钢管混凝土拱桥设计和施工技术关键技术

钢管混凝土拱桥设计、施工与养护关键技术研究研究报告简本各主要构件均需设置养护维修通道（2）吊杆、系杆必须采用可检查可更换体系（3）钢结构防腐涂装严格按照国家相关标准（4）高度重视排水设计（5）建立完善的监测系统（6）明确关键部位养护周期子题三：钢管混凝土拱桥健康诊断及监测系统的研究。桥梁整体性态与桥梁整体性态与局部性态监测损伤识别与模型修正桥梁离线安全评定与预测桥梁环境荷载监测运营健康监测系统组成上游上游北（茅草街）南（指挥部）系杆温度补偿传感器FBG-FRP应变传感器风速仪FBG-FRP应变、温度补偿传感器与主拱风速仪布设位置图传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器

传感器传感器传感器模块化仪器模块化仪器模块化仪器串口通信服务器集线器数据采集系统组成结构图1.3技术路线本项目采用理论分析、室内模型实验、现场测试、工程分析、工程验证相结合的研究思路，技术路线如下图所示。1.4依托工程本项目依托工程共两个：湖南省湘西土家族苗族自治州永顺王村大桥和益阳市茅草街大桥。两依托工程与项目均有良好的时间对应关系，王村大桥于2001年3月开工，2004年5月竣工通车，益阳市茅草街大桥于2002年7月开工，2006年12月竣工通车。研究成果均在依托工程中得到了较好的应用，确保了依托工程的安全顺利完工，建成后各项指标达到设计要求，说明实际工程与科研相结合取得了较好的效果。2主要研究成果及创新点本项目通过大量的调研、理论分析、数值计算和试验研究，取得了以下重要研究成果：一、本项目通过理论分析、试验研究、软件研发和多座依托工程实践验证，取得了如下国际首创的研究成果：1）开展了钢管混凝土哑铃型、桁式构件以及肋拱多点加载的试验研究，找出了其受力性能规律及破坏机理，填补了该领域基础理论研究的空白，为钢管混凝土拱桥设计理论奠定了基础。2）提出了钢管混凝土格构式结构极限承载力计算的修正法、等效长细比法、等效梁柱法；进行了四年半的钢管混凝土收缩、徐变试验，拟合了收缩、徐变系数计算公式，推导了钢管混凝土截面的内力重分布计算公式，完善了钢管混凝土结构的收缩、徐变计算理论；开发了钢管混凝土拱极限承载力计算专用软件；提出了正常使用极限状态下拱肋设计刚度取值和挠度限值等。研究成果为设计规范的制定提供了理论依据。3）基于茅草街大桥全桥施工控制及相关模型试验，提出了钢管混凝土拱桥缆索吊装的索力增量比较法、预制拱段拼装的二步定位法和横梁定位的相对标高法，开发了钢管混凝土拱桥施工控制专用软件，可显著提高施工控制效率和精度。三、系统提出了一套适合于钢管混凝土拱桥缆索吊装法的施工技术，解决了缆吊系统优化、吊扣塔一体化、管内高性能混凝土等关键技术难题。四、系统地对全国范围内近1/3的钢管混凝土拱桥进行了调研，制定了一套完整的钢管混凝土拱桥养护、维修技术方案，解决了钢管混凝土拱桥管理和养护的关键问题。五、基于该项目的研究成果，率先在湖区极软弱地基条件下，设计并建成了宽跨比为1/19的钢管混凝土拱桥－－益阳茅草街大桥，其跨径居同类桥型世界第一。六、编制了《钢管混凝土拱桥设计指南》、《钢管混凝土拱桥施工指南》、《钢管混凝土拱桥养护维修指南》，为我国钢管混凝土拱桥设计、施工及养护维修规范的制定奠定了基础。经鉴定委员会专家鉴定：本项目对钢管混凝土拱桥设计、施工与养护关键技术进行了系统的研究，技术路线正确，研究手段先进，创造性地解决了钢管混凝土拱桥建设、养护等诸多技术难题，取得了显著的经济和社会效益，研究成果具有广阔的推广应用前景。3项目的经济、社会、环境效益及推广应用前景本项目“钢管混凝土拱桥设计、施工与养护关键技术研究”对钢管混凝土拱桥结构体系、设计、施工与养护四个方面进行系统、深入研究，取得了一系列重要的创新性研究成果，也创造了较好的经济、社会效益，四个专题具体分析见下表。钢管混凝土拱桥结构体系的研究钢管混凝土拱桥结构设计理论及设计方法的研究钢管混凝土拱桥结构施工及施工控制技术的研究钢管混凝土拱桥养护技术研究益阳市茅草街大桥：节省500万元，主要体现在：（1）桥面采用轻型的钢混组合结构设计，大大降低结构自重，节省主拱肋钢材约500吨；（2）采用可更换的环氧喷涂钢绞线系杆和低应力吊杆，大大提高了索的耐久性和防腐可靠性，延长其使用寿命。确保了结构安全、合理，缩短了设计周期及施工工期。（1）益阳市茅草街大桥：节省400万元；（2）福鼎山前大桥：节省50万元；（3）福鼎新桐山大桥：节省200万元；（4）泉州百琦湖大桥：节省200万元。益阳市茅草街大桥：节省1600万元，主要体现在：（1）缆吊架设系统的优化；（2）调索技术；（3）拱段吊装的的二步定位技术；（4）用L型箱的充填性为指标优化混凝土砂率技术。（1）出于养护考虑的合理结构构造形式及管理模式，可节省养护费用；（2）健康监测与诊断系统可节省桥梁定期检测的费用，减少安全事故带来的经济损失。本项目的研究，产生直接经济效益2950万元本项目研究对我国目前钢管混凝土拱桥设计、施工及养护等方面都具有重大的指导意义。这些研究成果将使我国钢管混凝土拱桥跃上一个新台阶，为今后钢管混凝土拱桥相关规范或制度的建立奠定基础，填补了我国钢管混凝土拱桥研究的空白。4项目执行情况评价4.1项目目标、任务完成情况的评价本项目的研究内容虽然范围广、要求高，但课题组成员克服种种困难，认真对待，充分体现了大项目、大协作、大成果，全国钢管混凝土拱桥研究及应用领域处于领先地位的8家科研机构、高等院校、设计单位、施工单位等，包括院士在内的83位科技人员参加科技攻关，共完成了四个专题13个子题的研究，发表了相关方面论文25篇，编写了对钢管混凝土拱桥设计、施工及养护具有指导意义的指南3部，编制了钢管混凝土拱桥设计、施工控制软件2套。4.2关键技术、主要科技成果及整体水平的评价本项目关键技术、研究成果覆盖了钢管混凝土拱桥力学理论、工程试验、桥梁设计、桥梁建造、桥梁维修及养护等各领域，填补了我国工程界许多的学术空白，将进一步促进钢管混凝土拱桥桥型的繁荣与发展，为钢管混凝土拱桥的技术进步做出重要的贡献。经鉴定委员会专家鉴定鉴定委员会认为：本项目对钢管混凝土拱桥设计、施工与养护关键技术进行了系统的研究，技术路线正确，研究手段先进，创造性地解决了钢管混凝土拱桥建设、养护等诸多技术难题，取得了显著的经济和社会效益，研究成果具有广阔的推广应用前景。鉴定委员会一致认为本项目研究成果达到国际领先水平。4.3项目实施对依托工程的作用和影响本项目在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了一些重大的突破和系统的研究成果，使钢管混凝土拱桥的技术跃上一个新的台阶。本课题成果通过在益阳市茅草街大桥工程的实际应用，创造性地解决了益阳市茅草街大桥368m主跨钢管混凝土拱桥的诸多技术难题，极大地降低工程成本，提高了工作效率，确保大桥建设过程的安全和整体质量，同时也产生了巨大社会、经济效益，课题研究成果为益阳市茅草街大桥创造直接经济效益共2500万元。4.4经费使用的合理性评价在研究经费的使用过程中，课题组严格遵守了科学性、合理性、互补性、高效性及重点优先的五原则，从实际出发，根据项目定位、各专题的研究内容以及设计、施工及养护之间相互关系等多方面的因素，进行综合分析，客观地制定项目经费的预算计划，并在此基础上合理的分配和使用了经费，从而有力的保障了项目研究在本领域的先进水平。5合作者本项目的研究面广，涉及的研究范围宽，整个项目由四个专题十三个子题组成，涵盖了钢管混凝土拱桥的设计、施工、养护等多方面的内容，所以研究队伍规模较大，项目研究成员中有院士1人、教授（包括教授级高级工程师、研究员级高级工程师）12人、副教授（包括副研究员、高级工程师）18人、讲师（包括工程师）20人、助理研究员（包括助理工程师）4人、博士研究生、硕士研究生28人，期间，还不断有研究人员充实到研究队伍中来。其中主要研究人员见下表。排名姓名职称工作单位主要贡献1陈明宪教授级高工湖南省交通厅项目负责人2胡建华研究员级高工湖南省交通规划勘察设计院项目组织及专题一负责人3李瑜高级工程师湖南省交通规划勘察设计院项目组织及依托工程设计负责人4陈宝春教授福州大学专题二负责人5颜东煌教授长沙理工大学专题三负责人6张劲泉研究员交通部公路科学研究院专题四负责人7赵跃宇教授湖南大学参加专题一研究8张辉高级工程师湖南路桥建设集团公司及9杨孟刚副教授中南大学参加专题一、专题三研究10邵旭东教授湖南大学参加专题二研究11向建军高级工程师湖南省交通规划勘察设计院参加专题一研究12蔡志伟高级工程师依托工程项目管理13韦建刚副教授福州大学参加专题二研究14张克波教授长沙理工大学参加专题三研究15阎昕博士生哈尔滨工业大学参加专题四研究通过本项目的研究工作，既进一步充实了高资历人员的学术水平和专业能力，也提高了低资历人员的工作安排能力、科研能力和专业技术能力，为今后相关研究工作及其它工作的开展提供了很大的帮助和借鉴作用。在本项目研究期间，有4名副教授（包括副研究员、高级工程师）晋升为教授（包括教授级高级工程师、研究员级高级工程师），有10名讲师（包括工程师）晋升为副教授（包括副研究员、高级工程师）。6致谢本项目的研究工作承蒙交通部西部交通建设科技项目管理中心各位领导和专家的热情指导与