【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 土結(jié)構(gòu)的受力特性、成橋狀態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試、正常使用極限狀態(tài)下應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)超載特性研究。 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)。 已完成的工作有：鋼管混凝土的早期脫空、鋼管 內(nèi)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(chǎng)及變形的初步結(jié)果。 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。 已完成的工作有：施工及成橋階段應(yīng)力驗(yàn)算、收縮徐變影響計(jì)算、局部構(gòu)件強(qiáng)度及穩(wěn)定計(jì)算、施工預(yù)拱度計(jì)算、成橋自振特性計(jì)算、施工及成橋階段第一類(lèi)穩(wěn)定計(jì)算、成橋階段第二類(lèi)穩(wěn)定計(jì)算、兩個(gè)概率 水平的反應(yīng)譜分析。 抗風(fēng)抗震性能研究 研究?jī)?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(cè)定和靜風(fēng)荷載計(jì)算、拱肋及橋面系節(jié)段模型測(cè)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(dòng)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。 交通部公路科學(xué)研究所是本項(xiàng)目的主要參加單位之一。交通部公路科學(xué)研究所是國(guó)內(nèi)較早開(kāi)展鋼管混凝土拱橋應(yīng)用研究的單位之一，已設(shè)計(jì)廣東省高明大橋、浙江省淳安縣南浦大橋（主跨徑 308m 鋼管混凝土拱橋）、浙江省 03 省道（一級(jí)路）杭甬運(yùn)河大橋（ 88m 三肋下承式鋼管混凝土拱橋）、浙江省 07 省道（一級(jí)路）焦山門(mén)大橋（ 90m 跨下承式鋼管混凝土拱橋）、海南 省?？谑协傊荽髽蛟O(shè)計(jì)（ 88m+98m+ 108m+98m+88m 五跨鋼管混凝土下承式系桿拱橋）等多座鋼管混凝土拱橋，承擔(dān)了廣州丫髻沙大橋等鋼管混凝土拱橋的靜動(dòng)載測(cè)試工作，具有豐富的鋼管混凝土拱橋工程實(shí)踐與科研經(jīng)驗(yàn)與實(shí)力。 福州大學(xué)為本項(xiàng)目的主要參加單位之一。福州大學(xué)對(duì)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(xiàn)性有限元分析、溫度問(wèn)題、施工受力分析等方面均取得了可喜的成果。出版了《鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與施工》、《鋼管混凝土拱橋?qū)嵗ㄒ唬贰ⅰ朵?—混凝土組合橋梁設(shè)計(jì)與研究》、《 鋼管混凝土力學(xué)》、《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)》等專(zhuān)著多部，已在國(guó)內(nèi)外發(fā)表相關(guān)論文 60 余篇。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)。目前承擔(dān)的國(guó)家自然科學(xué)基金《鋼管混凝土拱橋抗震理論研究》進(jìn)展順利，成果正在陸續(xù)發(fā)表之中。 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(qián)江四橋、湖南茅草街大橋、鄭州黃河公路二橋 等大型鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的專(zhuān)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(xiě)，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)。 近年來(lái)，福州大學(xué)積極參予西部地區(qū)鋼管混凝土拱橋的應(yīng)用與研究，參加了蘭州雁鹽黃河大橋、西寧北川河橋的設(shè)計(jì)咨詢(xún)工作，承擔(dān)了西寧北川河橋的施工監(jiān)控和成橋靜動(dòng)載測(cè)試。 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。福州大學(xué)已進(jìn)行了大量鋼管混凝土拱橋與鋼管混凝土構(gòu)件的試驗(yàn)，積累了豐富的試驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn)。 長(zhǎng)沙 交通 學(xué) 院 為本項(xiàng)目的主要參加單位之一。長(zhǎng)沙 交通 學(xué) 院 較早開(kāi)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(shù)規(guī)范》的編寫(xiě)，負(fù)責(zé)長(zhǎng)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(yáng)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(shè)計(jì)、施工與科研方面豐富的經(jīng)驗(yàn)。 過(guò)去相關(guān)研究的工作基礎(chǔ)及獲獎(jiǎng)情況 詳見(jiàn) 附表 1《投標(biāo)人相關(guān)的科技成果或產(chǎn)品開(kāi)發(fā)情況表》。 項(xiàng)目實(shí)施方案 擬解決的 關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題 本項(xiàng)目四個(gè)研究專(zhuān)題，涉及設(shè)計(jì)、施工、施工控制及養(yǎng)護(hù)等方面，下面給出本項(xiàng)目研究的關(guān)鍵技術(shù)： （ 1）管結(jié)點(diǎn)及接頭設(shè)計(jì)構(gòu)造準(zhǔn)則； （ 2）鋼管混凝土拱橋的材料非線(xiàn)性模型與雙重非線(xiàn)性有限元分析程序； （ 3）鋼管混凝土拱橋極限承載力實(shí)用算法； （ 4）鋼管混凝土拱橋的變形計(jì)算與控制； （ 5）鋼管混凝土拱橋溫度、收縮徐變問(wèn)題； （ 6）鋼管混凝土防脫空技術(shù)； （ 7）鋼管混凝土拱橋合理的施工容許誤差； （ 8）鋼管混凝土拱橋 施工控制技術(shù)； （ 9） 鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護(hù)技術(shù)； （ 10）鋼管混凝土拱橋健康診斷和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 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 。 抓住鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)、施工與養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究。研究?jī)?nèi)容注重試驗(yàn)研究與理論研究的結(jié)合，注重鋼管混凝土拱橋的共性與依托工程特殊性的結(jié)合，注重西部地區(qū)的特點(diǎn)與鋼管混凝土拱橋在其它地區(qū)已取得成果的結(jié)合。 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。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)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。以極限承載力為核心的鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)計(jì)算理論的突破將改變我國(guó)目前鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)計(jì)算方法混亂、缺乏科學(xué)依據(jù)的現(xiàn)狀，使中國(guó)的鋼管混凝土拱橋技術(shù)，有僅具有豐富的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，而且有相當(dāng)?shù)目萍己?。 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。 將現(xiàn)代的控制理論應(yīng)用于鋼管混凝土拱橋的施工控制之中。 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(guò)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(guò)程的監(jiān)測(cè)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(kāi)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)。 主要研究?jī)?nèi)容 根據(jù)鋼管混凝土拱橋目前存在的問(wèn)題，本項(xiàng)目擬訂四個(gè)專(zhuān)題進(jìn)行研究，主要內(nèi)容如下： 專(zhuān)題一：鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)體系的研究，下設(shè)三個(gè)子題，分別為： 鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)體系研究 研究?jī)?nèi)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(wú)推力結(jié)構(gòu)體系的靜力與動(dòng)力受力特點(diǎn)，合理的結(jié)構(gòu)型式與總體布置，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等，重點(diǎn)研究各種結(jié)構(gòu)形式之間、各種結(jié)構(gòu)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(diǎn)與合理的結(jié)構(gòu)型式。 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。三種形式的適用條件、對(duì)拱腳水平推力的處理也均不相同。 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。上承式拱一般是有推力拱，它 對(duì)地基的要求較高。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。拱梁組合結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于中小跨徑之中，主要原因是跨徑增大以后，它的施工架設(shè)較為困難。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(xiàn)作為拉桿來(lái)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。剛架系桿拱為超靜定結(jié)構(gòu)，橋梁上部、下部以及基礎(chǔ)甚至地基連成一體，結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)較多，受力復(fù) 雜。由于系桿抗拉剛度較小，拱的水平推力的增量主要由橋墩和拱肋自身承受，因而考慮系桿變形后它是有推力的結(jié)構(gòu)。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。中承式拱還有相當(dāng)部分是有推力的結(jié)構(gòu)。它對(duì)地形地質(zhì)條件的要求同上承式拱。但其橋面系有上承部分，也有下承部分。 不同的車(chē)承形式與有無(wú)推力的不同結(jié)構(gòu)體系之間的靜力受力特點(diǎn)與抗震性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及適用范圍，由于拱肋采用了鋼管混凝土后與鋼筋混凝土拱產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)與受力及適用范圍方面的變化都是本研究的內(nèi)容。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(lèi)橋型的研究它是本研究的重點(diǎn)。 通過(guò)研究，對(duì)鋼管混凝土拱橋在總體設(shè)計(jì)方面的結(jié)構(gòu)選型、方案比選、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)與初步設(shè)計(jì)方面為設(shè)計(jì)人員提出指導(dǎo)意見(jiàn)，少走彎路。 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。 鋼管混凝土拱肋的截面形式主要有單 圓管、啞鈴形和桁式，各種截面形式在受力性能、構(gòu)造、施工和使用方面均有不同，在跨徑適用方面也不同。單管截面加工簡(jiǎn)單，但抗彎效率低，主要用于跨徑不大的橋梁和人行橋中，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)。啞鈴形截面較之單圓管截面，截面抗彎剛度較大，但腹腔內(nèi)的混凝土受鋼板橫向套箍作用機(jī)理復(fù)雜，缺乏研究。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。在灌注混凝土過(guò)程中，腹板受混凝土壓力的作用容易外鼓，所以需有拉桿對(duì)拉或采用其它措施，這使得構(gòu)造較為復(fù)雜。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(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。 鋼管混凝土拱橋的主拱圈一般為拱式，為保證其橫向穩(wěn)定性，通常通過(guò)橫撐使拱肋形成組拼拱。研究表明，橫撐的布置與結(jié)構(gòu)形式對(duì)拱的橫向穩(wěn)定影響很大。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。 因此，本研究將對(duì)啞鈴形和桁式鋼管混凝土拱肋截面的受力行為和極限承載力開(kāi)展試驗(yàn)與理論研究，給出啞鈴形和桁式短柱極限承載力的實(shí)用算法；探討啞鈴形截面的合理構(gòu)造形式；在國(guó)內(nèi)外管結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)研究（主要是海上石油平臺(tái)結(jié)構(gòu)）的基礎(chǔ)上，針對(duì)鋼管混凝土拱橋的特點(diǎn)，對(duì)桁式拱肋的管結(jié)點(diǎn)進(jìn)行疲勞試驗(yàn)和理論分析，在此基礎(chǔ)上，提出合理的管結(jié)點(diǎn)及其合理的構(gòu)造形式；對(duì)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(duì)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。 橋面結(jié)構(gòu)與構(gòu)造研究 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，材料用量占全橋的比例也在上升。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。鋼管混凝土拱橋中常用的橋面系結(jié)構(gòu)按材料可分為鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼 — 混凝土組合結(jié)構(gòu)，這幾種型式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、適用范圍與經(jīng)濟(jì)性是本研究的一個(gè)內(nèi)容。 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。這種結(jié)構(gòu)橋面系的整體性較差、整體剛度較小、車(chē)輛 荷載作用下橋面系振感明顯、遭遇吊桿破斷時(shí)常造成落梁和嚴(yán)重的事故。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。然而這種結(jié)構(gòu)形式在以混凝土結(jié)構(gòu)為主 的橋面系中的應(yīng)用較為困難。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。 此外，中下承式拱橋中橋面系與拱肋相交處的構(gòu)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(lián)結(jié)方式、吊桿的錨固構(gòu)造等等也是值 得探討的問(wèn)題。 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(wèn)題。 專(zhuān)題二：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，下設(shè)三個(gè)子題，分別為： 鋼管混凝土拱橋 極限承載力 的研究 研究?jī)?nèi)容主要包括 鋼管混凝土構(gòu)件的試驗(yàn)研究與極限承載力實(shí)用算法研究、鋼管混凝土 拱橋 面內(nèi)與面外強(qiáng)度與穩(wěn)定極限承載力研究、幾何