山區(qū)大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋的設(shè)計(jì)及施工技術(shù)研究[分享]

1、山區(qū)大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋的設(shè)計(jì)及施工技術(shù)研究報(bào) 告 簡(jiǎn) 本1、立項(xiàng)背景及研究思路我國(guó)已建鋼筋混凝土箱型拱橋300余座，跨徑大于100米的鋼筋混凝土箱型拱橋50余座，是世界上建造主跨超過(guò)200米拱橋最多的國(guó)家。但是，由于受歷史技術(shù)發(fā)展水平、經(jīng)濟(jì)條件、建設(shè)環(huán)境等系列因素影響，鋼筋混凝土箱型拱橋建設(shè)存在以下技術(shù)難題：已建鋼筋混凝土箱型拱橋不同程度存在病害；面對(duì)現(xiàn)代山區(qū)復(fù)雜地形地質(zhì)條件和惡劣交通運(yùn)輸條件限制，新結(jié)構(gòu)、新工藝的開發(fā)應(yīng)用；大跨度鋼筋砼箱型拱橋位移理論的應(yīng)用及軟件開發(fā)；已有設(shè)計(jì)、施工和耐久性技術(shù)的改進(jìn)和完善。課題研究是在廣泛調(diào)查分析研究已建山區(qū)大跨徑鋼筋砼箱型拱橋設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)存

2、在的問(wèn)題、橋梁使用存在的病害、典型事故的基礎(chǔ)上，借鑒國(guó)內(nèi)外同類橋梁建設(shè)采取的對(duì)策措施，結(jié)合我國(guó)鋼筋混凝土箱型拱橋建設(shè)面臨的技術(shù)難題，依托攀（枝花）西（昌）高速公路白沙溝大橋等工程，組織設(shè)計(jì)單位、科研單位、施工單位和大專院校等機(jī)構(gòu)聯(lián)合攻關(guān)，采取新措施、確定合理的設(shè)計(jì)參數(shù)和計(jì)算理論、開發(fā)新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝、形成同類橋梁設(shè)計(jì)施工技術(shù)指南，以求達(dá)到建設(shè)同類橋梁先進(jìn)水平，提高橋梁建設(shè)質(zhì)量和延長(zhǎng)橋梁使用壽命，滿足現(xiàn)代橋梁和新時(shí)期山區(qū)復(fù)雜地形地質(zhì)條件建設(shè)需要。2、研究?jī)?nèi)容課題研究?jī)?nèi)容一覽表標(biāo)題序號(hào)研究?jī)?nèi)容成果報(bào)告子課題1山區(qū)大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋現(xiàn)狀調(diào)查分析試驗(yàn)研究上、下冊(cè)2山區(qū)大跨徑鋼筋砼箱型拱橋的

3、合理布置和結(jié)構(gòu)選型研究全一冊(cè)3山區(qū)大跨徑鋼筋砼箱型拱橋合理計(jì)算理論和實(shí)用計(jì)算方法研究上、下冊(cè)4山區(qū)大跨徑鋼筋砼箱型拱橋施工監(jiān)控技術(shù)研究全一冊(cè)5山區(qū)大跨徑鋼筋砼箱型拱橋的模型試驗(yàn)及實(shí)橋現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究全一冊(cè)6高強(qiáng)砼、鋼砼組合結(jié)構(gòu)箱型拱橋調(diào)查試驗(yàn)研究上、下冊(cè)7山區(qū)大跨徑鋼筋砼箱型拱橋設(shè)計(jì)及施工技術(shù)指南全一冊(cè)輔助課題1攀枝花白沙溝大橋施工監(jiān)控報(bào)告全一冊(cè)2攀枝花白沙溝大橋靜動(dòng)載試驗(yàn)報(bào)告全一冊(cè)技術(shù)總報(bào)告山區(qū)大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋設(shè)計(jì)與施工研究技術(shù)總報(bào)告全一冊(cè)工作總報(bào)告山區(qū)大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋設(shè)計(jì)與施工研究工作總報(bào)告全一冊(cè)用戶使用報(bào)告山區(qū)大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋設(shè)計(jì)與施工研究用戶使用報(bào)告全一冊(cè)科技查新報(bào)

4、告山區(qū)大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋設(shè)計(jì)與施工研究科技查新報(bào)告全一冊(cè)根據(jù)課題研究需要，完成了白沙溝大橋1：10模型試驗(yàn)研究，完成了懸臂施工過(guò)程、成橋結(jié)構(gòu)承載能力試驗(yàn)研究；完成主跨160米鋼筋混凝土箱型拱橋、波折腹板鋼筋混凝土箱型拱橋、鋼管腹桿鋼筋混凝土箱型拱橋1：10的三個(gè)模型試驗(yàn)研究；完成了主跨75米鋼筋混凝土箱肋拱橋、箱板拱橋1：20玻璃纖維模型試驗(yàn)研究；完成了施工現(xiàn)場(chǎng)巖錨、巖孔錨和懸臂施工全過(guò)程的測(cè)試研究和成橋測(cè)試研究。3、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)、鋼筋混凝土箱型拱橋病害系統(tǒng)調(diào)查分析本課題普查了近300座鋼筋混凝土拱橋，收集分析、整理了以云南、貴州、重慶、四川、廣西等地區(qū)已建159座鋼筋混凝土箱型拱橋

5、的施工概況、使用現(xiàn)狀、事故病害情況，從建設(shè)環(huán)境、設(shè)計(jì)、施工、材料、后期養(yǎng)護(hù)、各部位加固處理措施等不同方面提出了處理措施。從鋼筋混凝土箱形拱橋設(shè)計(jì)、施工、使用的各階段提出改進(jìn)措施，從結(jié)構(gòu)體系、設(shè)計(jì)計(jì)算、細(xì)部構(gòu)造、施工方法等方面介紹了病害形成原因和相應(yīng)對(duì)策措施。并將研究成果吸收到課題研究設(shè)計(jì)與施工指南中。3.2、鋼筋混凝土箱型拱橋計(jì)算參數(shù)研究根據(jù)調(diào)查分析，設(shè)計(jì)箱板拱橋不計(jì)橫向分配系數(shù)、箱肋拱橋按“偏心受壓法”計(jì)算橫向分配系數(shù)，是與這類橋梁實(shí)際受力不吻合的。為了準(zhǔn)確確定箱型拱橋橫向分配系數(shù)，模擬跨度為70m的箱板拱，進(jìn)行了1：20玻璃纖維鋼模型試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外拱橋偏心彎矩增大系數(shù)計(jì)算方法的調(diào)查研究

6、，結(jié)合模型計(jì)算分析，探討了箱型拱橋荷載橫向分配系數(shù)、偏心彎矩增大系數(shù)及沖擊系數(shù)的影響因素及其規(guī)律，并提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)建議。3.3、鋼筋混凝土箱型拱橋撓度理論的應(yīng)用研究（1）、首次開發(fā)了針對(duì)拱橋結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模模塊，彌補(bǔ)了現(xiàn)有大型有限元分析軟件在拱橋參數(shù)化建模模塊開發(fā)方面的不足。（2）、開發(fā)的靜力計(jì)算模塊考慮到橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算及其規(guī)范的特點(diǎn)，計(jì)算工況豐富且包括了04新規(guī)范的活載標(biāo)準(zhǔn)。后處理模塊可方便進(jìn)行各種荷載工況的組合，同時(shí)計(jì)算結(jié)果也可以保存于word、excel等不同的文件類型中。（3）、開發(fā)了譜分析及時(shí)程分析橋梁抗震計(jì)算模塊。并考慮行波效應(yīng)對(duì)于大跨度拱橋的地震算結(jié)果的影響。（4）、將最優(yōu)化的計(jì)

7、算理論引入到正裝迭代法的計(jì)算中，尋找拱圈澆筑的最佳施工路徑。（5）、結(jié)合拱橋撓度理論與幾何非線性有限元分析方法，利用自主開發(fā)的基于ANSYS的鋼筋混凝土拱橋參數(shù)化建模與計(jì)算模塊，研究大跨鋼筋混凝土拱橋的幾何非線性特征與影響因素。3.4、懸臂節(jié)段澆筑施工技術(shù)山區(qū)大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋無(wú)支架施工方法要有：纜索吊裝法；轉(zhuǎn)體施工法；勁性骨架法；懸臂桁架法。通過(guò)調(diào)查分析，結(jié)合國(guó)際橋梁技術(shù)發(fā)展情況，提出了采用整體截面的單箱多室拱箱截面、斜拉扣掛現(xiàn)場(chǎng)懸臂節(jié)段澆筑的施工工藝。懸臂節(jié)段澆筑為由懸澆體系、扣錨體系和錨固體系組成施工結(jié)構(gòu)體系，現(xiàn)場(chǎng)分節(jié)段澆筑完成主拱圈施工合龍。3.5、懸臂澆筑側(cè)桁縱移掛藍(lán)開發(fā)應(yīng)用主

8、桁采用三角形構(gòu)造，全長(zhǎng)，桁高，總高，凈寬7m。由主桁系統(tǒng)、止推系統(tǒng)、支反力系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、模板系統(tǒng)和工作吊藍(lán)六部分構(gòu)成。這種掛籃結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：（1）為側(cè)桁式前支點(diǎn)掛藍(lán)，重量?jī)H38T（澆注節(jié)段最重129T）；（2）取消了后錨裝置。直接利用拱圈底部支撐錨固；（3）設(shè)置專用止推裝置，克服了掛藍(lán)因拱圈傾角產(chǎn)生的下滑力；（4）掛鉤和后錨座處設(shè)置支座承受反力，比受拉錨固更加安全；（5）行走牽引系統(tǒng)簡(jiǎn)單，行走更安全。3.6、雙重調(diào)索底應(yīng)力夾片錨固系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用針對(duì)常規(guī)的鋼絞線斜拉索專用錨具存在的經(jīng)濟(jì)性差和單根張拉、錨固周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)，開發(fā)了可調(diào)索低應(yīng)力夾片錨固系統(tǒng)，既適用于懸臂節(jié)段澆筑拱圈大變位粗調(diào)索，又可

9、實(shí)現(xiàn)小變位精調(diào)索。3.7、形成纜索吊裝、勁性骨架、轉(zhuǎn)體施工的國(guó)家工法系統(tǒng)總結(jié)和調(diào)查研究纜索吊裝法、轉(zhuǎn)體施工法、勁性骨架法的適用條件及經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，完成了纜索吊裝法的大跨徑拱橋七節(jié)段無(wú)支架吊裝工法、箱型拱橋無(wú)平衡重雙箱對(duì)稱同步轉(zhuǎn)體施工安裝和勁性骨架法中鋼管骨架的斜拉扣掛施工方法，從工藝原理、安裝體系、工藝流程、主要設(shè)備、操作要點(diǎn)等方面進(jìn)行了詳細(xì)論述，在多座橋梁施工驗(yàn)證可靠后，形成了這些工法的施工技術(shù)要求和規(guī)則，最后申報(bào)了大跨徑拱橋七節(jié)段無(wú)支架吊裝工法、箱型拱橋無(wú)平衡重雙箱對(duì)稱同步轉(zhuǎn)體施工工法和大跨徑鋼管混凝土拱橋無(wú)支架吊裝斜拉扣掛工法三項(xiàng)國(guó)家級(jí)工法，并獲得了國(guó)家批準(zhǔn)，獲得了國(guó)家工法證書。無(wú)支架吊裝施

10、工無(wú)平衡重對(duì)稱同步轉(zhuǎn)體施工無(wú)支架吊裝斜拉扣掛施工3.8、新型巖孔錨碇的開發(fā)研究白沙溝大橋西昌岸巖體破碎、完整性差，故采用新型巖孔式錨碇，其主要構(gòu)造由錨碇、預(yù)應(yīng)力錨索、錨板、豎井等組成。西昌岸錨碇一般構(gòu)造（立面）西昌岸錨碇一般構(gòu)造（平面）3.9、編制山區(qū)大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南根據(jù)“山區(qū)大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋的設(shè)計(jì)及施工技術(shù)研究”課題研究成果，結(jié)合國(guó)際橋梁設(shè)計(jì)與施工技術(shù)進(jìn)步，邀請(qǐng)有鋼筋混凝土箱型拱橋設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)和加固經(jīng)驗(yàn)的著名專家、教授參與和審查，編制完成了“山區(qū)大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南”，用于指導(dǎo)這類橋梁設(shè)計(jì)、施工技術(shù)?！爸改稀敝饕ǖ膬?nèi)容為一般規(guī)定

11、、計(jì)算規(guī)定、設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定、施工技術(shù)規(guī)定和其它等內(nèi)容，對(duì)鋼筋混凝土箱型拱橋的主拱圈、拱上立柱、橋面梁、拱座和橋面系等系列構(gòu)件從計(jì)算、構(gòu)造要求、安裝工藝等多方面進(jìn)行了技術(shù)要求，同時(shí)，結(jié)合課題對(duì)同類橋梁常見病害的調(diào)查分析研究，提出了提高耐久性的措施。3.10、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)研究矢跨比的研究推薦鋼筋砼箱型拱橋的矢跨比為1/41/8。拱軸系數(shù)優(yōu)化計(jì)算結(jié)果工況恒載恒載+收縮徐變+升溫恒載+收縮徐變+溫降恒載+收縮徐變+溫降+活載恒載+收縮徐變+溫降+1/2活載拱軸系數(shù)378拱上構(gòu)造的輕型化措施一般為：（1）、采用高強(qiáng)混凝土或輕質(zhì)骨料混凝土；（2）、采用鋼腹板或桁式腹桿鋼筋的箱型截面主拱圈；（3）、采用鋼混凝

12、土組合結(jié)構(gòu)拱上立柱、蓋梁和橋面板；（4）、盡可能采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，如蓋梁、橋面板等，即可以提高跨越能力，減少拱上立柱數(shù)量，又可以縮減截面尺寸，降低構(gòu)件自重。3.11、懸臂節(jié)段澆注補(bǔ)充定額通過(guò)對(duì)施工過(guò)程材料的調(diào)查分析，按有關(guān)編制辦法、政府和主管單位的相關(guān)法律法規(guī)，編制了懸臂澆注主拱圈的各項(xiàng)施工措施費(fèi)，最后換算成每10m3混凝土或每10米節(jié)段長(zhǎng)的定額單價(jià)，有利于懸臂澆注法推廣應(yīng)用時(shí)的經(jīng)濟(jì)概算。4、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的先進(jìn)性及取得相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的情況、主要技術(shù)指標(biāo)白沙溝大橋主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為：混凝土用量2.85 m3/ m2；鋼材用量403kg/ m2；工程造價(jià)5970元/ m2。課題研究成果克服了復(fù)雜

13、的地形地質(zhì)條件和惡劣的交通運(yùn)輸條件，相對(duì)地節(jié)約了工程造價(jià)。課題依托工程可以與路線同步施工，受環(huán)境惡劣建設(shè)條件影響較小，施工工期均早于路線前后其它工程35個(gè)月完工。由于依托工程新的施工工藝完全不需要平整場(chǎng)地，材料存放料場(chǎng)小，不需要開挖陡峻山坡成施工場(chǎng)地，減少了對(duì)環(huán)境的破壞，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境友好的建設(shè)政策。、技術(shù)性能指標(biāo)（1）、全面調(diào)查國(guó)內(nèi)外鋼筋混凝土箱型拱橋設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)情況，普查了300座、調(diào)查了159座、分析論證了主跨大于100米的54座和7座典型事故橋梁各方面技術(shù)情況，提出確保工程質(zhì)量與安全的技術(shù)措施；（2）實(shí)現(xiàn)了單箱多室箱型截面拱橋構(gòu)造設(shè)計(jì)的研究和優(yōu)化；（3）將位移理論和非線性計(jì)算方法應(yīng)用于

14、鋼筋混凝土箱型拱橋，并開發(fā)了計(jì)算軟件；（4）采用懸臂節(jié)段澆筑工藝施工主拱圈，形成了系統(tǒng)的構(gòu)造和工藝技術(shù)；（5）開發(fā)的掛藍(lán)、雙重調(diào)索底應(yīng)力錨具、巖孔錨碇、扣塔橫移等技術(shù)形成了懸臂節(jié)段澆筑拱圈的成套新工藝；（6）研究纜索吊裝法、勁性骨架法和轉(zhuǎn)體施工法，形成了國(guó)家級(jí)施工工法。（7）高強(qiáng)混凝土和鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究，為山區(qū)大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋發(fā)展提供了新的技術(shù)路線；（8）根據(jù)課題研究成果，編制了山區(qū)大跨徑鋼筋砼箱型拱橋設(shè)計(jì)及施工指南。項(xiàng)目開發(fā)的“一種新型巖孔式錨碇”、“拱橋懸臂節(jié)段澆筑工法”申請(qǐng)了實(shí)用新型專利，已受理；“懸澆拱橋側(cè)桁式掛藍(lán)”、“雙重調(diào)索低應(yīng)力夾片錨固系統(tǒng)”獲實(shí)用新型專利證書。

15、總結(jié)發(fā)展的“勁性骨架法”、“轉(zhuǎn)體施工法”、“斜拉扣掛法”安裝主拱圈的施工工法，獲得了國(guó)家級(jí)工法，“懸臂澆注施工”獲得四川省工法。5、推動(dòng)行業(yè)科技進(jìn)步的作用課題研究成果，通過(guò)研究過(guò)程中的技術(shù)交流、依托工程中的應(yīng)用等，使研究新技術(shù)等到了推廣應(yīng)用，推動(dòng)了行業(yè)科技進(jìn)步，其作用體現(xiàn)在：（1）、已有鋼筋混凝土箱箱拱橋的現(xiàn)狀調(diào)查分析及對(duì)策措施研究，有利于提高鋼筋混凝土箱型拱橋耐久性，成果的推廣應(yīng)用，有效防止了同類病害在新建橋梁中的產(chǎn)生，確保了新建橋梁使用壽命；（2）、鋼筋混凝土單箱多室拱箱截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)、拱軸系數(shù)的優(yōu)化選擇等方法，為同行技術(shù)人員提供了示范，既提高了橋梁整體性，又可在采用同樣截面拱箱尺寸獲得更

16、高的安全系數(shù)；（3）、拱橋拱箱懸臂節(jié)段澆筑工法，豐富了橋梁施工技術(shù)，有利于鋼筋混凝土箱型拱橋在地形地質(zhì)條件十分復(fù)雜和交通運(yùn)輸十分困難的山區(qū)建設(shè)；（4）、懸臂側(cè)桁式掛藍(lán)、雙重調(diào)索低應(yīng)力夾片錨固系統(tǒng)、新型巖孔式錨碇和斜拉扣掛系統(tǒng)和施工監(jiān)控技術(shù)等開發(fā)，為推廣應(yīng)用拱橋懸臂節(jié)段澆筑技術(shù)提供了技術(shù)保證；（5）開發(fā)的鋼筋混凝土箱型拱橋位移理論及計(jì)算軟件，確保了大跨鋼筋混凝土箱型拱橋計(jì)算成果的精確性，發(fā)展了計(jì)算理論和計(jì)算方法；（6）高強(qiáng)混凝土和鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究，提出了山區(qū)鋼筋混凝土箱型拱橋繼續(xù)研究方向，為進(jìn)一步發(fā)展鋼筋混凝土箱型拱橋奠定了基礎(chǔ)；（7）鋼筋混凝土箱型拱橋設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南，規(guī)范了設(shè)計(jì)與

17、施工技術(shù)，提高了橋梁建設(shè)依據(jù)和質(zhì)量，確保了橋梁耐久性。6、推廣應(yīng)用及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益課題研究應(yīng)成果應(yīng)用于攀西高速公路白沙溝大橋，確保了大橋的順利建成。鋼筋混凝土箱型拱橋參數(shù)計(jì)算方法、位移計(jì)算理論、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和纜索吊裝國(guó)家工法分別推廣應(yīng)用到主跨176米攀枝花市新雅江大橋（箱板拱）、主跨188米金陽(yáng)通陽(yáng)金沙江大橋（箱板拱）、主跨130米海螺溝青杠坪大橋（箱板拱）、主跨120米的巴中通江縣紀(jì)紅大橋（箱肋拱）上，取得了明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。課題研究成果推廣應(yīng)用產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益為958.0萬(wàn)元。研究成果改善鋼筋混凝土使用性能、提高耐久性等，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益無(wú)法估算。（1）、課題依托工程的順利建成，改善了區(qū)域投資環(huán)境和人們生活條件，促進(jìn)了社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步；（2）、我國(guó)幅員遼闊，尤其西部地區(qū)山高、溝深，高速公路的建設(shè)不可避免的會(huì)設(shè)計(jì)、建設(shè)大量的山區(qū)大跨度混凝土箱型拱橋。因此，本課題研究成果提高鋼筋混凝土箱型拱橋使用性能和耐久性能，有效避免不良病害，取得的社會(huì)效益十分巨大。（3）、課題研究的懸臂節(jié)段澆筑工法