【導讀】結(jié)構(gòu)的壓力，具有很大的經(jīng)濟性。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。用于拱橋的實踐。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)中得到大量的應用與發(fā)展，據(jù)不完全統(tǒng)計，已建和在建的鋼管混凝土拱橋已達200余座。在國外，本世紀的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】 制主要包括理論計算和現(xiàn)場監(jiān)控，理論計算根據(jù)設(shè)計施工圖和施工方案對每一施工過程進行詳細的理論計算，求得各施工控制參數(shù)的理論值。現(xiàn)場監(jiān)控針對施工過程的各種因素所 引起的理論計算值與實測值不一致的問題，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。在穩(wěn)定性滿足要求的前提下，對變形、應力進行雙控，其中以變形控制為主，同時兼顧應力控制。 ②施工控制理論計算 本項目擬考慮鋼管混凝土拱橋拱肋內(nèi)混凝土的不對稱及扣索調(diào)整的不對稱等特點，在長沙交通學院開發(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)計拱軸線作為目標函數(shù)，扣索的索力、拱肋內(nèi)的應力、扣點的位移變動幅度為狀態(tài)變量。 基于現(xiàn)場測試和參數(shù)識別的溫度場模擬。 合理的徐變理論選取，同時對依托工程的鋼管和混凝土應力進行前三年的觀測，以驗證徐變模式的正確性。 基于現(xiàn)場測試和參數(shù)識別的溫度場模擬。 考慮幾何非線性的施工過程計算：拱軸線的變化對主拱肋的應力分布影響較大，因此對大跨徑鋼管混凝土拱橋，幾何非線性的影響 39 必須考慮。 實現(xiàn)鋼管混凝土拱橋每個施工階段對應其實際應力分布的穩(wěn)定性分析。 實現(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)混凝土達到強度前為鋼管單元，其后將鋼管混凝土作為一個單元，根據(jù)剛度分配內(nèi)力，從而得到鋼管與混凝土的應力。另一種方法是將鋼管和混凝土各作為一個單元，考慮兩者完全粘結(jié)，直接求出各自的內(nèi)力與應力。以上兩種方法的共同點為鋼管與混凝土完全粘結(jié)，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(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：對鋼管混凝土拱橋施工的全過程進行仿真分析，尤其是扣索內(nèi)力對拱軸線的影響，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)揮鋼管混凝土復合材料的受力特性。 專題四：鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護技術(shù)研究，下設(shè)三個子題，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)護需求分析及養(yǎng)護維修方法的研究 。 40 在“ 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 與評價”中曾指出， 鋼管混凝土拱橋的出現(xiàn)才十余年的時間，但在使用與養(yǎng)護方面已出現(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調(diào)查和一些橋例的一般性調(diào)查，對鋼管混凝土拱橋的現(xiàn)狀特征進行分類統(tǒng)計，分析制約養(yǎng)護的因素及其養(yǎng)護需求。調(diào)查內(nèi)容包括外觀調(diào)查、管內(nèi)混凝土密實度檢測、吊桿系桿索力測試以及必要的全橋靜動載試驗等。 在對現(xiàn)狀調(diào)查的基礎(chǔ)上，有針對性的研究養(yǎng)護維修辦法，如拱肋鋼構(gòu)件損傷及病害的維修養(yǎng)護技術(shù)（如防護體系損傷及病害處治、構(gòu)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(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難性事故的發(fā)生。 研究成果報告可為制定或修訂公路養(yǎng)護規(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)科技項目，因此，本研究對吊桿的問題只進行一般性的調(diào)查。 新建鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護技術(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)護的合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)造及養(yǎng)護設(shè)施。 通過對現(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的分析，針對不同結(jié) 構(gòu)形式、不同跨徑的鋼管混凝土拱橋的特點，研究 鋼管混凝土拱橋 各關(guān)鍵部位考慮養(yǎng)護的合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，制定出與其相適應以養(yǎng)護通道為主的養(yǎng)護設(shè)施設(shè)置要求和技術(shù)指 41 標，為鋼管混凝土拱橋的設(shè)計規(guī)范制定與修訂提供基礎(chǔ)資料與技術(shù)支撐。同時結(jié)合子題 1 的相關(guān)內(nèi)容，針對中、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)護周期及維修措施的判別細則及實施方法。 鋼管混凝土拱橋健康診斷及監(jiān)測系統(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)測系統(tǒng)的研究與開發(fā)。 對于運營中的橋梁進行健康 診斷是當今世界橋梁工程中研究的熱點問題，它對于提高橋梁的使用壽命與使用效率、降低養(yǎng)護維修費用具有重要的意義。對于大量使用的中小跨徑與中小規(guī)模的鋼管混凝土拱橋，如何通過定時的、簡單的測試，判斷其健康狀況是本子課題的研究重點。本研究將通過收集到的已有橋梁的靜動載試驗資料、本課題中對已有橋梁的調(diào)查與檢測資料進行分析，重點研究通過動力測試和模態(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)。 對于特大跨度與特大型的鋼管混凝土拱橋，有些在建橋時就應該考慮橋梁的監(jiān)測系統(tǒng)。本研究則重點針對鋼管混凝土拱橋的受力特點進行其監(jiān) 測系統(tǒng)的設(shè)計，并充分利用施工監(jiān)測監(jiān)控和成橋靜動載試驗中所埋設(shè)的傳感器，以求以較少的投資達到較佳的效果。 技術(shù)路線 本項目采用理論分析、室內(nèi)模型試驗和依托工程驗證的技術(shù)路線。本項目技術(shù)路線的實施如下圖所示。 42 工作方案和組織措施 本項目研究專題較多，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 個具體工作： （ 1） 鋼管混凝土拱橋設(shè)計計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； （ 4） 收集現(xiàn)有資料、分析整理提出合理構(gòu)造形式； 43 （ 5） 計算分析、構(gòu)造研究及資料整理； （ 6）依托工程設(shè)計； （ 7）依托工程施工； （ 8）依托工程試驗； （ 9）編寫鋼管混凝土拱橋設(shè)計指南、施工指南及養(yǎng)護維修指南； （ 10）撰寫專題研究報告； 上述 10 項工作可劃分為四個階段：（ 1）研究階段；（ 2）依托工程實施階段；（ 3）總結(jié)階段；（ 4）鑒定階段。在研究階段完成設(shè)計計算分析專用軟件及施工控制專用軟件的研制、專題計算分析、對現(xiàn)有資料分析整理及構(gòu)造研究和室內(nèi)模型試驗，得出預期成果；第二階段完成依托工 程設(shè)計、施工和試驗，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告和設(shè)計、施工及養(yǎng)護維修指南；最后階段項目鑒定。 44 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》。 與后續(xù)技術(shù)改造或基建計劃的銜接、基建或改造計劃的落實情況 西部高等級公路建設(shè)起步不久，國道主干線高等級公路網(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、新工作還很多。 45 本項目實施后，后續(xù)技術(shù)改造項目或基本建設(shè)項目可依據(jù)本項目提 出的 鋼管混凝土拱橋設(shè)計、施工及養(yǎng)護關(guān)鍵技術(shù) 來指導公路橋梁工程師們進行更加科學、合理的 鋼管混凝土拱橋 設(shè)計、施工等，并為 鋼管混凝土拱橋 設(shè)計、施工等規(guī)范的制定提供參考，并充實橋梁有關(guān)技術(shù)規(guī)范的內(nèi)容。 技術(shù)經(jīng)濟指標 本項目技術(shù)經(jīng)濟指標如下： 1．本項目中“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； 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)計計算分析專用程序： ① 程序清單； ② 驗證報告； 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 驗證報告； ③ 用戶證明。 46 項目承擔單位及參加單位概況 項目 承擔單位及參加單位概況 1．項目 承擔 單位 概況 項目 承擔 單位：湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院 單位概況：湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院創(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、咨詢和施工監(jiān)理以及試驗檢測、儀器檢測和銷售等科技咨詢服務業(yè)務。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）等四大類甲級資質(zhì)及建筑工程乙級設(shè)計資質(zhì)。還具有其他國家行業(yè)主管部門授予的包括工程咨詢、科技咨詢和試驗檢測等在內(nèi)的甲級資質(zhì) 7 種和乙級資質(zhì) 2 種，是交通行業(yè)知名勘察設(shè)計單位之一。 該院人才濟濟，技術(shù)先進，裝備精良，管理科學?，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、高級技術(shù)職稱 250 人。擁有先進成套的測量、試驗檢測、計算機、監(jiān)理測試等設(shè)備 20xx 多臺套，各類科技圖書近 7000種，建立了全院的計算機網(wǎng)絡(luò)。 20xx年通過 ISO9001質(zhì)量體系認證。 該院具有豐富的勘察設(shè)計經(jīng)驗及較強的科研實力。至“九五” 期末已累計完成勘察設(shè)計等級公路 8500 公里，其中高速公路 20xx 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(nèi) 14 個?。▍^(qū)）及 9 個亞非國家。 1978 年以來獲得國家、部省級優(yōu)秀工程勘察設(shè)計、 47 咨詢、科 技進步獎 100余項，其中國家金獎（一等獎） 10項。 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)的科研活動或科技成果包括大跨度鋼管混凝土拱橋設(shè)計與施工成套技術(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、超長柔性系桿溫度影響效應分析及施工關(guān)鍵技術(shù)研究等。 該院承諾：將為本課題提供充足的人、財、物等各方面的支持。 2． 項目 參加單位概況 項目參加單位 1：交通部公路科學研究所 單位概況：交通部公路科學研究所成立于 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(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、交通工程三個專業(yè)碩士學位授予資格，與東南大學聯(lián)合具有交通運輸工程一級學科博士生培養(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)濟建設(shè)主戰(zhàn)場，承擔了勘察設(shè)計、工程檢測、施工監(jiān)理等項目共 760余項，獲部、省級獎9 項。在橋梁設(shè)計、科研、檢測、測試和橋梁 CAD 等方面充分發(fā)揮所 48 的傳統(tǒng)優(yōu)勢。在西部交通科技項目中，公路所在道路、橋梁、巖土等方面承擔多項任務。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，逐步建立了現(xiàn)代科技院所的機制，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)橋梁檢測用的鋼筋保護層測定儀，鋼 筋銹蝕儀等專用設(shè)備及橋梁運營管理養(yǎng)護系統(tǒng)，主持完成了《公路工程質(zhì)量檢測評定標準》的編制及修訂工作。 項目參加單位 2：福州大學 單位概況： 福州大學 為 1996 年 “211 工程 ” 國家重點建設(shè)項目 。學校設(shè)有 土木建筑工程學院等 13 個學院， 21 個系、 有結(jié)構(gòu)工程等 7個博士點； 橋梁與隧道工程等 46 個碩士點， 結(jié)構(gòu)工程與橋梁工程等8 個省 “211 工程 ”重點學科。學校擁有一支較強的師資隊伍。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，博士生導師 41 名，國家級專家 9 名，省有突出貢獻專家和優(yōu)秀專家 20 名，享受政府特殊津貼專家 105 名。 福州大學 “211 工程 ”“ 九五 ” 期間建設(shè)項目 已順利通過 驗收 ，現(xiàn)已進入二期建設(shè)。在二期建設(shè)中，“土木工程新技術(shù)與防災減災”被列入全校五個國家重點建設(shè)的學科之一，鋼管混凝土拱橋研究是該學科建設(shè)的主要內(nèi)容之一。福州大學在鋼管混凝土基礎(chǔ)理論與鋼管混凝土拱橋的應用研究方面，以博士生導師陳寶春教授和韓林海研究員為學術(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)計與施工》、《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)》、《鋼管混凝土力學》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”等多項成果獲 省部級一二等獎，先后參預了多本有關(guān)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程的編寫