1、精選優質文檔-傾情為你奉上目 錄專心-專注-專業0 引言拱橋是我們最熟知的一種原始、古老、傳統的橋型，而鋼管混凝土拱橋作為拱橋家族中的一種新穎特殊的型式，已經象百花叢中的一朵奇葩正含苞怒放。它具有跨越能力強，拱肋自架設性能好，構件加工制作工廠化等優點，對于跨越各種條件下的河流、山谷、道路、建筑物等具有極強的適應性；對于當今既有美學景觀又有經濟指標雙控要求的跨越方式具有很強的競爭性；對于50500m左右跨徑的大、中、小橋型橋梁結構形式均具有十分誘人的可選擇性。對于它的發展可以預見應當具有極為廣闊的前景和強大的生命力。盡管這種結構型式目前應用廣泛，但對于它的設計理論與施工技術的深入研究，卻遠滯后于

2、它的工程應用，迄今為止，我國尚無鋼管混凝土拱橋的設計、施工和養護規范。因此，“鋼管混凝土拱橋設計、施工及養護關鍵技術研究”成為了交通部2003年第一批通過招投標確定研究單位的西部交通建設科技項目。2003年3月由湖南省交通規劃勘察設計院牽頭，聯合福州大學、長沙理工大學及交通部公路科學研究院等單位組成聯合體參加了該項目的投標。根據合同要求，該項目研究大綱于2003年11月16日在長沙通過了由交通部西部交通建設科技項目管理中心主持的專家評審，同時在原有聯合體單位的基礎上，又增加了湖南路橋建設集團公司、湖南大學、哈爾濱工業大學及益陽市茅草街大橋建設開發有限公司等參加單位。本項目由湖南省交通規劃勘察設

3、計院牽頭，經過全國80余位專家歷時四年多的團結協作,刻苦攻關，終于于2007年6月圓滿完成，并征得交通部西部交通建設科技項目管理中心批準同意進行鑒定驗收。由設計大師孟凡超、楊高中，鐘善桐、聶建國等眾多國內橋梁工程界權威組成的鑒定委員會充分肯定了本項目科研成果，并一致認為該項目研究成果整體達到國際領先水平。1 主要研究內容及實施方案1.1 總體目標（1）提出不同構造體系合理的型式與適用范圍 ；（2）提出可靠的設計理論、實用算法及應用程序，編寫設計指南；（3）形成一套完整的拱肋制作、架設、施工及質量控制技術，編寫施工指南；（4）提出合理的養護維修及健康診斷技術，編寫養護維修指南。1.2 主要研究內

4、容本項目共設四個專題，十三個子題。1.2.1專題一：鋼管混凝土拱橋結構體系的研究，下設三個子題，分別為：子題一：鋼管混凝土拱橋結構體系研究；項目研究工程實例：益陽茅草街大橋、湘西王村大橋、重慶巫峽長江大橋、武漢江漢五橋、衡南湘江公路大橋、廣州丫髻沙大橋、湖南邵陽西湖大橋。研究目標：合理結構形式、總體布置以及合理經濟跨徑。茅草街大橋（無推力）巫山長江大橋（有推力）子題二：鋼管混凝土拱肋結構與構造研究；（1）拱肋截面形式研究 單圓管結構簡單，拱肋制作、施工簡便；啞鈴形較之單圓管，截面抗彎剛度大；桁式較之啞鈴形，縱橫向抗彎剛度大，穩定性好；四管桁式抗扭和橫向抗彎剛度大，而六管桁式豎向抗彎剛度大；拱肋

5、截面型式對面內動力特性影響顯著；橫撐型式對橫向動力特性和穩定性影響顯著，“K”撐效果最佳。（2）管節點分析研究 無橫撐設置處桁架節點 K撐直撐處桁架節點 K撐斜撐處桁架節點 子題三：橋面結構與構造研究。項 目整體肋板式橋面簡支橋面組合結構橋面特 點縱橫梁采用固結構造，可降低橋面系建筑高度，剛度大受力明確，施工方便有效降低結構自重和橋面系建筑高度，剛度大適用范圍廣泛應用于中承式拱廣泛應用于拱支承橋新型結構形式茅草街大橋采用1.2.2專題二：鋼管混凝土拱橋結構設計理論及設計方法的研究，下設三個子題，分別為：子題一：鋼管混凝土拱橋極限承載力的研究；（1）啞鈴形構件研究 啞鈴形構件試驗裝置（2）桁式構

6、件研究 桁式構件試驗（3）肋拱模型試驗研究 肋拱面內試驗 肋拱面外試驗 （4）初應力影響研究實際橋梁中初應力度一般小于0.5，其大小隨跨徑增大而增大；初應力度對塑性和穩定極限承載力影響較小；初應力度 時，對彈性極限荷載影響較大；建議限制鋼管初應力度在0.6以下且應保證空鋼管結構在施工過程中的安全。子題二：鋼管混凝土拱橋正常使用極限狀態的研究；在福安群益橋（單圓管）、福鼎新桐山大橋（啞鈴形）和閩清石潭溪大橋（桁式）等三座實橋靜動載檢測數據基礎上，建立了有限元分析模型，進行了設計剛度對靜動力受力性能影響的分析，提出了取值建議：項 目設計剛度取值單圓管拱肋啞鈴型拱肋桁式拱肋內力、應力、動力特性EA=

7、EsAs+EcAcEI=EsIs+EcIcEA=EsAs+EcAcEI=EsIs+EcIcEA=EsAs+0.4EcAcEI=EsIs+EcIc穩定及變形EA=EsAs+EcAcEI=EsIs+0.8EcIcEA=EsAs+EcAcEI=EsIs+0.8EcIcEA=EsAs+0.4EcAcEI=EsIs+0.8EcIc以福鼎新桐山大橋、閩清石潭溪大橋和鄭州黃河二橋三座實橋為例，對活載撓度限值問題進行了探討，研究表明：撓度值不能有效地反映橋梁結構在活載作用下的實際振動和振感，正常行車條件下鋼管混凝土拱橋的振動與振感應以行車舒適度為考察點，建議取消撓度限值指標，引入振動加速度響應峰值或振動感覺指

8、標等來評價和控制。 子題三：鋼管混凝土拱橋溫度、收縮徐變問題研究。（1）收縮試驗 收縮試驗核心混凝土早期收縮（膨脹）變形很小，不會產生 “脫空”現象在長期荷載作用（1710天后）下，鋼管混凝土收縮量為素混凝土收縮量的1/41/5（2）構件徐變試驗 徐變試驗在長期荷載作用（1710天后）下，鋼管混凝土徐變應變為素混凝土徐變應變為的1/51/6；素混凝土徐變早期發展較快，兩年后進入穩定期，而鋼管混凝土兩年后仍在進行，發展趨勢緩慢。（3）節段模型徐變試驗節段試驗模型 核心混凝土徐變導致應力重分布，鋼管應力增大，最大增長量21.3，混凝土應力減小，最大卸載量52.7；鋼管混凝土具有徐變量值小，前期發展

9、速度較快(但較普通混凝土而言其增長速度要慢得多)，后期逐漸平緩的特點；鋼管混凝土前期徐變發展規律符合MC90徐變模型，而后期符合MC78模型。1.2.3專題三：鋼管混凝土拱橋施工及施工控制技術的研究，下設四個子題，分別為：子題一：鋼管拱肋加工制作技術標準的研究；制定了拱肋鋼結構制作驗收技術標準，詳見鋼管混凝土拱橋施工指南。 子題二：鋼管拱肋架設技術方法的研究； （1）鋼管拱肋架設方法研究 （2）纜吊系統的優化計算方法研究（3）風纜布置方式對扣塔穩定性影響研究 （4）吊塔與扣塔的連接形式研究 益陽茅草街大橋鋼管拱肋架設子題三：管內高性能混凝土的研究 管內核心混凝土變形性能試驗（1）超細礦物摻合料

10、硅灰和級粉煤灰可以顯著減少新拌混凝土的泌水 （2）提出了用L型箱的充填性為指標優化鋼管混凝土砂率的方法，利用該方法可使混凝土泵壓頂升的距離和高度更大，實現了長距離、大高度的一次泵壓頂升（3）摻入膨脹劑對混凝土澆注初期的變形影響不大，后期可有效減小管內混凝土的收縮，對鋼管混凝土的脫空現象能起到一定的抑制作用（4）足尺模型試驗驗證了以上結論。子題四：施工控制技術的研究。（1）施工控制新技術以制作線形作為懸臂拼裝過程中各工況目標線形，提出了采用增量比較法一次自動確定調索方案和計算扣索力的方法；提出了空中精確定位預制拱段的二步定位法。（2）開發了鋼管混凝土拱橋施工控制專用軟件（3）茅草街大橋主拱橋施工

11、過程及施工控制模型試驗研究 全橋模型 扣塔模型 1.2.4專題四：鋼管混凝土拱橋養護技術研究，下設三個子題，分別為：子題一：既有鋼管混凝土拱橋的現狀調查及養護、改造技術的研究； （1）從2005年4月到10月，對大量典型鋼管混凝土拱橋進行了實地調研，如下表所示：調研省份：15省市調研數量：69座鋼管混凝土拱橋，占當時全國數量的30%橋梁類型：公路橋梁、鐵路橋梁、市政橋梁橋梁跨徑：58m至368m結構類型：上承式4座、中承式36座、下承式29座（2）判別細則及實施方法 等級1：狀況完好或良好，正常保養等級2：狀況較好，進行小修等級3：狀況較差，進行局部中修，酌情進行交通管制等級4：狀態差，對病害

12、部位進行大修或改造，及時進行交通管制，限載、 限速通行，缺陷較嚴重時應關閉交通等級5：危險狀況，須徹底全面加固、改建或重建，及時關閉交通（3）加固改造技術研究子題二：新建鋼管混凝土拱橋養護技術的研究； （1）各主要構件均需設置養護維修通道 （2）吊桿、系桿必須采用可檢查可更換體系 （3）鋼結構防腐涂裝嚴格按照國家相關標準 （4）高度重視排水設計 （5）建立完善的監測系統 （6）明確關鍵部位養護周期子題三：鋼管混凝土拱橋健康診斷及監測系統的研究。橋梁整體性態與局部性態監測損傷識別與模型修正橋梁離線安全評定與預測橋梁環境荷載監測運營健康監測系統組成 上游北（茅草街）南（指揮部）系桿 溫度補償傳感器

13、 FBG-FRP應變傳感器風速儀FBG-FRP應變、溫度補償傳感器與主拱風速儀布設位置圖傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器 傳感器傳感器傳感器模塊化儀器模塊化儀器模塊化儀器串口通信服務器集線器數據采集系統組成結構圖 1.3 技術路線本項目采用理論分析、室內模型實驗、現場測試、工程分析、工程驗證相結合的研究思路，技術路線如下圖所示。1.4 依托工程本項目依托工程共兩個：湖南省湘西土家族苗族自治州永順王村大橋和益陽市茅草街大橋。兩依托工程與項目均有良好的時間對應關系，王村大橋于2001年3月開工，2004年5月竣工通車，益陽市茅草街大橋于2002年7月開工，2006年12月竣工通車。研

14、究成果均在依托工程中得到了較好的應用，確保了依托工程的安全順利完工，建成后各項指標達到設計要求，說明實際工程與科研相結合取得了較好的效果。2 主要研究成果及創新點本項目通過大量的調研、理論分析、數值計算和試驗研究，取得了以下重要研究成果：一、本項目通過理論分析、試驗研究、軟件研發和多座依托工程實踐驗證，取得了如下國際首創的研究成果：1）開展了鋼管混凝土啞鈴型、桁式構件以及肋拱多點加載的試驗研究，找出了其受力性能規律及破壞機理，填補了該領域基礎理論研究的空白，為鋼管混凝土拱橋設計理論奠定了基礎。2）提出了鋼管混凝土格構式結構極限承載力計算的修正法、等效長細比法、等效梁柱法；進行了四年半的鋼管混凝

15、土收縮、徐變試驗，擬合了收縮、徐變系數計算公式，推導了鋼管混凝土截面的內力重分布計算公式，完善了鋼管混凝土結構的收縮、徐變計算理論；開發了鋼管混凝土拱極限承載力計算專用軟件；提出了正常使用極限狀態下拱肋設計剛度取值和撓度限值等。研究成果為設計規范的制定提供了理論依據。3）基于茅草街大橋全橋施工控制及相關模型試驗，提出了鋼管混凝土拱橋纜索吊裝的索力增量比較法、預制拱段拼裝的二步定位法和橫梁定位的相對標高法，開發了鋼管混凝土拱橋施工控制專用軟件，可顯著提高施工控制效率和精度。三、系統提出了一套適合于鋼管混凝土拱橋纜索吊裝法的施工技術，解決了纜吊系統優化、吊扣塔一體化、管內高性能混凝土等關鍵技術難題

16、。四、系統地對全國范圍內近1/3的鋼管混凝土拱橋進行了調研，制定了一套完整的鋼管混凝土拱橋養護、維修技術方案，解決了鋼管混凝土拱橋管理和養護的關鍵問題。五、基于該項目的研究成果，率先在湖區極軟弱地基條件下，設計并建成了寬跨比為1/19的鋼管混凝土拱橋益陽茅草街大橋，其跨徑居同類橋型世界第一。六、編制了鋼管混凝土拱橋設計指南、鋼管混凝土拱橋施工指南、鋼管混凝土拱橋養護維修指南，為我國鋼管混凝土拱橋設計、施工及養護維修規范的制定奠定了基礎。經鑒定委員會專家鑒定：本項目對鋼管混凝土拱橋設計、施工與養護關鍵技術進行了系統的研究，技術路線正確，研究手段先進，創造性地解決了鋼管混凝土拱橋建設、養護等諸多技

17、術難題，取得了顯著的經濟和社會效益，研究成果具有廣闊的推廣應用前景。3 項目的經濟、社會、環境效益及推廣應用前景本項目 “鋼管混凝土拱橋設計、施工與養護關鍵技術研究”對鋼管混凝土拱橋結構體系、設計、施工與養護四個方面進行系統、深入研究，取得了一系列重要的創新性研究成果，也創造了較好的經濟、社會效益，四個專題具體分析見下表。鋼管混凝土拱橋結構體系的研究鋼管混凝土拱橋結構設計理論及設計方法的研究鋼管混凝土拱橋結構施工及施工控制技術的研究鋼管混凝土拱橋養護技術研究益陽市茅草街大橋：節省500萬元，主要體現在：（1）橋面采用輕型的鋼混組合結構設計，大大降低結構自重，節省主拱肋鋼材約500噸；（2）采用

18、可更換的環氧噴涂鋼絞線系桿和低應力吊桿，大大提高了索的耐久性和防腐可靠性，延長其使用壽命。確保了結構安全、合理，縮短了設計周期及施工工期。（1）益陽市茅草街大橋：節省400萬元；（2）福鼎山前大橋：節省50萬元；（3）福鼎新桐山大橋：節省200萬元；（4）泉州百琦湖大橋：節省200萬元。益陽市茅草街大橋：節省1600萬元，主要體現在：（1）纜吊架設系統的優化；（2）調索技術；（3）拱段吊裝的的二步定位技術；（4）用L型箱的充填性為指標優化混凝土砂率技術。（1）出于養護考慮的合理結構構造形式及管理模式，可節省養護費用；（2）健康監測與診斷系統可節省橋梁定期檢測的費用，減少安全事故帶來的經濟損失。

19、本項目的研究，產生直接經濟效益2950萬元本項目研究對我國目前鋼管混凝土拱橋設計、施工及養護等方面都具有重大的指導意義。這些研究成果將使我國鋼管混凝土拱橋躍上一個新臺階，為今后鋼管混凝土拱橋相關規范或制度的建立奠定基礎，填補了我國鋼管混凝土拱橋研究的空白。4 項目執行情況評價4.1 項目目標、任務完成情況的評價 本項目的研究內容雖然范圍廣、要求高，但課題組成員克服種種困難，認真對待，充分體現了大項目、大協作、大成果，全國鋼管混凝土拱橋研究及應用領域處于領先地位的8家科研機構、高等院校、設計單位、施工單位等，包括院士在內的83位科技人員參加科技攻關，共完成了四個專題13個子題的研究，發表了相關方

20、面論文25篇，編寫了對鋼管混凝土拱橋設計、施工及養護具有指導意義的指南3部，編制了鋼管混凝土拱橋設計、施工控制軟件2套。4.2 關鍵技術、主要科技成果及整體水平的評價本項目關鍵技術、研究成果覆蓋了鋼管混凝土拱橋力學理論、工程試驗、橋梁設計、橋梁建造、橋梁維修及養護等各領域，填補了我國工程界許多的學術空白，將進一步促進鋼管混凝土拱橋橋型的繁榮與發展，為鋼管混凝土拱橋的技術進步做出重要的貢獻。經鑒定委員會專家鑒定鑒定委員會認為：本項目對鋼管混凝土拱橋設計、施工與養護關鍵技術進行了系統的研究，技術路線正確，研究手段先進，創造性地解決了鋼管混凝土拱橋建設、養護等諸多技術難題，取得了顯著的經濟和社會效益

21、，研究成果具有廣闊的推廣應用前景。鑒定委員會一致認為本項目研究成果達到國際領先水平。4.3 項目實施對依托工程的作用和影響本項目在鋼管混凝土拱橋的設計、施工和養護技術的關鍵問題上取得了一些重大的突破和系統的研究成果，使鋼管混凝土拱橋的技術躍上一個新的臺階。本課題成果通過在益陽市茅草街大橋工程的實際應用，創造性地解決了益陽市茅草街大橋368m主跨鋼管混凝土拱橋的諸多技術難題，極大地降低工程成本，提高了工作效率，確保大橋建設過程的安全和整體質量，同時也產生了巨大社會、經濟效益，課題研究成果為益陽市茅草街大橋創造直接經濟效益共2500萬元。4.4經費使用的合理性評價在研究經費的使用過程中，課題組嚴格

22、遵守了科學性、合理性、互補性、高效性及重點優先的五原則，從實際出發，根據項目定位、各專題的研究內容以及設計、施工及養護之間相互關系等多方面的因素，進行綜合分析，客觀地制定項目經費的預算計劃，并在此基礎上合理的分配和使用了經費，從而有力的保障了項目研究在本領域的先進水平。5 合作者本項目的研究面廣，涉及的研究范圍寬，整個項目由四個專題十三個子題組成，涵蓋了鋼管混凝土拱橋的設計、施工、養護等多方面的內容，所以研究隊伍規模較大，項目研究成員中有院士1人、教授（包括教授級高級工程師、研究員級高級工程師）12人、副教授（包括副研究員、高級工程師）18人、講師（包括工程師）20人、助理研究員（包括助理工程師）4人、博士研究生、碩士研究生28人，期間，還不斷有研究人員充實到研究隊伍中來。其中主要研究人員見下表。排名姓 名職 稱工作單位主 要 貢 獻1陳明憲教授級高工湖南省交通廳項目負責人2胡建華研究員級高工湖南省交通規劃勘察設計院項目組織及專題一負責人3李 瑜高級工程師湖南省交通規劃勘察設計院項