鋼管混凝土拱橋設(shè)計、施工與養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究可研報告(湖南省院投標(biāo)版).doc

1鋼管混凝土拱橋設(shè)計、施工與養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究技術(shù)響應(yīng)書1、項目的背景和必要性1.1項目概況拱橋是一種以受壓為主的結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用抗壓強度高、抗拉強度低的圬工材料修建，當(dāng)?shù)鼗鶙l件較好時，這種由自重產(chǎn)生的廉價的對結(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。長期以來，圬工和鋼筋混凝土拱橋在我國得到廣泛的應(yīng)用，尤其在西南山區(qū)的公路建設(shè)中。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制了其跨徑的發(fā)展，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、勞動力價格的提高和建筑材料供應(yīng)的充分與價格的相對下降，拱橋的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)先進(jìn)性日益受到其它橋型的挑戰(zhàn)。1990年代，我國在西南地區(qū)開始了將鋼管混凝土應(yīng)用于拱橋的實踐。1990年第一座鋼管混凝土拱橋-四川旺蒼東河大橋2建成。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，已建和在建的鋼管混凝土拱橋已達(dá)200余座。已建成跨徑最大的是廣州丫髻沙大橋（主跨360m），在建跨徑最大的是重慶巫峽長江大橋（主跨凈跨460m）。鋼管混凝土將鋼材和混凝土有機(jī)地結(jié)合在一起。在受力方面，一方面借助內(nèi)填混凝土提高鋼管壁耐側(cè)壓穩(wěn)定性，另一方面，通過鋼管對混凝土的緊箍力作用提高核心混凝土的承載力，因此兩種材料優(yōu)勢互補，材料得到充分的利用。在施工方面，空鋼管架設(shè)吊裝重量輕，工廠化程度高，又可作為施工支架和內(nèi)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。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。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。此后，未有此類橋梁建設(shè)的報道。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。近些年國外有個別拱橋應(yīng)用了鋼管混凝土材料，如法國的Autrenas橋（跨徑56m）、美國的ColumbusGateway拱橋等，但這些橋只是在拱腳部分應(yīng)用了鋼管混凝土材料，在設(shè)計上將其視為鋼拱橋，與我國的鋼管混凝土拱橋相比，無論在設(shè)計理論、結(jié)構(gòu)型式，還是施工工藝與技術(shù)上均有很大的不同。然而，由于我國正處于交通基礎(chǔ)設(shè)施與市政工程設(shè)施建設(shè)的高峰，鋼管混凝土拱橋的應(yīng)用發(fā)展迅猛，對于鋼管混凝土拱橋的結(jié)構(gòu)受力性3能、施工工藝和要求等方面還處于探討過程之中，仍有許多課題研究有待進(jìn)行，更為重要的是我國迄今為止還沒有專門的鋼管混凝土拱橋設(shè)計與施工規(guī)范，給工程應(yīng)用帶來困難，也制約了鋼管混凝土拱橋的健康發(fā)展。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(hù)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(hù)、鋼管拱肋的防腐等，隨著時間的推移，其養(yǎng)護(hù)問題可能更加突出。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)及早開展。鋼管混凝土拱橋最早從我國的西南發(fā)展起來。我國西南地處山區(qū)，適合于修建拱橋，鋼管混凝土拱橋是在我國經(jīng)過廣大橋梁工作者對拱橋輕型化、現(xiàn)代化的大量探索之后，找到的一種新型拱橋結(jié)構(gòu)。由于它適合我國生產(chǎn)力、鋼產(chǎn)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(jīng)濟(jì)效益，因此，鋼管混凝土拱橋一經(jīng)出現(xiàn)很快就向全國發(fā)展。近年來，在西北地區(qū)的交通建設(shè)中，鋼管混凝土拱橋也日益顯示出其強大的生命力。因此，鋼管混凝土拱橋已經(jīng)在、也還將繼續(xù)在西部地區(qū)交通建設(shè)中發(fā)揮越來越重要的作用，對鋼管混凝土拱橋的設(shè)計、施工和養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)開展研究是非常必要的。鋼管混凝土拱橋設(shè)計、施工與養(yǎng)護(hù)關(guān)健技術(shù)研究主要內(nèi)容包括：1、鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)體系的研究（1）鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)體系研究；4（2）鋼管混凝土拱肋結(jié)構(gòu)與構(gòu)造研究；（3）橋面結(jié)構(gòu)與構(gòu)造研究。2、鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計理論及設(shè)計方法的研究（1）鋼管混凝土拱橋極限承載力的研究；（2）鋼管混凝土拱橋正常使用極限狀態(tài)受力的研究；（3）鋼管混凝土拱橋溫度、收縮徐變問題研究。3、鋼管混凝土拱橋施工及施工控制技術(shù)的研究（1）鋼管拱肋加工制作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究；（2）鋼管拱肋架設(shè)技術(shù)方法的研究；（3）管內(nèi)高性能混凝土的研究；（4）施工控制技術(shù)的研究。4、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)測系統(tǒng)的研究。1.2項目研究目的本項目將在鋼管混凝土拱橋大量應(yīng)用及已進(jìn)行的各種研究成果的基礎(chǔ)上，抓住鋼管混凝土拱橋理論與應(yīng)用中關(guān)鍵的技術(shù)問題和在西部地區(qū)應(yīng)用的特點，選取典型的工程作為分析對象，對鋼管混凝土拱橋的結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)造型式及受力性能進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，對各種結(jié)構(gòu)體系提出合理的構(gòu)造型式與應(yīng)用范圍、提出實用的鋼管混凝土拱橋設(shè)5計計算理論、實用算法及應(yīng)用程序、提出鋼管混凝土拱橋設(shè)計指南以指導(dǎo)應(yīng)用；對鋼管拱肋制作工藝及質(zhì)量控制、鋼管拱肋的架設(shè)技術(shù)及施工控制技術(shù)、管內(nèi)混凝土質(zhì)量檢測與控制技術(shù)、施工控制技術(shù)等進(jìn)行研究，編寫鋼管混凝土拱橋施工指南以指導(dǎo)施工；對鋼管混凝土拱橋的使用管理與養(yǎng)護(hù)技術(shù)及健康診斷與監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行研究，新建橋梁從建設(shè)開始就能為將來的使用與養(yǎng)護(hù)考慮，對于已建橋梁提出合理的使用管理與養(yǎng)護(hù)改造方案，提出鋼管混凝土拱橋健康診斷經(jīng)濟(jì)實用的技術(shù)及安全評定方法，編寫鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護(hù)手冊，以最大限度地發(fā)揮鋼管混凝土拱橋的社會經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)合典型工程，通過研究，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、施工與養(yǎng)護(hù)成套技術(shù)，并為鋼管混凝土拱橋設(shè)計規(guī)范和施工規(guī)范的制定打下堅實的理論基礎(chǔ)，使這種橋型在我國的西部交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中發(fā)揮更大更好的作用。同時它對解決我國當(dāng)前鋼管混凝土拱橋設(shè)計、施工與養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵問題，促進(jìn)鋼管混凝土拱橋的科技進(jìn)步，降低工程造價、提高結(jié)構(gòu)安全性具有重要意義，將取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。1.3市場需求前景交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是我國西部開發(fā)的重要內(nèi)容之一，橋梁是交通基礎(chǔ)設(shè)施中的關(guān)鍵內(nèi)容，因此，在西部地區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中必將修建大量的公路、鐵路和市政工程橋梁。鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)形式多樣，適用范圍廣，經(jīng)濟(jì)跨徑從幾十米到二三百米，最大跨徑已達(dá)460米。我國西部地區(qū)多處于河流的上流，6大河水面寬度以二三百米為多，兩岸地勢陡峭、地質(zhì)條件較好時，可以用有推力的鋼管混凝土拱橋一跨跨越。對于其它情況，其主跨也可以采用鋼管混凝土拱橋。據(jù)2002年11月人民交通出版社出版的鋼管混凝土拱橋?qū)嵗ㄒ唬┲械淖钚陆y(tǒng)計（不完全統(tǒng)計），已建成的鋼管混凝土拱橋中有40%建于西部地區(qū)。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。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。因此，在西部交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)之中，鋼管混凝土拱橋的應(yīng)用有著廣闊的前景，本項目的研究對我國西部交通建設(shè)有著十分重大的意義。1.4達(dá)到的技術(shù)水平鋼管混凝土拱橋是一種適合于中國國情的橋梁結(jié)構(gòu)形式，國外此類橋梁修建甚少，因此其研究工作開展也極少。國內(nèi)雖然鋼管混凝土拱橋修建了較多，但是以針對具體橋梁的個案問題的研究為主，許多問題還未涉及，一些問題雖開展了研究但不深入，更缺乏對鋼管混凝土拱橋設(shè)計、施工和養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)開展過系統(tǒng)的研究。本項目聯(lián)合了國內(nèi)多家在鋼管混凝土拱橋應(yīng)用與研究方面具有相當(dāng)基礎(chǔ)的設(shè)計、科研、高等院校等單位，進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，有望使我國鋼管混凝土拱橋的設(shè)計、施工和養(yǎng)護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵問題上取得一些重大的突破，取得較為7系統(tǒng)的研究成果，使鋼管混凝土拱橋的技術(shù)躍上一個新的臺階。研究成果將達(dá)國內(nèi)領(lǐng)先水平或國際先進(jìn)水平。1.5在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用西部開發(fā)是我國實現(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)問題。如前所述，鋼管混凝土拱橋是一種適合我國西部地區(qū)應(yīng)用的橋型，因此，本項目對鋼管混凝土拱橋設(shè)計、施工與養(yǎng)護(hù)關(guān)健技術(shù)問題的研究，對充分發(fā)揮科技創(chuàng)新在西部交通建設(shè)中的作用，對西部交通建設(shè)中充分發(fā)揮投資效益、實現(xiàn)西部地區(qū)交通的跨越式發(fā)展起到積極的推動作用。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。同時基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)本身投資巨大，它將直接刺激建