鋼管混凝土拱橋設(shè)計和施工技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)

鋼管混凝土拱橋設(shè)計、施工與養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究研究報告簡本各主要構(gòu)件均需設(shè)置養(yǎng)護(hù)維修通道（2）吊桿、系桿必須采用可檢查可更換體系（3）鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝嚴(yán)格按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（4）高度重視排水設(shè)計（5）建立完善的監(jiān)測系統(tǒng)（6）明確關(guān)鍵部位養(yǎng)護(hù)周期子題三：鋼管混凝土拱橋健康診斷及監(jiān)測系統(tǒng)的研究。橋梁整體性態(tài)與橋梁整體性態(tài)與局部性態(tài)監(jiān)測損傷識別與模型修正橋梁離線安全評定與預(yù)測橋梁環(huán)境荷載監(jiān)測運(yùn)營健康監(jiān)測系統(tǒng)組成上游上游北（茅草街）南（指揮部）系桿溫度補(bǔ)償傳感器FBG-FRP應(yīng)變傳感器風(fēng)速儀FBG-FRP應(yīng)變、溫度補(bǔ)償傳感器與主拱風(fēng)速儀布設(shè)位置圖傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器

傳感器傳感器傳感器模塊化儀器模塊化儀器模塊化儀器串口通信服務(wù)器集線器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖1.3技術(shù)路線本項目采用理論分析、室內(nèi)模型實驗、現(xiàn)場測試、工程分析、工程驗證相結(jié)合的研究思路，技術(shù)路線如下圖所示。1.4依托工程本項目依托工程共兩個：湖南省湘西土家族苗族自治州永順王村大橋和益陽市茅草街大橋。兩依托工程與項目均有良好的時間對應(yīng)關(guān)系，王村大橋于2001年3月開工，2004年5月竣工通車，益陽市茅草街大橋于2002年7月開工，2006年12月竣工通車。研究成果均在依托工程中得到了較好的應(yīng)用，確保了依托工程的安全順利完工，建成后各項指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求，說明實際工程與科研相結(jié)合取得了較好的效果。2主要研究成果及創(chuàng)新點(diǎn)本項目通過大量的調(diào)研、理論分析、數(shù)值計算和試驗研究，取得了以下重要研究成果：一、本項目通過理論分析、試驗研究、軟件研發(fā)和多座依托工程實踐驗證，取得了如下國際首創(chuàng)的研究成果：1）開展了鋼管混凝土啞鈴型、桁式構(gòu)件以及肋拱多點(diǎn)加載的試驗研究，找出了其受力性能規(guī)律及破壞機(jī)理，填補(bǔ)了該領(lǐng)域基礎(chǔ)理論研究的空白，為鋼管混凝土拱橋設(shè)計理論奠定了基礎(chǔ)。2）提出了鋼管混凝土格構(gòu)式結(jié)構(gòu)極限承載力計算的修正法、等效長細(xì)比法、等效梁柱法；進(jìn)行了四年半的鋼管混凝土收縮、徐變試驗，擬合了收縮、徐變系數(shù)計算公式，推導(dǎo)了鋼管混凝土截面的內(nèi)力重分布計算公式，完善了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的收縮、徐變計算理論；開發(fā)了鋼管混凝土拱極限承載力計算專用軟件；提出了正常使用極限狀態(tài)下拱肋設(shè)計剛度取值和撓度限值等。研究成果為設(shè)計規(guī)范的制定提供了理論依據(jù)。3）基于茅草街大橋全橋施工控制及相關(guān)模型試驗，提出了鋼管混凝土拱橋纜索吊裝的索力增量比較法、預(yù)制拱段拼裝的二步定位法和橫梁定位的相對標(biāo)高法，開發(fā)了鋼管混凝土拱橋施工控制專用軟件，可顯著提高施工控制效率和精度。三、系統(tǒng)提出了一套適合于鋼管混凝土拱橋纜索吊裝法的施工技術(shù)，解決了纜吊系統(tǒng)優(yōu)化、吊扣塔一體化、管內(nèi)高性能混凝土等關(guān)鍵技術(shù)難題。四、系統(tǒng)地對全國范圍內(nèi)近1/3的鋼管混凝土拱橋進(jìn)行了調(diào)研，制定了一套完整的鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護(hù)、維修技術(shù)方案，解決了鋼管混凝土拱橋管理和養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵問題。五、基于該項目的研究成果，率先在湖區(qū)極軟弱地基條件下，設(shè)計并建成了寬跨比為1/19的鋼管混凝土拱橋－－益陽茅草街大橋，其跨徑居同類橋型世界第一。六、編制了《鋼管混凝土拱橋設(shè)計指南》、《鋼管混凝土拱橋施工指南》、《鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護(hù)維修指南》，為我國鋼管混凝土拱橋設(shè)計、施工及養(yǎng)護(hù)維修規(guī)范的制定奠定了基礎(chǔ)。經(jīng)鑒定委員會專家鑒定：本項目對鋼管混凝土拱橋設(shè)計、施工與養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，技術(shù)路線正確，研究手段先進(jìn)，創(chuàng)造性地解決了鋼管混凝土拱橋建設(shè)、養(yǎng)護(hù)等諸多技術(shù)難題，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益，研究成果具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。3項目的經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境效益及推廣應(yīng)用前景本項目“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”對鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)體系、設(shè)計、施工與養(yǎng)護(hù)四個方面進(jìn)行系統(tǒng)、深入研究，取得了一系列重要的創(chuàng)新性研究成果，也創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)、社會效益，四個專題具體分析見下表。鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)體系的研究鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計理論及設(shè)計方法的研究鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)施工及施工控制技術(shù)的研究鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究益陽市茅草街大橋：節(jié)省500萬元，主要體現(xiàn)在：（1）橋面采用輕型的鋼混組合結(jié)構(gòu)設(shè)計，大大降低結(jié)構(gòu)自重，節(jié)省主拱肋鋼材約500噸；（2）采用可更換的環(huán)氧噴涂鋼絞線系桿和低應(yīng)力吊桿，大大提高了索的耐久性和防腐可靠性，延長其使用壽命。確保了結(jié)構(gòu)安全、合理，縮短了設(shè)計周期及施工工期。（1）益陽市茅草街大橋：節(jié)省400萬元；（2）福鼎山前大橋：節(jié)省50萬元；（3）福鼎新桐山大橋：節(jié)省200萬元；（4）泉州百琦湖大橋：節(jié)省200萬元。益陽市茅草街大橋：節(jié)省1600萬元，主要體現(xiàn)在：（1）纜吊架設(shè)系統(tǒng)的優(yōu)化；（2）調(diào)索技術(shù)；（3）拱段吊裝的的二步定位技術(shù)；（4）用L型箱的充填性為指標(biāo)優(yōu)化混凝土砂率技術(shù)。（1）出于養(yǎng)護(hù)考慮的合理結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式及管理模式，可節(jié)省養(yǎng)護(hù)費(fèi)用；（2）健康監(jiān)測與診斷系統(tǒng)可節(jié)省橋梁定期檢測的費(fèi)用，減少安全事故帶來的經(jīng)濟(jì)損失。本項目的研究，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益2950萬元本項目研究對我國目前鋼管混凝土拱橋設(shè)計、施工及養(yǎng)護(hù)等方面都具有重大的指導(dǎo)意義。這些研究成果將使我國鋼管混凝土拱橋躍上一個新臺階，為今后鋼管混凝土拱橋相關(guān)規(guī)范或制度的建立奠定基礎(chǔ)，填補(bǔ)了我國鋼管混凝土拱橋研究的空白。4項目執(zhí)行情況評價4.1項目目標(biāo)、任務(wù)完成情況的評價本項目的研究內(nèi)容雖然范圍廣、要求高，但課題組成員克服種種困難，認(rèn)真對待，充分體現(xiàn)了大項目、大協(xié)作、大成果，全國鋼管混凝土拱橋研究及應(yīng)用領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的8家科研機(jī)構(gòu)、高等院校、設(shè)計單位、施工單位等，包括院士在內(nèi)的83位科技人員參加科技攻關(guān)，共完成了四個專題13個子題的研究，發(fā)表了相關(guān)方面論文25篇，編寫了對鋼管混凝土拱橋設(shè)計、施工及養(yǎng)護(hù)具有指導(dǎo)意義的指南3部，編制了鋼管混凝土拱橋設(shè)計、施工控制軟件2套。4.2關(guān)鍵技術(shù)、主要科技成果及整體水平的評價本項目關(guān)鍵技術(shù)、研究成果覆蓋了鋼管混凝土拱橋力學(xué)理論、工程試驗、橋梁設(shè)計、橋梁建造、橋梁維修及養(yǎng)護(hù)等各領(lǐng)域，填補(bǔ)了我國工程界許多的學(xué)術(shù)空白，將進(jìn)一步促進(jìn)鋼管混凝土拱橋橋型的繁榮與發(fā)展，為鋼管混凝土拱橋的技術(shù)進(jìn)步做出重要的貢獻(xiàn)。經(jīng)鑒定委員會專家鑒定鑒定委員會認(rèn)為：本項目對鋼管混凝土拱橋設(shè)計、施工與養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，技術(shù)路線正確，研究手段先進(jìn)，創(chuàng)造性地解決了鋼管混凝土拱橋建設(shè)、養(yǎng)護(hù)等諸多技術(shù)難題，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益，研究成果具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。鑒定委員會一致認(rèn)為本項目研究成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平。4.3項目實施對依托工程的作用和影響本項目在鋼管混凝土拱橋的設(shè)計、施工和養(yǎng)護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵問題上取得了一些重大的突破和系統(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。本課題成果通過在益陽市茅草街大橋工程的實際應(yīng)用，創(chuàng)造性地解決了益陽市茅草街大橋368m主跨鋼管混凝土拱橋的諸多技術(shù)難題，極大地降低工程成本，提高了工作效率，確保大橋建設(shè)過程的安全和整體質(zhì)量，同時也產(chǎn)生了巨大社會、經(jīng)濟(jì)效益，課題研究成果為益陽市茅草街大橋創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益共2500萬元。4.4經(jīng)費(fèi)使用的合理性評價在研究經(jīng)費(fèi)的使用過程中，課題組嚴(yán)格遵守了科學(xué)性、合理性、互補(bǔ)性、高效性及重點(diǎn)優(yōu)先的五原則，從實際出發(fā)，根據(jù)項目定位、各專題的研究內(nèi)容以及設(shè)計、施工及養(yǎng)護(hù)之間相互關(guān)系等多方面的因素，進(jìn)行綜合分析，客觀地制定項目經(jīng)費(fèi)的預(yù)算計劃，并在此基礎(chǔ)上合理的分配和使用了經(jīng)費(fèi)，從而有力的保障了項目研究在本領(lǐng)域的先進(jìn)水平。5合作者本項目的研究面廣，涉及的研究范圍寬，整個項目由四個專題十三個子題組成，涵蓋了鋼管混凝土拱橋的設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)等多方面的內(nèi)容，所以研究隊伍規(guī)模較大，項目研究成員中有院士1人、教授（包括教授級高級工程師、研究員級高級工程師）12人、副教授（包括副研究員、高級工程師）18人、講師（包括工程師）20人、助理研究員（包括助理工程師）4人、博士研究生、碩士研究生28人，期間，還不斷有研究人員充實到研究隊伍中來。其中主要研究人員見下表。排名姓名職稱工作單位主要貢獻(xiàn)1陳明憲教授級高工湖南省交通廳項目負(fù)責(zé)人2胡建華研究員級高工湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院項目組織及專題一負(fù)責(zé)人3李瑜高級工程師湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院項目組織及依托工程設(shè)計負(fù)責(zé)人4陳寶春教授福州大學(xué)專題二負(fù)責(zé)人5顏東煌教授長沙理工大學(xué)專題三負(fù)責(zé)人6張勁泉研究員交通部公路科學(xué)研究院專題四負(fù)責(zé)人7趙躍宇教授湖南大學(xué)參加專題一研究8張輝高級工程師湖南路橋建設(shè)集團(tuán)公司及9楊孟剛副教授中南大學(xué)參加專題一、專題三研究10邵旭東教授湖南大學(xué)參加專題二研究11向建軍高級工程師湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院參加專題一研究12蔡志偉高級工程師依托工程項目管理13韋建剛副教授福州大學(xué)參加專題二研究14張克波教授長沙理工大學(xué)參加專題三研究15閻昕博士生哈爾濱工業(yè)大學(xué)參加專題四研究通過本項目的研究工作，既進(jìn)一步充實了高資歷人員的學(xué)術(shù)水平和專業(yè)能力，也提高了低資歷人員的工作安排能力、科研能力和專業(yè)技術(shù)能力，為今后相關(guān)研究工作及其它工作的開展提供了很大的幫助和借鑒作用。在本項目研究期間，有4名副教授（包括副研究員、高級工程師）晉升為教授（包括教授級高級工程師、研究員級高級工程師），有10名講師（包括工程師）晉升為副教授（包括副研究員、高級工程師）。6致謝本項目的研究工作承蒙交通部西部交通建設(shè)科技項目管理中心各位領(lǐng)導(dǎo)和專家的熱情指導(dǎo)與