钢管混凝土拱桥设计、施工与养护关键技术研究可研报告(湖南省院投标版).doc

1钢管混凝土拱桥设计、施工与养护关键技术研究技术响应书1、项目的背景和必要性1.1项目概况拱桥是一种以受压为主的结构，可以应用抗压强度高、抗拉强度低的圬工材料修建，当地基条件较好时，这种由自重产生的廉价的对结构的压力，具有很大的经济性。拱桥的适用跨径范围较大，从几十米到三四百米、甚至更大，在山区深沟峡谷、库区等地形条件下，大跨拱桥能避免高墩或高塔的建造，单跨拱桥不需要象连续梁、斜拉桥那样用边跨来平衡主跨，因此具有很强的竞争力。长期以来，圬工和钢筋混凝土拱桥在我国得到广泛的应用，尤其在西南山区的公路建设中。然而，圬工和钢筋混凝土拱桥的自重较大，无支架施工困难等限制了其跨径的发展，随着经济的发展、劳动力价格的提高和建筑材料供应的充分与价格的相对下降，拱桥的经济性和技术先进性日益受到其它桥型的挑战。1990年代，我国在西南地区开始了将钢管混凝土应用于拱桥的实践。1990年第一座钢管混凝土拱桥-四川旺苍东河大桥2建成。此后，这种桥型在我国的公路建设中得到大量的应用与发展，据不完全统计，已建和在建的钢管混凝土拱桥已达200余座。已建成跨径最大的是广州丫髻沙大桥（主跨360m），在建跨径最大的是重庆巫峡长江大桥（主跨净跨460m）。钢管混凝土将钢材和混凝土有机地结合在一起。在受力方面，一方面借助内填混凝土提高钢管壁耐侧压稳定性，另一方面，通过钢管对混凝土的紧箍力作用提高核心混凝土的承载力，因此两种材料优势互补，材料得到充分的利用。在施工方面，空钢管架设吊装重量轻，工厂化程度高，又可作为施工支架和内填混凝土的模板，施工用钢量省，而且工厂化、工业化水平高，加快了施工的速度。由于在材料性能和施工方法上的优越性，将其应用于以受压为主的拱桥之中是十分合理，它对于桥梁结构节约材料、减轻自重、提高跨越能力、方便施工、缩短工期都有着积极的意义。在国外，本世纪的30年代前苏联曾建造了两座钢管混凝土拱桥。此后，未有此类桥梁建设的报道。我国钢管混凝土拱桥近期的迅速发展已引起了国际桥梁界的注意。近些年国外有个别拱桥应用了钢管混凝土材料，如法国的Autrenas桥（跨径56m）、美国的ColumbusGateway拱桥等，但这些桥只是在拱脚部分应用了钢管混凝土材料，在设计上将其视为钢拱桥，与我国的钢管混凝土拱桥相比，无论在设计理论、结构型式，还是施工工艺与技术上均有很大的不同。然而，由于我国正处于交通基础设施与市政工程设施建设的高峰，钢管混凝土拱桥的应用发展迅猛，对于钢管混凝土拱桥的结构受力性3能、施工工艺和要求等方面还处于探讨过程之中，仍有许多课题研究有待进行，更为重要的是我国迄今为止还没有专门的钢管混凝土拱桥设计与施工规范，给工程应用带来困难，也制约了钢管混凝土拱桥的健康发展。此外，我国的钢管混凝土拱桥修建虽然时间不长，但已有一些桥梁暴露出使用与养护上的一些问题，如悬吊桥面系的整体性较差、吊杆的安全性与养护、钢管拱肋的防腐等，随着时间的推移，其养护问题可能更加突出。因此，钢管混凝土拱桥使用管理与养护方面的研究也应及早开展。钢管混凝土拱桥最早从我国的西南发展起来。我国西南地处山区，适合于修建拱桥，钢管混凝土拱桥是在我国经过广大桥梁工作者对拱桥轻型化、现代化的大量探索之后，找到的一种新型拱桥结构。由于它适合我国生产力、钢产量不断提高、对施工工期要求短、对桥梁审美要求提高的国情，在适合条件下具有良好的综合经济效益，因此，钢管混凝土拱桥一经出现很快就向全国发展。近年来，在西北地区的交通建设中，钢管混凝土拱桥也日益显示出其强大的生命力。因此，钢管混凝土拱桥已经在、也还将继续在西部地区交通建设中发挥越来越重要的作用，对钢管混凝土拱桥的设计、施工和养护关键技术开展研究是非常必要的。钢管混凝土拱桥设计、施工与养护关健技术研究主要内容包括：1、钢管混凝土拱桥结构体系的研究（1）钢管混凝土拱桥结构体系研究；4（2）钢管混凝土拱肋结构与构造研究；（3）桥面结构与构造研究。2、钢管混凝土拱桥结构设计理论及设计方法的研究（1）钢管混凝土拱桥极限承载力的研究；（2）钢管混凝土拱桥正常使用极限状态受力的研究；（3）钢管混凝土拱桥温度、收缩徐变问题研究。3、钢管混凝土拱桥施工及施工控制技术的研究（1）钢管拱肋加工制作技术标准的研究；（2）钢管拱肋架设技术方法的研究；（3）管内高性能混凝土的研究；（4）施工控制技术的研究。4、钢管混凝土拱桥养护技术研究（1）既有钢管混凝土拱桥的现状调查及养护、改造技术的研究；（2）新建钢管混凝土拱桥养护技术的研究；（3）钢管混凝土拱桥健康诊断及监测系统的研究。1.2项目研究目的本项目将在钢管混凝土拱桥大量应用及已进行的各种研究成果的基础上，抓住钢管混凝土拱桥理论与应用中关键的技术问题和在西部地区应用的特点，选取典型的工程作为分析对象，对钢管混凝土拱桥的结构体系、构造型式及受力性能进行深入系统的研究，对各种结构体系提出合理的构造型式与应用范围、提出实用的钢管混凝土拱桥设5计计算理论、实用算法及应用程序、提出钢管混凝土拱桥设计指南以指导应用；对钢管拱肋制作工艺及质量控制、钢管拱肋的架设技术及施工控制技术、管内混凝土质量检测与控制技术、施工控制技术等进行研究，编写钢管混凝土拱桥施工指南以指导施工；对钢管混凝土拱桥的使用管理与养护技术及健康诊断与监测系统进行研究，新建桥梁从建设开始就能为将来的使用与养护考虑，对于已建桥梁提出合理的使用管理与养护改造方案，提出钢管混凝土拱桥健康诊断经济实用的技术及安全评定方法，编写钢管混凝土拱桥养护手册，以最大限度地发挥钢管混凝土拱桥的社会经济效益。结合典型工程，通过研究，形成比较完善的、适合西部应用的钢管混凝土拱桥设计、施工与养护成套技术，并为钢管混凝土拱桥设计规范和施工规范的制定打下坚实的理论基础，使这种桥型在我国的西部交通基础设施建设中发挥更大更好的作用。同时它对解决我国当前钢管混凝土拱桥设计、施工与养护的关键问题，促进钢管混凝土拱桥的科技进步，降低工程造价、提高结构安全性具有重要意义，将取得显著的经济效益和社会效益。1.3市场需求前景交通基础设施建设是我国西部开发的重要内容之一，桥梁是交通基础设施中的关键内容，因此，在西部地区交通基础设施建设中必将修建大量的公路、铁路和市政工程桥梁。钢管混凝土拱桥结构形式多样，适用范围广，经济跨径从几十米到二三百米，最大跨径已达460米。我国西部地区多处于河流的上流，6大河水面宽度以二三百米为多，两岸地势陡峭、地质条件较好时，可以用有推力的钢管混凝土拱桥一跨跨越。对于其它情况，其主跨也可以采用钢管混凝土拱桥。据2002年11月人民交通出版社出版的钢管混凝土拱桥实例集（一）中的最新统计（不完全统计），已建成的钢管混凝土拱桥中有40%建于西部地区。目前西部在建的大型钢管混凝土拱桥有广西南宁永和大桥（跨径为338m）、重庆市巫山县巫峡长江大桥（主跨净跨径460m）、兰州雁盐黄河大桥（三跨一联87+127+87m）、湖南省永顺县王村大桥（主跨净跨径为200m）等。其中重庆市巫山县巫峡长江大桥建成后是我国、也是世界上跨径最大的钢管混凝土拱桥。因此，在西部交通基础设施建设之中，钢管混凝土拱桥的应用有着广阔的前景，本项目的研究对我国西部交通建设有着十分重大的意义。1.4达到的技术水平钢管混凝土拱桥是一种适合于中国国情的桥梁结构形式，国外此类桥梁修建甚少，因此其研究工作开展也极少。国内虽然钢管混凝土拱桥修建了较多，但是以针对具体桥梁的个案问题的研究为主，许多问题还未涉及，一些问题虽开展了研究但不深入，更缺乏对钢管混凝土拱桥设计、施工和养护关键技术开展过系统的研究。本项目联合了国内多家在钢管混凝土拱桥应用与研究方面具有相当基础的设计、科研、高等院校等单位，进行联合攻关，有望使我国钢管混凝土拱桥的设计、施工和养护技术的关键问题上取得一些重大的突破，取得较为7系统的研究成果，使钢管混凝土拱桥的技术跃上一个新的台阶。研究成果将达国内领先水平或国际先进水平。1.5在国民经济发展中的作用西部开发是我国实现地区平衡发展和可持续发展的重大战略举措,开发西部首先必须解决公路交通等基础设施的建设问题。如前所述，钢管混凝土拱桥是一种适合我国西部地区应用的桥型，因此，本项目对钢管混凝土拱桥设计、施工与养护关健技术问题的研究，对充分发挥科技创新在西部交通建设中的作用，对西部交通建设中充分发挥投资效益、实现西部地区交通的跨越式发展起到积极的推动作用。交通基础设施的建设将改善西部地区的交通状况，促进西部地区的经济持续高速地发展。同时基础设施建设本身投资巨大，它将直接刺激建设地区的经济，拉动其经济增长。大量钢管混凝土拱桥的修建，将带动相关的冶金、建材、建筑等行业的发展。因此，本项目的研究对于西部经济的发展也将有十分积极的作用。钢管混凝土拱桥在西部地区以外的我国广大地区也都有着大量的应用，本项目的研究对于我国其它地区的钢管混凝土拱桥的应用也有着重要的理论意义与应用价值，它对促进我国桥梁建设的技术进步、促进我国的经济发展也具有相当重要的意义。