【導(dǎo)讀】結(jié)構(gòu)的壓力，具有很大的經(jīng)濟(jì)性。拱橋的適用跨徑范圍較大，從幾十。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。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。1990年第一座鋼管混凝土拱橋--四川旺蒼東河大橋。此后，這種橋型在我國的公路建設(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。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。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。因此，鋼管混凝土拱橋使用管理與養(yǎng)護(hù)方面的研究。鋼管混凝土拱橋一經(jīng)出現(xiàn)很快就向全國發(fā)展。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。鋼管混凝土拱橋正常使用極限狀態(tài)受力的研究；鋼管混凝土拱橋溫度、收縮徐變問題研究。鋼管混凝土拱橋健康診斷及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究。以用有推力的鋼管混凝土拱橋一跨跨越。鋼管混凝土拱橋中有40%建于西部地區(qū)。

　　

【正文】 制主要包括理論計(jì)算和現(xiàn)場監(jiān)控，理論計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖和施工方案對(duì)每一施工過程進(jìn)行詳細(xì)的理論計(jì)算，求得各施工控制參數(shù)的理論值?，F(xiàn)場監(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。 鋼管混凝土拱橋施工控制的原則是穩(wěn)定性、變形和應(yīng)力控制綜合考慮，目前穩(wěn)定性的控制一般通過計(jì)算得以保證。在穩(wěn)定性滿足要求的前提下，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。 ②施工控制理論計(jì)算 本項(xiàng)目擬考慮鋼管混凝土拱橋拱肋內(nèi)混凝土的不對(duì)稱及扣索調(diào)整的不對(duì)稱等特點(diǎn)，在長沙交通學(xué)院開發(fā)的施工控制軟件基礎(chǔ)上繼續(xù)開發(fā)，以期解決鋼管混凝土施工過程計(jì)算中存在的以下問題： 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。以設(shè)計(jì)拱軸線作為目標(biāo)函數(shù)，扣索的索力、拱肋內(nèi)的應(yīng)力、扣點(diǎn)的位移變動(dòng)幅度為狀態(tài)變量。 基于現(xiàn)場測(cè)試和參數(shù)識(shí)別的溫度場模擬。 合理的徐變理論選取，同時(shí)對(duì)依托工程的鋼管和混凝土應(yīng)力進(jìn)行前三年的觀測(cè)，以驗(yàn)證徐變模式的正確性。 基于現(xiàn)場測(cè)試和參數(shù)識(shí)別的溫度場模擬。 考慮幾何非線性的施工過程計(jì)算：拱軸線的變化對(duì)主拱肋的應(yīng)力分布影響較大，因此對(duì)大跨徑鋼管混凝土拱橋，幾何非線性的影響 39 必須考慮。 實(shí)現(xiàn)鋼管混凝土拱橋每個(gè)施工階段對(duì)應(yīng)其實(shí)際應(yīng)力分布的穩(wěn)定性分析。 實(shí)現(xiàn)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。 鋼管混凝土構(gòu)件有限元計(jì)算模型的研究： 鋼管與混凝土的的共同工作通常有兩種方法，一種是采用全斷面的桿單元，空鋼管吊裝到管內(nèi)混凝土達(dá)到強(qiáng)度前為鋼管單元，其后將鋼管混凝土作為一個(gè)單元，根據(jù)剛度分配內(nèi)力，從而得到鋼管與混凝土的應(yīng)力。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。以上兩種方法的共同點(diǎn)為鋼管與混凝土完全粘結(jié)，而實(shí)際情況并非如此，因此，按上述兩種方法計(jì)算的鋼管與混凝土的應(yīng)力并不與實(shí)際應(yīng)力分布完全一致，取用何種 計(jì)算模式對(duì)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(nèi)容之一。 主拱肋工廠線型的確定。 鋼管砼拱橋合理成橋狀態(tài)的確定：對(duì)鋼管混凝土拱橋施工的全過程進(jìn)行仿真分析，尤其是扣索內(nèi)力對(duì)拱軸線的影響，以使成橋狀態(tài)的拱軸線符合或接近理想的拱軸線，從而更好的發(fā)揮鋼管混凝土復(fù)合材料的受力特性。 專題四：鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究，下設(shè)三個(gè)子題，分別為： 既有鋼管混凝土拱橋的現(xiàn)狀調(diào)查及養(yǎng)護(hù)維修改造技術(shù)的研究 研究內(nèi)容主要包括 既有鋼管混凝土拱橋的養(yǎng)護(hù)需求分析及養(yǎng)護(hù)維修方法的研究 。 40 在“ 國內(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)了一些問題。本研究擬 通過已建成的鋼管混凝土拱橋若干典型橋例的重點(diǎn)調(diào)查和一些橋例的一般性調(diào)查，對(duì)鋼管混凝土拱橋的現(xiàn)狀特征進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，分析制約養(yǎng)護(hù)的因素及其養(yǎng)護(hù)需求。調(diào)查內(nèi)容包括外觀調(diào)查、管內(nèi)混凝土密實(shí)度檢測(cè)、吊桿系桿索力測(cè)試以及必要的全橋靜動(dòng)載試驗(yàn)等。 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)。避免重慶綦江彩虹橋及宜賓金沙江小南門橋等吊桿突然破壞這樣的災(zāi)難性事故的發(fā)生。 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。 鑒于“ 拱橋吊桿健康診斷技術(shù)研究 ” 已列入 20xx 年西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目，因此，本研究對(duì)吊桿的問題只進(jìn)行一般性的調(diào)查。 新建鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護(hù)技術(shù)的研究 研究內(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。 通過對(duì)現(xiàn)有鋼管混凝土現(xiàn)狀的調(diào)查與鋼管混凝土拱橋與其它類型拱橋的異同點(diǎn)的分析，針對(duì)不同結(jié) 構(gòu)形式、不同跨徑的鋼管混凝土拱橋的特點(diǎn)，研究 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，制定出與其相適應(yīng)以養(yǎng)護(hù)通道為主的養(yǎng)護(hù)設(shè)施設(shè)置要求和技術(shù)指 41 標(biāo)，為鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)規(guī)范制定與修訂提供基礎(chǔ)資料與技術(shù)支撐。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。 鋼管混凝土拱橋健康診斷及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究。 研究內(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)。 對(duì)于運(yùn)營中的橋梁進(jìn)行健康 診斷是當(dāng)今世界橋梁工程中研究的熱點(diǎn)問題，它對(duì)于提高橋梁的使用壽命與使用效率、降低養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用具有重要的意義。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、簡單的測(cè)試，判斷其健康狀況是本子課題的研究重點(diǎn)。本研究將通過收集到的已有橋梁的靜動(dòng)載試驗(yàn)資料、本課題中對(duì)已有橋梁的調(diào)查與檢測(cè)資料進(jìn)行分析，重點(diǎn)研究通過動(dòng)力測(cè)試和模態(tài)分析來判斷使用中鋼管混凝土拱橋的健康狀況的技術(shù)。 對(duì)于特大跨度與特大型的鋼管混凝土拱橋，有些在建橋時(shí)就應(yīng)該考慮橋梁的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。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。 技術(shù)路線 本項(xiàng)目采用理論分析、室內(nèi)模型試驗(yàn)和依托工程驗(yàn)證的技術(shù)路線。本項(xiàng)目技術(shù)路線的實(shí)施如下圖所示。 42 工作方案和組織措施 本項(xiàng)目研究專題較多，專題研究內(nèi)容之間又相互有聯(lián)系，因此從研究內(nèi)容中歸納出要做的具體工作很有必要。下面綜合歸納了 10 個(gè)具體工作： （ 1） 鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)計(jì)算分析專用軟件的研制； （ 2） 鋼管混凝土拱橋施工控制專用軟件的 研制； （ 3） 室內(nèi)模型試驗(yàn)； （ 4） 收集現(xiàn)有資料、分析整理提出合理構(gòu)造形式； 43 （ 5） 計(jì)算分析、構(gòu)造研究及資料整理； （ 6）依托工程設(shè)計(jì)； （ 7）依托工程施工； （ 8）依托工程試驗(yàn)； （ 9）編寫鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)指南、施工指南及養(yǎng)護(hù)維修指南； （ 10）撰寫專題研究報(bào)告； 上述 10 項(xiàng)工作可劃分為四個(gè)階段：（ 1）研究階段；（ 2）依托工程實(shí)施階段；（ 3）總結(jié)階段；（ 4）鑒定階段。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。 44 計(jì)劃進(jìn)度安排 本項(xiàng)目詳細(xì)工作計(jì)劃安排詳見附表 2《計(jì)劃進(jìn)度表》。 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，國道主干線高等級(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。 45 本項(xiàng)目實(shí)施后，后續(xù)技術(shù)改造項(xiàng)目或基本建設(shè)項(xiàng)目可依據(jù)本項(xiàng)目提 出的 鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù) 來指導(dǎo)公路橋梁工程師們進(jìn)行更加科學(xué)、合理的 鋼管混凝土拱橋 設(shè)計(jì)、施工等，并為 鋼管混凝土拱橋 設(shè)計(jì)、施工等規(guī)范的制定提供參考，并充實(shí)橋梁有關(guān)技術(shù)規(guī)范的內(nèi)容。 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)算分析專用程序： ① 程序清單； ② 驗(yàn)證報(bào)告； ③ 用戶證明。 6．鋼管混凝土拱橋施工控制專用程序： ① 程序清單； ② 驗(yàn)證報(bào)告； ③ 用戶證明。 46 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)。具有 建設(shè)部授予的工程勘察綜合、公路行業(yè)（含特大橋、特大隧道和交通工程）、水運(yùn)行業(yè)（含港口、航道、通航建筑等工程）及市政公用行業(yè)（含道路和公共交通）等四大類甲級(jí)資質(zhì)及建筑工程乙級(jí)設(shè)計(jì)資質(zhì)。還具有其他國家行業(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。 該院人才濟(jì)濟(jì)，技術(shù)先進(jìn)，裝備精良，管理科學(xué)?，F(xiàn)有職工 495人，專業(yè)技術(shù)人員約占全院職工總數(shù)的 75%，其中包括：享受國務(wù)院政府特殊津貼、交通部科技英才 10 人，博士、碩士 30 余人，中、高級(jí)技術(shù)職稱 250 人。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，各類科技圖書近 7000種，建立了全院的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 20xx年通過 ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證。 該院具有豐富的勘察設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及較強(qiáng)的科研實(shí)力。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 20xx 余公里，獨(dú)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(wù)遍及國內(nèi) 14 個(gè)省（區(qū)）及 9 個(gè)亞非國家。 1978 年以來獲得國家、部省級(jí)優(yōu)秀工程勘察設(shè)計(jì)、 47 咨詢、科 技進(jìn)步獎(jiǎng) 100余項(xiàng)，其中國家金獎(jiǎng)（一等獎(jiǎng)） 10項(xiàng)。 在“以人為本、科技興院”的方針下，近五年來，該院在科研方面已投入近 20xx 萬元，并已取得初步成效。其中與本課題相關(guān)的科研活動(dòng)或科技成果包括大跨度鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與施工成套技術(shù)研究、 大跨度鋼管砼系桿拱橋結(jié)構(gòu)整體線型及局部結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)計(jì)、超長柔性系桿溫度影響效應(yīng)分析及施工關(guān)鍵技術(shù)研究等。 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。 2． 項(xiàng)目 參加單位概況 項(xiàng)目參加單位 1：交通部公路科學(xué)研究所 單位概況：交通部公路科學(xué)研究所成立于 1956 年，是我國公 路交通領(lǐng)域綜合性的技術(shù)研究開發(fā)基地。經(jīng)過科技體制改革，成為交通部公路交通領(lǐng)域唯一的部直屬科研院所。交通部公路科學(xué)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(yùn)輸工程、汽車運(yùn)用工程、公路環(huán)境工程的科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)工作。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。目前，全所有工程院士 1 名，博士生導(dǎo)師 4 名，博士 10 名，碩士 62 名，享受政府特殊津貼的科技人員 21 名，有突出貢獻(xiàn)的中青年專家 5 名，交通科技英才 4 名。 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，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)。在橋梁設(shè)計(jì)、科研、檢測(cè)、測(cè)試和橋梁 CAD 等方面充分發(fā)揮所 48 的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)。在西部交通科技項(xiàng)目中，公路所在道路、橋梁、巖土等方面承擔(dān)多項(xiàng)任務(wù)。公路所近幾年來加速科技成果轉(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，已成為我國公路交通領(lǐng)域的科技開發(fā)基礎(chǔ)、成果轉(zhuǎn)化基地和人才培養(yǎng)基地，先后開發(fā)橋梁檢測(cè)用的鋼筋保護(hù)層測(cè)定儀，鋼 筋銹蝕儀等專用設(shè)備及橋梁運(yùn)營管理養(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。 項(xiàng)目參加單位 2：福州大學(xué) 單位概況： 福州大學(xué) 為 1996 年 “211 工程 ” 國家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目 。學(xué)校設(shè)有 土木建筑工程學(xué)院等 13 個(gè)學(xué)院， 21 個(gè)系、 有結(jié)構(gòu)工程等 7個(gè)博士點(diǎn)； 橋梁與隧道工程等 46 個(gè)碩士點(diǎn)， 結(jié)構(gòu)工程與橋梁工程等8 個(gè)省 “211 工程 ”重點(diǎn)學(xué)科。學(xué)校擁有一支較強(qiáng)的師資隊(duì)伍。在 1200多名專任教師、專職科研人員中有正、副教授 500 多名，其中院士 2名，博士生導(dǎo)師 41 名，國家級(jí)專家 9 名，省有突出貢獻(xiàn)專家和優(yōu)秀專家 20 名，享受政府特殊津貼專家 105 名。 福州大學(xué) “211 工程 ”“ 九五 ” 期間建設(shè)項(xiàng)目 已順利通過 驗(yàn)收 ，現(xiàn)已進(jìn)入二期建設(shè)。在二期建設(shè)中，“土木工程新技術(shù)與防災(zāi)減災(zāi)”被列入全校五個(gè)國家重點(diǎn)建設(shè)的學(xué)科之一，鋼管混凝土拱橋研究是該學(xué)科建設(shè)的主要內(nèi)容之一。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，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