(xiàn)異常則需要調(diào)整施工程序同時(shí)對(duì)變化的施工程序進(jìn)行理論計(jì)算根據(jù)其變形應(yīng)力和穩(wěn)定情況說(shuō)明施工程序的可行性因此施工控制主要包括理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控理論計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖和施工方案對(duì)每一施工過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的理論計(jì)算求得各施工控制參數(shù)的理論值現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控針對(duì)施工過(guò)程的各種因素所引起的理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值不一致的問(wèn)題采取措施在施工中加以控制和調(diào)整鋼管混凝土拱橋施工控制的原則是穩(wěn)定性變形和應(yīng)力控制綜合考慮目前穩(wěn)定性的控制一般通過(guò)計(jì)算得以保證在穩(wěn)定性滿足要求的前提下對(duì)變形應(yīng)力進(jìn)行雙控其中以變形控制為主同時(shí)兼顧應(yīng)力控制②施工控制理論計(jì)算本項(xiàng)目擬考慮鋼管混凝土拱橋拱肋內(nèi)混凝土的不對(duì)稱及扣索調(diào)整的不對(duì)稱等特點(diǎn)在長(zhǎng)沙交通學(xué)院開(kāi)發(fā)的施工控制軟件基礎(chǔ)上繼續(xù)開(kāi)發(fā)以期解決鋼管混凝土施工過(guò)程計(jì)算中存在的以下問(wèn)題·扣索索力的確定和優(yōu)化將斜拉橋斜拉索調(diào)索的正裝迭代理論等方法用于鋼管混凝土拱橋扣索索力的確定和優(yōu)化以設(shè)計(jì)拱軸線作為目標(biāo)函數(shù)扣索的索力拱肋內(nèi)的應(yīng)力扣點(diǎn)的位移變動(dòng)幅度為狀態(tài)變量·基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和參數(shù)識(shí)別的溫度場(chǎng)模擬·合理的徐變理論選取同時(shí)對(duì)依托工程的鋼管和混凝土應(yīng)力進(jìn)行前三年的觀測(cè)以驗(yàn)證徐變模式的正確性·基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和參數(shù)識(shí)別的溫度場(chǎng)模擬·考慮幾何非線性的施工過(guò)程計(jì)算拱軸線的變化對(duì)主拱肋的應(yīng)力分布影響較大因此對(duì)大跨徑鋼管混凝土拱橋幾何非線性的影響必須考慮·實(shí)現(xiàn)鋼管混凝土拱橋每個(gè)施工階段對(duì)應(yīng)其實(shí)際應(yīng)力分布的穩(wěn)定性分析·實(shí)現(xiàn)鋼管混凝土拱橋施工過(guò)程中考慮如拱軸線偏位等初始缺陷的穩(wěn)定性分析·鋼管混凝土構(gòu)件有限元計(jì)算模型的研究鋼管與混凝土的的共同工作通常有兩種方法一種是采用全斷面的桿單元空鋼管吊裝到管內(nèi)混凝土達(dá)到強(qiáng)度前為鋼管單元其后將鋼管混凝土作為一個(gè)單元根據(jù)剛度分配內(nèi)力從而得到鋼管與混凝土的應(yīng)力另一種方法是將鋼管和混凝土各作為一個(gè)單元考慮兩者完全粘結(jié)直接求出各自的內(nèi)力與應(yīng)力以上兩種方法的共同點(diǎn)為鋼管與混凝土完全粘結(jié)而實(shí)際情況并非如此因此按上述兩種方法計(jì)算的鋼管與混凝土的應(yīng)力并不與實(shí)際應(yīng)力分布完全一致取用何種計(jì)算模式對(duì)混凝土參與工作后各施工階段的理論分析是本課題的重要內(nèi)容之一·主拱肋工廠線型的確定·鋼管砼拱橋合理成橋狀態(tài)的確定對(duì)鋼管混凝土拱橋施工的全過(guò)程進(jìn)行仿真分析尤其是扣索內(nèi)力對(duì)拱軸線的影響以使成橋狀態(tài)的拱軸線符合或接近理想的拱軸線從而更好的發(fā)揮鋼管混凝土復(fù)合材料的受力特性專題四鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究下設(shè)三個(gè)子題分別為1既有鋼管混凝土拱橋的現(xiàn)狀調(diào)查及養(yǎng)護(hù)維修改造技術(shù)的研究研究?jī)?nèi)容主要包括既有鋼管混凝土拱橋的養(yǎng)護(hù)需求分析及養(yǎng)護(hù)維修方法的研究在21國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析與評(píng)價(jià)中曾指出鋼管混凝土拱橋的出現(xiàn)才十余年的時(shí)間但在使用與養(yǎng)護(hù)方面已出現(xiàn)了一些問(wèn)題本研究擬通過(guò)已建成的鋼管混凝土拱橋若干典型橋例的重點(diǎn)調(diào)查和一些橋例的一般性調(diào)查對(duì)鋼管混凝土拱橋的現(xiàn)狀特征進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)分析制約養(yǎng)護(hù)的因素及其養(yǎng)護(hù)需求調(diào)查內(nèi)容包括外觀調(diào)查管內(nèi)混凝土密實(shí)度檢測(cè)吊桿系桿索力測(cè)試以及必要的全橋靜動(dòng)載試驗(yàn)等在對(duì)現(xiàn)狀調(diào)查的基礎(chǔ)上有針對(duì)性的研究養(yǎng)護(hù)維修辦法如拱肋鋼構(gòu)件損傷及病害的維修養(yǎng)護(hù)技術(shù)如防護(hù)體系損傷及病害處治構(gòu)件節(jié)點(diǎn)及銜接部位損傷及病害處治措施吊桿系桿體系的養(yǎng)護(hù)維修更換措施及替代技術(shù)避免重慶綦江彩虹橋及宜賓金沙江小南門(mén)橋等吊桿突然破壞這樣的災(zāi)難性事故的發(fā)生研究成果報(bào)告可為制定或修訂公路養(yǎng)護(hù)規(guī)范中鋼管混凝土拱橋等相關(guān)章節(jié)提供基礎(chǔ)資料和技術(shù)支撐鑒于拱橋吊桿健康診斷技術(shù)研究2新建鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護(hù)技術(shù)的研究研究?jī)?nèi)容主要包括新建鋼管混凝土拱橋各關(guān)鍵部位考慮養(yǎng)護(hù)的合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)造及養(yǎng)護(hù)設(shè)施通過(guò)對(duì)現(xiàn)有鋼管混凝土現(xiàn)狀的調(diào)查與鋼管混凝土拱橋與其它類型拱橋的異同點(diǎn)的分析針對(duì)不同結(jié)構(gòu)形式不同跨徑的鋼管混凝土拱橋的特點(diǎn)研究鋼管混凝土拱橋各關(guān)鍵部位考慮養(yǎng)護(hù)的合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)造制定出與其相適應(yīng)以養(yǎng)護(hù)通道為主的養(yǎng)護(hù)設(shè)施設(shè)置要求和技術(shù)指標(biāo)為鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)規(guī)范制定與修訂提供基礎(chǔ)資料與技術(shù)支撐同時(shí)結(jié)合子題1的相關(guān)內(nèi)容針對(duì)中下承式鋼管混凝土拱橋的關(guān)鍵部件之一吊桿或系桿研究確定其養(yǎng)護(hù)周期及維修措施的判別細(xì)則及實(shí)施方法3鋼管混凝土拱橋健康診斷及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究研究?jī)?nèi)容主要包括鋼管混凝土拱橋的健康診斷技術(shù)大跨度鋼管混凝土拱橋的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)對(duì)于運(yùn)營(yíng)中的橋梁進(jìn)行健康診斷是當(dāng)今世界橋梁工程中研究的熱點(diǎn)問(wèn)題它對(duì)于提高橋梁的使用壽命與使用效率降低養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用具有重要的意義對(duì)于大量使用的中小跨徑與中小規(guī)模的鋼管混凝土拱橋如何通過(guò)定時(shí)的簡(jiǎn)單的測(cè)試判斷其健康狀況是本子課題的研究重點(diǎn)本研究將通過(guò)收集到的已有橋梁的靜動(dòng)載試驗(yàn)資料本課題中對(duì)已有橋梁的調(diào)查與檢測(cè)資料進(jìn)行分析重點(diǎn)研究通過(guò)動(dòng)力測(cè)試和模態(tài)分析來(lái)判斷使用中鋼管混凝土拱橋的健康狀況的技術(shù)對(duì)于特大跨度與特大型的鋼管混凝土拱橋有些在建橋時(shí)就應(yīng)該考慮橋梁的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本研究則重點(diǎn)針對(duì)鋼管混凝土拱橋的受力特點(diǎn)進(jìn)行其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并充分利用施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控和成橋靜動(dòng)載試驗(yàn)中所埋設(shè)的傳感器以求以較少的投資達(dá)到較佳的效果34技術(shù)路線本項(xiàng)目采用理論分析室內(nèi)模型試驗(yàn)和依托工程驗(yàn)證的技術(shù)路線本項(xiàng)目技術(shù)路線的實(shí)施如下圖所示35工作方案和組織措施本項(xiàng)目研究專題較多專題研究?jī)?nèi)容之間又相互有聯(lián)系因此從研究?jī)?nèi)容中歸納出要做的具體工作很有必要下面綜合歸納了10個(gè)具體工作鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)計(jì)算分析專用軟件的研制鋼管混凝土拱橋施工控制專用軟件的研制室內(nèi)模型試驗(yàn)收集現(xiàn)有資料分析整理提出合理構(gòu)造形式計(jì)算分析構(gòu)造研究及資料整理6依托工程設(shè)計(jì)7依托工程施工8依托工程試驗(yàn)9編寫(xiě)鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)指南施工指南及養(yǎng)護(hù)維修指南10撰寫(xiě)專題研究報(bào)告上述10項(xiàng)工作可劃分為四個(gè)階段1研究階段2依托工程實(shí)施階段3總結(jié)階段4鑒定階段在研究階段完成設(shè)計(jì)計(jì)算分析專用軟件及施工控制專用軟件的研制專題計(jì)算分析對(duì)現(xiàn)有資料分析整理及構(gòu)造研究和室內(nèi)模型試驗(yàn)得出預(yù)期成果第二階段完成依托工程設(shè)計(jì)施工和試驗(yàn)并將第一階段研究成果用于依托工程第三階段撰寫(xiě)專題研究報(bào)告和設(shè)計(jì)施工及養(yǎng)護(hù)維修指南最后階段項(xiàng)目鑒定36計(jì)劃進(jìn)度安排本項(xiàng)目詳細(xì)工作計(jì)劃安排詳見(jiàn)附表2《計(jì)劃進(jìn)度表》37與后續(xù)技術(shù)改造或基建計(jì)劃的銜接基建或改造計(jì)劃的落實(shí)情況西部高等級(jí)公路建設(shè)起步不久國(guó)道主干線高等級(jí)公路網(wǎng)在2020年才初步形成在今后十多年內(nèi)有大量的橋梁要修建由于本項(xiàng)目是鋼管混凝土拱橋修建必須解決的關(guān)鍵技術(shù)之一因此和國(guó)家基本建設(shè)計(jì)劃的銜接是緊密的后續(xù)公路橋梁建設(shè)和技術(shù)改造新任務(wù)新工作還很多本項(xiàng)目實(shí)施后后續(xù)技術(shù)改造項(xiàng)目或基本建設(shè)項(xiàng)目可依據(jù)本項(xiàng)目提出的鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)施工及養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)來(lái)指導(dǎo)公路橋梁工程師們進(jìn)行更加科學(xué)合理的鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)施工等并為鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)施工等規(guī)范的制定提供參考并充實(shí)橋梁有關(guān)技術(shù)規(guī)范的內(nèi)容38技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)本項(xiàng)目技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如下1．本項(xiàng)目中鋼管專指圓鋼管2．鋼管混凝土拱橋指在鋼管內(nèi)灌注混凝土作為拱肋兩種材料共同參與受力的結(jié)構(gòu)3．室內(nèi)模型試驗(yàn)4．符合上述123條件的兩座依托工程5．鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)計(jì)算分析專用程序程序清單驗(yàn)證報(bào)告用戶證明6．鋼管混凝土拱橋施工控制專用程序程序清單驗(yàn)證報(bào)告用戶證明4項(xiàng)目承擔(dān)單位及參加單位概況41項(xiàng)目承擔(dān)單位及參加單位概況1．項(xiàng)目承擔(dān)單位概況項(xiàng)目承擔(dān)單位湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院?jiǎn)挝桓艣r湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院創(chuàng)建于1960年主要從事公路橋隧港航建筑巖土等專業(yè)的勘察設(shè)計(jì)咨詢和施工監(jiān)理以及試驗(yàn)檢測(cè)儀器檢測(cè)和銷(xiāo)售等科技咨詢服務(wù)業(yè)務(wù)具有建設(shè)部授予的工程勘察綜合公路行業(yè)含特大橋特大隧道和交通工程水運(yùn)行業(yè)含港口航道通航建筑等工程及市政公用行業(yè)含道路和公共交通等四大類甲級(jí)資質(zhì)及建筑工程乙級(jí)設(shè)計(jì)資質(zhì)還具有其他國(guó)家行業(yè)主管部門(mén)授予的包括工程咨詢科技咨詢和試驗(yàn)檢測(cè)等在內(nèi)的甲級(jí)資質(zhì)7種和乙級(jí)資質(zhì)2種是交通行業(yè)知名勘察設(shè)計(jì)單位之一該院人才濟(jì)濟(jì)技術(shù)先進(jìn)裝備精良管理科學(xué)現(xiàn)有職工495人專業(yè)技術(shù)人員約占全院職工總數(shù)的75其中包括享受?chē)?guó)務(wù)院政府特殊津貼交通部科技英才10人博士碩士30余人中高級(jí)技術(shù)職稱250人擁有先進(jìn)成套的測(cè)量試驗(yàn)檢測(cè)計(jì)算機(jī)監(jiān)理測(cè)試等設(shè)備2000多臺(tái)套各類科技圖書(shū)近7000種建立了全院的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)2000年通過(guò)ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證該院具有豐富的勘察設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及較強(qiáng)的科研實(shí)力至九五期末已累計(jì)完成勘察設(shè)計(jì)等級(jí)公路8500公里其中高速公路2000余公里獨(dú)立大橋139807延米286座公路長(zhǎng)大隧道15411米12座高速公路監(jiān)理210km大橋監(jiān)理10000延米業(yè)務(wù)遍及國(guó)內(nèi)14個(gè)省區(qū)及9個(gè)亞非國(guó)家1978年以來(lái)獲得國(guó)家部省級(jí)優(yōu)秀工程勘察設(shè)計(jì)咨詢科技進(jìn)步獎(jiǎng)100余項(xiàng)其中國(guó)家金獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)10項(xiàng)在以人為本科技興院的方針下近五年來(lái)該院在科研方面已投入近2000萬(wàn)元并已取得初步成效其中與本課題相關(guān)的科研活動(dòng)或科技成果包括大跨度鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與施工成套技術(shù)研究大跨度鋼管砼系桿拱橋結(jié)構(gòu)整體線型及局部結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)計(jì)超長(zhǎng)柔性系桿溫度影響效應(yīng)分析及施工關(guān)鍵技術(shù)研究等該院承諾將為本課題提供充足的人財(cái)物等各方面的支持2．項(xiàng)目參加單位概況項(xiàng)目參加單位1交通部公路科學(xué)研究所單位概況交通部公路科學(xué)研究所成立于1956年是我國(guó)公路交通領(lǐng)域綜合性的技術(shù)研究開(kāi)發(fā)基地經(jīng)過(guò)科技體制改革成為交通部公路交通領(lǐng)域唯一的部直屬科研院所交通部公路科學(xué)研究所主要從事道路工程橋梁工程交通工程與智能交通公路運(yùn)輸工程汽車(chē)運(yùn)用工程公路環(huán)境工程的科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)工作經(jīng)過(guò)46年的發(fā)展現(xiàn)有職工470人其中技術(shù)人員360人具有道路橋梁交通工程三個(gè)專業(yè)碩士學(xué)位授予資格與東南大學(xué)聯(lián)合具有交通運(yùn)輸工程一級(jí)學(xué)科博士生培養(yǎng)資格并建立了博士后工作站目前全所有工程院士1名博士生導(dǎo)師4名博士10名碩士62名享受政府特殊津貼的科技人員21名有突出貢獻(xiàn)的中青年專家5名交通科技英才4名1988年科技體制改革后公路所面向經(jīng)濟(jì)建設(shè)主戰(zhàn)場(chǎng)承擔(dān)了勘察設(shè)計(jì)工程檢測(cè)施工監(jiān)理等項(xiàng)目共760余項(xiàng)獲部省級(jí)獎(jiǎng)9項(xiàng)在橋梁設(shè)計(jì)科研檢測(cè)測(cè)試和橋梁CAD等方面充分發(fā)揮所的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在西部交通科技項(xiàng)目中公路所在道路橋梁巖土等方面承擔(dān)多項(xiàng)任務(wù)公路所近幾年來(lái)加速科技成果轉(zhuǎn)化發(fā)展高科技技術(shù)產(chǎn)業(yè)獲取市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)逐步建立了現(xiàn)代科技院所的機(jī)制已成為我國(guó)公路交通領(lǐng)域的科技開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)成果轉(zhuǎn)化基地和人才培養(yǎng)基地先后開(kāi)發(fā)橋梁檢測(cè)用的鋼筋保護(hù)層測(cè)定儀鋼筋銹蝕儀等專用設(shè)備及橋梁運(yùn)營(yíng)管理養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)主持完成了《公路工程質(zhì)量檢測(cè)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的編制及修訂工作項(xiàng)目參加單位2福州大學(xué)單位概況福州大學(xué)1996年211工程國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目學(xué)校設(shè)有13個(gè)學(xué)院21個(gè)系7個(gè)博士點(diǎn)46個(gè)碩士點(diǎn)8個(gè)省211工程重點(diǎn)學(xué)科學(xué)校擁有一支較強(qiáng)的師資隊(duì)伍在1200多名專任教師專職科研人員中有正副教授500多名其中院士2名博士生導(dǎo)師41名國(guó)家級(jí)專家9名省有突出貢獻(xiàn)專家和優(yōu)秀專家20名享受政府特殊津貼專家105名211工程九五期間建設(shè)項(xiàng)目驗(yàn)收1．負(fù)責(zé)專題一以及專題二的部分工作2．負(fù)責(zé)有關(guān)室內(nèi)模型試驗(yàn)3．參加鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)計(jì)算分析專用軟件的研制4．參加鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)指南編寫(xiě) 長(zhǎng)沙交通學(xué)院參加單位 1．負(fù)責(zé)專題三2．負(fù)責(zé)依托工程試驗(yàn)和有關(guān)室內(nèi)模型試驗(yàn)3．負(fù)責(zé)依托工程長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)及養(yǎng)護(hù)4．負(fù)責(zé)鋼管混凝土拱橋施工控制專用軟件的研制5．負(fù)責(zé)鋼管混凝土拱橋施工指南編寫(xiě) 湘西土家族苗族自治州交通局參加單位 1．負(fù)責(zé)依托工程總結(jié)2．協(xié)助丁方做好有關(guān)依托工程試驗(yàn)3．協(xié)助乙方做好依托工程長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)及養(yǎng)護(hù)工作42項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人和其他主要參加人員情況簡(jiǎn)介1．項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人情況簡(jiǎn)介本項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人為陳明憲研究員級(jí)高級(jí)工程師湖南省交通廳張勁泉副研究員交通部公路科學(xué)研究所和xx教授福州大學(xué)項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人簡(jiǎn)況詳見(jiàn)附表3《項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人簡(jiǎn)況》2．項(xiàng)目其他主要參加人員情況簡(jiǎn)介本項(xiàng)目其他主要參加人員詳見(jiàn)附表4《項(xiàng)目其他主要參加人員情況表》5項(xiàng)目依托工程情況及其他必要支撐條件51項(xiàng)目依托工程概況本項(xiàng)目依托工程共兩個(gè)依托工程1湖南省湘西土家族苗族自治州永順王村大橋依托工程2湖南省益陽(yáng)市茅草街大橋1．投資來(lái)源王村大橋和益陽(yáng)市茅草街大橋投資來(lái)源均為國(guó)家投資交通廳補(bǔ)助地方財(cái)政及銀行貸款2．工程規(guī)模王村大橋?yàn)閺埣医缰亮_依溪公路上的一座中承式鋼管混凝土拱橋孔徑布置為26m＋208m＋26m設(shè)計(jì)荷載為汽20級(jí)掛車(chē)100主跨矢跨比15矢高40426m拱軸系數(shù)m1543每片拱肋由4φ750×12mm的鋼管用綴板綴條組成四肢式鋼管混凝土格構(gòu)式結(jié)構(gòu)拱肋腹桿鋼管規(guī)格φ300×10mm平聯(lián)鋼板厚度10mm橫撐主弦管規(guī)格φ500×10mm橫撐腹桿鋼管規(guī)格φ250×8mm材料均為16Mn鋼兩條拱肋的中心距為14m拱肋間共設(shè)10道橫撐每道橫撐為空鋼管構(gòu)成的桁式梁拱上立柱采用φ800×10mm鋼管管內(nèi)澆筑50號(hào)微膨脹混凝土拱上立柱通過(guò)預(yù)埋件與拱肋及橫梁焊接橫梁為預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件吊桿采用熱擠聚乙烯防護(hù)吊桿109φs5低松弛鍍鋅鋼絞線吊桿間距65m錨具采用LM型冷鑄鐓頭錨下端為固定端上端為張拉端該橋由湖南省交通科學(xué)研究院設(shè)計(jì)湖南路橋建設(shè)集團(tuán)公司施工業(yè)主為湘西土家族苗族自治州交通局益陽(yáng)市茅草街大橋是省道1831線跨越松澧洪道藕池河西支南茅運(yùn)河及沱江的一座特大型橋梁跨松澧洪道橋主橋按80m368m80m三跨連續(xù)自錨中承式鋼管砼系桿拱橋布置主橋長(zhǎng)528m邊跨主跨拱腳均固結(jié)于拱座邊跨曲梁與邊墩之間設(shè)置軸向活動(dòng)盆式支座在兩邊跨端部之間設(shè)置鋼鉸線系桿通過(guò)邊拱拱肋平衡主拱拱肋所產(chǎn)生的水平推力全橋橋面寬度為160m主拱拱肋采用中承式雙肋懸鏈線無(wú)鉸拱計(jì)算跨徑35600m計(jì)算矢高7120m矢跨比15拱軸系數(shù)m1543每片拱肋由4根φ1000182228mm的Q345qc鋼管組成內(nèi)灌C50砼作為弦桿吊桿標(biāo)準(zhǔn)間距為80m采用鍍鋅高強(qiáng)低松馳73φS7鋼絲束PE防護(hù)1670Mpa采用加裝有位移釋放裝置的OVM-LZM型冷鑄鐓頭錨分別錨于主拱拱肋的平聯(lián)鋼管頂和鋼橫梁的下翼緣橋面板由橋面板鋼縱梁預(yù)制鋼筋砼π型板現(xiàn)澆8cm厚銑削鋼纖維砼及5cm厚細(xì)粒式瀝青砼鋪裝層構(gòu)成橋面板鋼縱梁采用施工方便易于維修的焊接工字鋼梁上下翼板寬400mm厚10mm腹板厚10mm梁高500mm橫向共設(shè)六組預(yù)制板長(zhǎng)750cm全高18cm肋寬25～30cm翼板厚12cm邊板寬185cm中板寬210cm該橋由湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)湖南路橋建設(shè)集團(tuán)公司施工業(yè)主為湖南省益陽(yáng)市茅草街大橋建設(shè)開(kāi)發(fā)有限公司3．工程進(jìn)度與項(xiàng)目科研進(jìn)度的協(xié)調(diào)吻合情況兩依托工程與項(xiàng)目均有良好的時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系王村大橋于2002年3月開(kāi)工預(yù)計(jì)2004年竣工通車(chē)王村大橋已于2002年7月開(kāi)工預(yù)計(jì)2005年竣工通車(chē)項(xiàng)目依托工程實(shí)施方案和計(jì)劃進(jìn)度安排詳見(jiàn)附表5《依托工程實(shí)施方案和計(jì)劃進(jìn)度安排》52其他必要支撐條件1．支撐條件1承擔(dān)單位和參加單位具備承擔(dān)不同結(jié)構(gòu)形式鋼管混凝土橋梁設(shè)計(jì)和做大型模型試驗(yàn)的條件和成功經(jīng)驗(yàn)2承擔(dān)單位為確保西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目的質(zhì)量制定了一系列科研管理?xiàng)l例使項(xiàng)目成員能全身心地投入工作3承擔(dān)單位與參加單位有成功合作的先例能確保工作的順利進(jìn)行4依托工程業(yè)主單位表示在依托工程中給予配套科研經(jīng)費(fèi)的支持2．?dāng)M投入本項(xiàng)目研究的科研設(shè)施裝備條件擬投入本項(xiàng)目研究的科研設(shè)施裝備條件詳見(jiàn)附表6《擬投入本項(xiàng)目的已有科研設(shè)施裝備條件》6項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)估算及資金籌措情況61項(xiàng)目總經(jīng)費(fèi)和年度經(jīng)費(fèi)預(yù)算經(jīng)過(guò)測(cè)算本項(xiàng)目預(yù)算總經(jīng)費(fèi)為7500萬(wàn)元其中交通部撥款4000萬(wàn)元工程配套研究經(jīng)費(fèi)3500萬(wàn)元年度經(jīng)費(fèi)預(yù)算如下表年度經(jīng)費(fèi)預(yù)算表單位萬(wàn)元經(jīng)費(fèi)來(lái)源 2003年 2004年 2005年 合計(jì) 交通部撥款 2000 1500 500 4000 工程配套經(jīng)費(fèi) 1500 1500 500 3500 合計(jì) 3500 3000 1000 7500 62項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)和構(gòu)成本項(xiàng)目研究經(jīng)費(fèi)主要由部撥補(bǔ)助經(jīng)費(fèi)與依托工程配套經(jīng)費(fèi)組成其詳細(xì)的經(jīng)費(fèi)構(gòu)成及計(jì)算說(shuō)明詳見(jiàn)附表7《投標(biāo)報(bào)價(jià)及構(gòu)成細(xì)目表》7項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)及經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益71項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)本項(xiàng)目的研究將使我國(guó)鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)施工養(yǎng)護(hù)的技術(shù)躍上一個(gè)新的臺(tái)階使鋼管混凝土拱橋這一具有我國(guó)特色的橋梁技術(shù)繼續(xù)保持國(guó)際領(lǐng)先水平為我國(guó)公路交通的科技進(jìn)步做出積極的貢獻(xiàn)72最終提交的研究成果及其形式1研究報(bào)告之一研究總報(bào)告2研究報(bào)告之二專題研究分報(bào)告3研究報(bào)告之三室內(nèi)試驗(yàn)報(bào)告4研究報(bào)告之四鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)指南5研究報(bào)告之五鋼管混凝土拱橋施工指南6研究報(bào)告之六鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護(hù)與維修指南7研究報(bào)告之七鋼管混凝土拱橋依托工程設(shè)計(jì)總結(jié)8研究報(bào)告之八鋼管混凝土拱橋依托工程施工總結(jié)9研究報(bào)告之九鋼管混凝土拱橋依托工程試驗(yàn)總結(jié)10研究報(bào)告之十鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)計(jì)算分析專用軟件11研究報(bào)告之十一鋼管混凝土拱橋施工控制專用軟件73經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境效益分析公路交通是西部主導(dǎo)性的運(yùn)輸方式但是西部地區(qū)公路交通仍然是制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素截至2000年底西部已建成通車(chē)公路554萬(wàn)公里占全國(guó)通車(chē)總里程的395其中高速公路3677公里僅為全國(guó)高速公路總里程的225西部二級(jí)以上公路占公路總里程的比例為744比全國(guó)平均水平135低6個(gè)百分點(diǎn)因此西部大開(kāi)發(fā)中公路建設(shè)應(yīng)是其交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的最重要內(nèi)容橋梁則是公路建設(shè)的關(guān)鍵部分以西南公路出海通道為例由于地形復(fù)雜全線上共有大小橋梁1089座平均每公里達(dá)15座西部地區(qū)為我國(guó)眾多大江大河的發(fā)源地和上源除少數(shù)橋梁需特大跨徑要修建大跨度懸索橋和斜拉橋外一般橋梁的跨徑在幾十米到二三百米之間這個(gè)范圍正是鋼管混凝土拱橋的經(jīng)濟(jì)跨徑范圍因此鋼管混凝土拱橋是西部公路建設(shè)中可供選擇的合適橋型之一我國(guó)西南地處山區(qū)適合于修建拱橋鋼管混凝土拱橋常因其造價(jià)低施工工期短造型美觀而成為最具競(jìng)爭(zhēng)力的橋型方案這也是這一橋型從該地區(qū)發(fā)展起來(lái)的重要原因目前該地區(qū)仍有重慶巫峽長(zhǎng)江大橋等世界級(jí)的橋梁在修建之中引領(lǐng)著我國(guó)鋼管混凝土拱橋的技術(shù)進(jìn)步鋼管混凝土拱橋從我國(guó)西南發(fā)展起來(lái)之后向沿海地區(qū)推廣進(jìn)而向西北地區(qū)發(fā)展在陜西新疆青海甘肅等地都有修建但相比于其它地區(qū)數(shù)量較少西北地區(qū)的自然條件與其它地區(qū)有較大的差異目前對(duì)鋼管混凝土拱橋在該地區(qū)應(yīng)用的特殊性還研究得不多同時(shí)該地區(qū)的橋梁技術(shù)力量較弱經(jīng)濟(jì)條件相對(duì)較差和前一時(shí)期公路建