【正文】 內高性能混凝土的研究； （ 4）施工控制技術的研究。在施工方面，空鋼管架設吊裝重量輕，工廠化程度高，又可作為施工支架和內填混凝土的模板，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。 1990 年第一座鋼管混凝土拱橋 四川旺蒼東河大橋建成。由于它適合我國生產力、鋼產量不斷提高、對施工工期要求短、對橋梁審美要求提高的國情，在適合條件下具有良好的綜合經濟效益，因此，鋼管混凝土拱橋一經出現很快就向全國發(fā)展。其中重慶市巫山縣巫峽長江大橋建成后是我國、也是世界上跨徑最大的鋼管混凝土拱橋。一些科研院所和高校也開展了鋼管混凝土拱橋方面的研究 [1][2]。此外，啞鈴形截面在灌注腹腔內混凝土時常發(fā)生爆管事故 [15]，因此，對其施工受力分析、提出合理的施工措施以及從結構構造上的改進是本次研究的一個重要內容。因此， 如何從結構與構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構體系中研 究中應該引起重視的一個問題。在采用極限承載力進行驗算時，應如何考慮初應力的影響、混凝土收縮徐變的影響等等，也都有待研究。而另一方面，徐變引起結構剛度的下降對結構變形控制和結構穩(wěn)定控制的影響沒有引起工程界和研究人員的足夠重視。隨著時間的推移，這種問題會更多突出。 已完成的工作有：鋼管混凝土的早期脫空、鋼管 內混凝土的變形特性、混凝土配合比的優(yōu)化、足尺模型的溫度場及變形的初步結果。長沙 交通 學 院 較早開展了鋼管混凝土拱橋的研究 ， 參加了《鋼管混凝土拱橋施工技術規(guī)范》的編寫，負責長沙市黑石鋪湘江大橋、永順縣王村大橋、云南省 瀾滄江小灣水電工程小灣大橋（ 主跨 130 米的半穿式鋼箱拱肋提籃式拱橋） 、益陽市茅草街大橋等多座鋼管混凝土拱橋的施工控制及科研等工作，具有鋼管混凝土拱橋設計、施工與科研方面豐富的經驗。上承式拱一般是有推力拱，它 對地基的要求較高。啞鈴形截面較之單圓管截面，截面抗彎剛度較大，但腹腔內的混凝土受鋼板橫向套箍作用機理復雜，缺乏研究。 此外，中下承式拱橋中橋面系與拱肋相交處的構造（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結方式、吊桿的錨固構造等等也是值 得探討的問題。同時通過雙重非線性分析，了解幾何非線性與材料非線性在不同結構中的影響程度，并在大量有限元分析的基礎上給出實 用的極限承載力的計算方法，以供設計應用。因此這里主要研究變形控制問題。管內混凝土徐變的這種特性，加劇了目前采用容許應力法驗算中鋼管應力控制設計的問題。 鋼管拱肋架設技術方法的研究 雖然鋼管混凝土拱橋在 施工時先架設空鋼管拱肋，較之過去的圬工拱或鋼筋混凝土拱，無支架施工難度大大降低，然而當鋼管混凝土拱橋的跨度較大以后，拱肋的架設問題仍然是施工的一個難點，也關系到工期、質量和施工單位的效益。因此本課題擬參照《混凝土與鋼 筋混凝土超聲檢測規(guī)程》，針對鋼管混凝土的特點，在節(jié)段模型試驗和對依托工程大量實測的基礎上，制定一套鋼管混凝土的質量檢測方法。以設計拱軸線作 為目標函數，扣索的索力、拱肋內的應力、扣點的位移變動幅度為狀態(tài)變量。以上兩種方法的共同點為鋼管與混 凝土完全粘結，而實際情況并非如此，因此，按上述兩種方法計算的鋼管與混凝土的應力并不與實際應力分布完全一致，取用何種計算模式對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容之一。 鋼管混凝土拱橋健康診斷及監(jiān)測系統(tǒng)的研究。 6．鋼管混凝土拱橋施工控制專用程序： ① 程序清單； ② 驗證報告； ③ 用戶證明。交通部公路科學研究所主要從事道路工程、橋梁工程、交通工程與智能交通、公路運輸工程、汽車運用工程、公路環(huán)境工程的科學研究與技術開發(fā)工作。其中與本課題相關的科研活動或科技成果包括大跨度鋼管混凝土拱橋設計與施工成套技術研究、 大跨度鋼管砼系桿拱橋結構整體線型及局部結構最優(yōu)設計、超長柔性系桿溫度影響效應分析及施工關鍵技術研究等。 計劃進度安排 本項目詳細工作計劃安排詳見附表 2《計劃進度表》。 鑒于“ 拱橋吊桿健康診斷技術研究 ” 已列入 2020 年西部交通建設科技項目，因此，本研究對吊桿的問題只進行一般性的調查。實現鋼管混凝土拱橋施工過程中考慮如拱軸線偏位等初始缺陷的穩(wěn)定性分析。 鋼管混凝土拱橋施工控制的原則是穩(wěn)定性、變形和應力控制綜合考慮，目前穩(wěn)定性的控制一般通過計算得以保證。灌注順序考慮拱肋的受力及穩(wěn)定性一般采用左右對稱，先下弦拱肋，再上弦拱肋，先外側拱肋，再內側拱肋的原則。因此，對于鋼管拱肋加工技術方面的研究突出從橋梁結構受力與使用性能方面出發(fā)對它的技術指標的要求方面，而對于加工工藝方面，由于牽涉到許多更為專業(yè)的金屬加工技術，土建人員研究起來難度較大，而且這些技術也在不斷地發(fā)展 之中。因此，對鋼管混凝土拱橋的溫度荷載與溫度效應的研究，除在現有研究的基礎上進一步深化外，主要針對西部地區(qū)的氣候特點，通過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，對西部地區(qū)鋼管混凝土拱橋的溫度效應提出評價。本研究則考慮鋼管混凝土拱橋的設計計算采用極限狀態(tài)法，因此，使用狀態(tài)時的應力限制的必要性和具體的內容則要給予研究。另一方面，彈性一類穩(wěn)定計算是基于結構理想的假設，因此它是實際結構二類穩(wěn)定計算結果的上限。這種結構橋面系的整體性較差、整體剛度較小、車輛 荷載作用下橋面系振感明顯、遭遇吊桿破斷時常造成落梁和嚴重的事故。 通過研究，對鋼管混凝土拱橋在總體設計方面的結構選型、方案比選、經濟評價與初步設計方面為設計人員提出指導意見，少走彎路。 主要研究內容 根據鋼管混凝土拱橋目前存在的問題，本項目擬訂四個專題進行研究，主要內容如下： 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： 鋼管混凝土拱橋結構體系研究 研究內容主要包括鋼管混凝土拱橋上承式、中承式和下承式；有推力和無推力結構體系的靜力與動力受力特點，合理的結構型式與總體布置，技術經濟指標等，重點研究各種結構形式之間、各種結構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與合理的結構型式。 近年來，福州大學積極參予西部地區(qū)鋼管混凝土拱橋的應用與研究，參加了蘭州雁鹽黃河大橋、西寧北川河橋的設計咨詢工作，承擔了西寧北川河橋的施工監(jiān)控和成橋靜動載測試。湖南省交通規(guī)劃勘察設計院是國內較早開展鋼管混凝土拱橋應用研究及設計的單位之一，已設計了湖南省資興市鯉魚江大橋（ 2 80m 中承式鋼管混凝土拱橋） 、邵陽市西湖橋（ 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） 、益陽市資江三橋 （ 102m＋ 114m＋ 102m 中承式鋼管混凝土拱橋） 、長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計與科研實力，目前 正主持湖南省交通廳“ 大跨度鋼管混凝土拱橋設計與施工成套技術研究” 科研項目，該 項目以 益陽市茅草街大橋為依托工程， 主要研究內容包括： 主拱施工工藝和施工控制模型試驗研究 研究內容包括：主 拱施工過程模擬、施工過程的主拱受力及穩(wěn)定性分析、成橋狀態(tài)靜動力試驗與分析。 養(yǎng)護方面存在的主要問題 鋼管混凝土拱橋的出現才十余年的時間，但在使用與養(yǎng)護方面已出現了一些問題。 除了溫度問題外，管內混凝土的收縮徐變問題也是工程界所關心的問題。還有鋼管與管內混凝土的聯合作用問題，實際結構中混凝土的脫空程度及對受力的影響，現在研究得也不多。 我國的鋼管混凝土拱橋的橋面系結構，除少數的拱梁組合橋的橋面系以縱梁為主外，絕大多數沿襲了上承式鋼筋混凝土拱橋的梁式拱上建筑的構造形式。單管截面用于跨徑不大的鋼管混凝土拱橋，對單圓管截面的鋼管混凝土拱橋的研究也取得了可喜的進展，因此，單圓管截面不作為此次研究的重點。 鋼管混凝土拱橋在西部地區(qū)以外的我國廣大地區(qū)也都有著大量的應用，本項目的研究對于我國其它地區(qū)的鋼管混凝土拱橋的應用也有著重要的理論意義與應用價值，它對促進我國橋梁建設的技術進步、促進我國的經濟發(fā)展也具有相當重要的意義。我國西部地區(qū)多處于河流的上流，大河水面寬度以二三百米為多，兩岸地勢陡峭、地質條件較好時，可以用有推力的鋼管混凝土拱橋一跨跨越。 此外，我國的鋼管混凝土拱橋修建雖然時間不長，但已有一些橋梁暴露出使用與養(yǎng)護上的一些問題，如懸吊橋面系的整體性較差、吊 桿的安全性與養(yǎng)護、鋼管拱肋的防腐等，隨著時間的推移，其養(yǎng)護問題可能更加突出。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平衡主跨，因此具有很強的競爭力。我國鋼管混凝土拱橋近期的迅速發(fā)展已引起了國際橋梁界的注意。同時它對解決我國當前鋼管混凝土拱橋設計、施工與養(yǎng)護的關鍵問題，促進鋼管混凝土拱橋的科技進步，降低工程造價、提高結構安全性具有重要意義，將取得顯著的經濟效益和社會效益。同時基礎設施建設本身投資巨 大，它將直接刺激建設地區(qū)的經濟，拉動其經濟增長。 結構體系研究方面存在的主要問題 鋼管混凝土拱橋結構形式多樣、適用范圍廣，這些結構形式的受力特點各不相同、適應條件也不一樣，對鋼管混凝土拱橋的結構體系進行系統(tǒng)的研究，探索各種結構的受力特點，對各種結構體系進行優(yōu)化，提出適合于西部地區(qū)應用的橋型，這些工作迄今未見研究報道。 我國過去修建的拱橋多為上承式拱橋，而鋼管混凝土拱橋中，中下承形式應用較多。 鋼管混凝土單圓管構件已進行了大量的研究，然而這些研究主要 以房屋建筑中的柱子為研究對象，針對鋼管混凝土拱橋的構件研究還不多。 鋼管混凝土拱橋一般為超靜定結構，溫度變化會產生附加內力。但對于如何保證鋼管與混凝土的緊密結合、減小鋼管與混凝土的脫空，高效科學的檢測方法與手段，應用高性能混凝土等方面的研究開展得還不夠。 總之，鋼管混凝土拱橋僅出現十余年的時間，現已暴露出一些養(yǎng)護方面的問題，隨著時間的推移，養(yǎng)護問題會越來越突出，目前在這一方面還缺乏經驗與技術準備，對鋼管混凝土拱橋的健康診斷與長期監(jiān)測監(jiān)控更是一個全新的課題。先后有《鋼管混凝土拱橋結構受力性能研究》、《 316 國道福建閩清石 潭溪大跨度鋼管混凝土拱橋試驗研究》、《深圳彩虹（北站）大橋鋼 —混凝土組合橋梁設計與研究》等課題獲省部級科技進步獎。 根據鋼管混凝土拱橋的結構特點，首次提出從結構體系、拱肋結構與構造和橋面系結構三個方面研究鋼管混凝土拱橋的研究思路，將 管結構、鋼結構橋梁的研究成果與我國在拱橋方面的豐富經驗相結合，以探討鋼管混凝土拱橋結構與構造的合理形式。但其橋面系有上承部分，也有下承部分。橋面系的選型與合理構造形式比傳統(tǒng)拱橋顯得更為突出。 我國在鋼管混凝土單圓管拱的受力全過程試驗研究與雙重非線性有限元計算方法研 究方面已取得了一定的成果。剛度取值受到管內混凝土收縮徐變方面的影響問題將在下一個二級子課題中研究。 對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構變形和支座的位移也會產生內力 。與此同時，本研究以極限承載力計算理論為基礎，因此在收縮徐變問題研究中，將改變過去采用容許應力法理論時只注重徐變引起的應力重分布問題，而不注視徐變對結構剛度的影響進而導致對結構穩(wěn)定極限承載力與變形影響的趨勢，將更多的注意集中到收縮徐變對結構剛 度影響方面的研究。 2）鋼管 混凝土 的防脫空技術研究 采用材料性能研究與結構分析相結合的技術路線，進行鋼管混凝土構件的足尺節(jié)段模型試驗，通過系統(tǒng)的試驗選擇鋼管混凝土膨脹劑的用量，在高強混凝土中引入自養(yǎng)護體系，并對高性能混凝土的收縮變形特性進行 研究。如出現異常則需要調整施工程序，同時對變化的施工程序進行理論計算，根據其變形、應力和穩(wěn)定情況說明施工程序的可行性。 在對現狀調查的基礎上，有針對性的研究養(yǎng)護維修辦法，如拱肋鋼構件損傷 及病害的維修養(yǎng)護技術（如防護體系損傷及病害處治、構件節(jié)點及銜接部位損傷及病害處治措施），吊桿、系桿體系的養(yǎng)護、維修、更換措施及替代技術。 工作方案和組織措施 本項目研究專題較多，專題研究內容之間又相互有聯系，因此從研究內容中歸納出要做的具體工作很有 必要。至“九五” 期末已累計完成勘察設計等級公路 8500 公里，其中高速公路 2000 余公里，獨立大橋 139807 延米 /286 座，公路長大隧道 15411 米 /12 座，高速公路監(jiān)理 210km，大橋監(jiān)理 10000 延米，業(yè)務遍及國內 14 個?。▍^(qū)）及 9 個亞非國家。 1988 年科技體制改革后，公路所