【正文】 們的研究。 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。 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。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題時(shí)而僅考慮材料非線性時(shí)，它就轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度問題。 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 。 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)力問題沒有開展研究。用掛車或履帶車驗(yàn)算時(shí)，上述撓度可增加 20%。目前已對(duì)鋼管混凝土拱橋溫度問題進(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。 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。然而由于我國(guó)過去鋼橋修建較少，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。 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）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。 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)之一是通過對(duì)依托工程的施工過程進(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)。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控針對(duì)施工過程的各種因素所引起的理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值不一致的問題，采取措施在施工中加以控制和調(diào)整。 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。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)。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。還具有其他國(guó)家行業(yè)主管部門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。 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。 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)。經(jīng)過 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。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)?。▍^(qū)）及 9 個(gè)亞非國(guó)家。 項(xiàng)目承擔(dān)單位及參加單位概況 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 單位概況：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)和銷售等科技咨詢服務(wù)業(yè)務(wù)。 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。 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)的研究與開發(fā)。 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)。 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。 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。 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。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。與此同時(shí)，本研究以極限承載力計(jì)算理論為基礎(chǔ)，因此在收縮徐變問題研究中，將改變過去采用容許應(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。 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)。 對(duì)于超靜定的鋼管混凝土拱橋，除了恒載和車輛、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 。《 JTJ 02285》對(duì)圬工拱橋的變形控制條件是按規(guī)定的汽車荷載（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L/1000。剛度取值受到管內(nèi)混凝土收縮徐變方面的影響問題將在下一個(gè)二級(jí)子課題中研究。 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。 我國(guó)在鋼管混凝土單圓管拱的受力全過程試驗(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。 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)置等問題。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。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。但其橋面系有上承部分，也有下承部分。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。 根據(jù)鋼管混凝土拱橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，首次提出從結(jié)構(gòu)體系、拱肋結(jié)構(gòu)與構(gòu)造和橋面系結(jié)構(gòu)三個(gè)方面研究鋼管混凝土拱橋的研究思路，將 管結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)橋梁的研究成果與我國(guó)在拱橋方面的豐富經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，以探討鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的合理形式。 過去相關(guān)研究的工作基礎(chǔ)及獲獎(jiǎng)情況 詳見 附表 1《投標(biāo)人相關(guān)的科技成果或產(chǎn)品開發(fā)情況表》。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)。 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。 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)方面的問題，隨著時(shí)間的推移，養(yǎng)護(hù)問題會(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。為此， 2020 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 ”的項(xiàng)目。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展得還不夠。 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。 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。 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)。 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。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。 我國(guó)過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。 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 100m的鋼管混凝土拱橋，桁肋是一個(gè)比較合適的截面形式。 結(jié)構(gòu)體系研究方面存在的主要問題 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，這些工作迄今未見研究報(bào)道。在單圓管的面內(nèi)、面外受力全過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。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)。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。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。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。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。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。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。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。 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)問題可能更加突出。 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、收縮徐變問題研究。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。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。 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。 2002年出版的《鋼管混凝土拱橋?qū)嵗ㄒ唬?[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)展與施工問題研究進(jìn)行了綜述，該書還給出了十一座有 代表性的鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)、施工、科研的較