【正文】 點(diǎn)及其合理的構(gòu)造形式；對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。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)過去在我國的橋梁中幾乎沒有什么應(yīng)用，因此，對于管結(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。單管截面加工簡單，但抗彎效率低，主要用于跨徑不大 26 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)。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)。中承式拱還有相當(dāng)部分是有推力的結(jié)構(gòu)。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。 上承式拱橋構(gòu)造簡單、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。 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程的監(jiān)測技術(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)。在此基礎(chǔ)上，通過大量的參數(shù)分析，提出鋼管混凝土拱橋極限承載力的實(shí)用算法。 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn) 首次系統(tǒng)全面地提出從結(jié)構(gòu)構(gòu)造、計(jì)算理論、施工技術(shù)、養(yǎng)護(hù)維修等方面進(jìn)行鋼管混凝土拱橋的研究 。 長沙 交通 學(xué) 院 為本項(xiàng)目的主要參加單位之一。 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 21 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，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)。福州大學(xué)對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、溫度問題、施工受力分析等方面均取得了可喜的成果。 抗風(fēng)抗震性能研究 研究內(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)測定和靜風(fēng)荷載計(jì)算、拱肋及橋 面系節(jié)段模型測振風(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。 鋼管混凝土防脫空技術(shù)研究 研究內(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)。鋼 18 管混凝土拱橋要在西部開發(fā)中發(fā)揮其優(yōu)勢，必須在養(yǎng)護(hù)問題上取得突破性的進(jìn)展 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。 橋梁使用狀態(tài)的健康診斷與長期監(jiān)測是當(dāng)前橋梁工程研究的一個(gè)熱點(diǎn)，已引起國內(nèi)外橋梁使用與管理部門的高度重視，我國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)開始了這項(xiàng)應(yīng)用。 鋼管混凝土拱橋鋼管外表面的防腐涂裝早期多為油漆，使用數(shù)年后需要補(bǔ)涂，有的甚至需要重新油漆。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)與更換帶來了相當(dāng)?shù)睦щy。但對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)可能過嚴(yán)、施工不易達(dá)到，而且對結(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，對結(jié)構(gòu)的使用和安全帶來不利的因素。但由于施工監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)主要從斜拉橋施工引入，因此在針對鋼管混凝土拱橋特點(diǎn)開 展施工監(jiān)測監(jiān)控方面的研究才剛剛開始。 施工及施工控制方面存在的主要問題 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，但也存在著一些問題。然而，正如前面所述的，容許應(yīng)力法存在著偏保守的傾向。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)力對結(jié)構(gòu)受力性能的影響也有特進(jìn)一步的研究。目前，鋼管混凝土拱肋剛度取值問題尚未引起人們的注意，有關(guān)研究開展得很少，設(shè)計(jì)時(shí)多數(shù)是簡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，它對于內(nèi)力計(jì)算是偏于安全的，然而，對于穩(wěn)定和撓度計(jì)算則是偏于不安全的，而穩(wěn)定和撓度往往會成為大跨度鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)的主要控制因素 。 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)剛度如何取值對計(jì)算結(jié)果有相當(dāng)?shù)挠绊憽Ｈ疽?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。鋼管的受力、初應(yīng)力對結(jié)構(gòu)受力的影響是一個(gè)有等研究的問題。如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，開發(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。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。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。已有一些橋梁在橋面系的使用中暴露出一些問題，如橋面系振動較大、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。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，目前這方面研究開展得也不多。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。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，且迄今未見有關(guān)試驗(yàn)研究，因此這些計(jì)算方法孰優(yōu)孰劣無從判斷。 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。在標(biāo)準(zhǔn)方面，新修訂的《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范 JTJ4120xx》 [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)評定標(biāo)準(zhǔn) JTJ07197》 [13]也對原標(biāo)準(zhǔn) 07194 中有關(guān)鋼管混凝土拱橋的內(nèi)容進(jìn)行了修訂。 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]一書中得到了較為集中的反映。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)測資料和個(gè)案研究成果。因此，本項(xiàng)目的研究對于西部經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也將有十分積極的作用。如前所述， 7 鋼管混凝土拱橋是一種適合 我國西部地區(qū)應(yīng)用的橋型，因此， 本項(xiàng)目對鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)、施工與養(yǎng)護(hù)關(guān)健技術(shù)問題的研究， 對 充分發(fā)揮科技創(chuàng)新在西部交通建設(shè)中的作用，對西部交通建設(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 起到積極的推動作用。國內(nèi)雖然鋼管混凝土拱橋修建了較多，但是以針對具體橋梁的個(gè)案問題的研究為主，許多問題還未涉及，一些問題雖開展了研究但不深入，更缺乏對鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)開展過系統(tǒng)的研究。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 6 江大橋（主跨凈跨徑 460m）、蘭州雁鹽黃河大橋（三跨一聯(lián)87+127+87m）、湖南省永順縣王村大橋（主跨凈跨徑為 200m）等。 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。 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象， 對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)量檢測與控制技術(shù)、施工控制技術(shù)等進(jìn)行研究，編寫鋼管混凝土拱橋施工指南以指導(dǎo)施工；對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)測系統(tǒng)進(jìn)行研究，新建橋梁從建設(shè)開始就能為將來的使用與養(yǎng)護(hù)考慮，對于已建橋梁提出合理的 5 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)及安全評定方法，編寫鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護(hù)手冊 ，以最大限度地發(fā)揮鋼管混凝土拱橋的社會經(jīng)濟(jì)效益。 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 ： 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。我 國西南地處山區(qū)，適合于修建拱橋，鋼管混凝土拱橋是在我國經(jīng)過廣大橋梁工作者對拱橋輕型化、現(xiàn)代化的大量探索之后，找到的一種新型拱橋結(jié)構(gòu)。 然而，由于我國正處于交通基礎(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程之中，仍有許多課題研究有待進(jìn)行，更為重要的是我國迄今為止還沒有專門的鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與施工規(guī)范，給工程應(yīng)用帶來困難，也制約了鋼管混凝土拱橋的健康發(fā)展。 在國外，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。 鋼管混凝土將 鋼材和混凝土有機(jī)地結(jié)合在一起。 1990 年代，我國在西南地區(qū)開始了將鋼管混凝土應(yīng)用于拱橋的實(shí)踐。 1 技 術(shù) 響 應(yīng) 書 項(xiàng)目的背景和必要性 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)的對結(jié)構(gòu)的壓力，具有很大的經(jīng)濟(jì)性。然而，圬工和鋼筋混凝土拱橋的 自重較大，無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)。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江大橋（主跨凈跨 460m）。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。近些年國外有個(gè)別拱橋應(yīng)用了鋼管混凝土材料，如法國的 Autrenas橋（跨徑 56m）、美國的 Columbus Gateway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，與我國的鋼管混凝土拱橋相比，無論在設(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。 鋼管混凝土拱橋最早從我國的西南發(fā)展起來。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)揮越來越重要的作用，對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)開展研究是非常必要的 。 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)測系統(tǒng)的研究。 市場需求前景 交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是我國西部開發(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。據(jù) 20xx年 11 月人民交通出版社出版的《鋼管混凝土拱橋?qū)嵗ㄒ唬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)。 達(dá)到的技術(shù)水平 鋼管混凝土拱橋是一種適合于中國國情的橋梁結(jié)構(gòu)形式，國外此類橋梁修建甚少，因此其研 究工作開展也極少。 在國民 經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用 西部開發(fā)是我國實(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)問題。大量鋼管混凝土拱橋的修建，將帶動相關(guān)的冶金、建材、建筑等行業(yè)的發(fā)展。 目前國內(nèi)研究已取得的成果 隨著鋼管混凝土拱橋應(yīng)用推廣，我國對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。此外，在管內(nèi)混凝土收縮徐變問題、桁式結(jié)點(diǎn)疲勞問題、鋼管混凝土拱橋的動力性能及抗震抗風(fēng)問題、鋼管防腐問題等方面也開展了一些研究?！豆肥┕な謨?— 橋涵（第二版）》 [11]也增加了鋼管 9 混凝土拱橋的施工內(nèi)容。 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。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。 我國長期以來，受經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)條件的限制，鋼橋修建相對較少，尤其在公路橋梁中。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。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，橋面振動較為厲害。橋面系的輕型化問題就顯得十分突出。 在我國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