【正文】 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(zhuān)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。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 20xx 多臺(tái)套，各類(lèi)科技圖書(shū)近 7000種，建立了全院的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。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。 40 在“ 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?；诂F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和參數(shù)識(shí)別的溫度場(chǎng)模擬。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。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。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。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。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。 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(xiàn)性與幾何非線(xiàn)性問(wèn)題。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(lèi)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。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(chēng)飛鳥(niǎo)式或飛燕式，也有稱(chēng)自平衡或自錨式的。 以結(jié)構(gòu)的極限承載力作為設(shè)計(jì)理論研究的核心，提出建立在試驗(yàn)與大型通用程序驗(yàn)證基礎(chǔ)上的、能較好地反映結(jié)構(gòu)受力實(shí)際情況的、考慮材料非線(xiàn)性 與幾何非線(xiàn)性的鋼管混凝土拱的有限元計(jì)算方法，編制相應(yīng)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專(zhuān)用分析程序。 福州大學(xué)為本項(xiàng)目的主要參加單位之一。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。 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。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 14 計(jì)算的影響也是不同的。 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(xiàn)，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。 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?！豆肥┕な謨?cè) — 橋涵（第二版）》 [11]也增加了鋼管 9 混凝土拱橋的施工內(nèi)容。 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。 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。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。 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。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)。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) 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。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。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，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。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。然而，正如前面所述的，容許應(yīng)力法存在著偏保守的傾向。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。 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)。 長(zhǎng)沙 交通 學(xué) 院 為本項(xiàng)目的主要參加單位之一。 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。單管截面加工簡(jiǎn)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)。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。本研究將在已有鋼管混凝土單圓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(xiàn)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)。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。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。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。目前對(duì)鋼管內(nèi)混凝土的檢驗(yàn)沒(méi)有很好的方法。 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。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。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。 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(zhuān)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 3 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(zhuān)用程序： ① 程序清單； ② 驗(yàn)證報(bào)告； ③ 用戶(hù)證明。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。福州大學(xué)在鋼管混凝土基礎(chǔ)理論與鋼管混凝土拱橋的應(yīng)用研究方面，以博士生導(dǎo)師陳寶春教授和韓林海研究員為學(xué)術(shù)帶頭人的研究小組取得了顯著的成績(jī)，出版《鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與施工》、《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)》、《鋼管混凝土力學(xué)》等有關(guān)專(zhuān)著多部， 49 “鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)受力性能研究”等多項(xiàng)成果獲 省部級(jí)一二等獎(jiǎng)，先后參預(yù)了多本有關(guān)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程的編寫(xiě)，承。 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。 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(xiàn)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。 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。 在穩(wěn)定性滿(mǎn)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。 混凝土灌注的施工工藝研究的技術(shù)路線(xiàn)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。 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(xiàn)型局部超標(biāo)處理方法研究； 3）腹桿相貫線(xiàn)切割口的構(gòu)造研究等。 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。 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。因此，如果考慮了雙重非線(xiàn)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(lèi)穩(wěn)定的荷載，換言之，考慮了雙重非線(xiàn)性問(wèn)題后就同時(shí)考慮了強(qiáng)度與穩(wěn)定問(wèn)題。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。 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(lèi)橋梁的修建有重要的指導(dǎo)意義。 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。 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(lèi)土建結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，能滿(mǎn)足本項(xiàng)目的試驗(yàn)要求 。 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。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（ 1994—1999）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]。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]。 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 13 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。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）。 10 雙管截面以豎啞鈴形為主，有個(gè)別為雙管桁式的。 8 項(xiàng)目前期科研及工作基礎(chǔ) 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。對(duì)于其它情況，其主跨也可以采用鋼管混凝土拱橋。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。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。此后，未有此類(lèi)橋梁建設(shè)的報(bào)道。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。 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。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 20xx 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。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)， 11 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。 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)。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)