大跨度钢管混凝土拱桥局部响应监测系统设计与徐变-分析

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1、1．1课题背景第1章绪论本文研究得到西部交通建设科技项目“拱桥吊杆健康诊断技术”和“钢管混凝土拱桥设计、施工及养护关键技术研究”的专题四(钢管混凝土拱桥养护技术研究)中的子课题三(钢管混凝士拱桥健康诊断及监测系统的研究)的资助。钢管混凝土结构(Concrete．FilledSteelTube)自19世纪后期开始在西方出现，是由混凝土填入薄壁钢管内而形成的高强高性能组合结构【l】。在外力作用下，核心混凝土受到三轴压应力的作用，从而使混凝土抗压强度、韧性及变形能力等得以大大提高，同时这种结构也是一种高效施工技术，钢管作为浇筑混凝土的模板得以加快施工速度。钢

2、管混凝土最早出现在西方工业发达国家，因其诸多的优点，钢管混凝土结构起初主要应用于工业厂房、高层住宅、城市交通以及一些特种工程结构中【l~51。20世纪末，钢管混凝土拱桥在我国迅速发展起来。钢管混凝土应用于拱桥有其诸多方面的优点，钢管混凝土拱作为拱桥的受压构件可以合理地利用钢管混凝土构件的抗压强度高的特点，钢管混凝土的应用比普通钢筋混凝土结构的韧性有所提高，使拱桥的变形能力加强，钢管作为浇注混凝土的模板还可以使施工更方便。但同时钢管混凝土拱桥也存在着诸多尚未解决的问题，目前拱桥(包括钢管混凝土拱桥)的设计理论还很不完善，施工过程中空钢管拱的空间稳定性和局

3、部稳定性问题，而且目前对钢管混凝土拱受力特性的研究还非常少，钢管混凝土拱桥的振动特性、温度和收缩徐变效应引起的内力变化、钢管和吊杆在恶劣环境下的锈蚀和疲劳、桥墩由于受到较大的推力容易开裂破坏、钢管拱肪的空间稳定性等闷题十分突出∞，7J。钢管混凝土拱桥在国外应用的并不是很多，而在我国最近10多年钢管混凝土拱桥发展迅速，国内已经建了200多座钢管混凝土拱桥，但与之带来的问题同样存在。有相当一部分桥梁，特别是大跨度桥梁都存在着不同程度的损伤，我们有必要对钢管混凝土拱桥施工和运营阶段进行监测，掌握其工作性能，并对其进行深入的研究，为今后的大跨度钢管混凝土拱桥的

4、设计和施工提供理论依据，本文在此背景下对钢管混凝土拱桥进行研究。哈尔滨工业人学工学硕十学位论文1．2钢管混凝土拱桥的发展概况1．2．1钢管混凝土拱桥的发展历史与现状钢管在土建工程中应用不久，钢管混凝土结构就得到了应用，1879年英国赛文(seven)铁路桥桥墩采用了钢管混凝土桥墩，是钢管混凝土最早应用在桥梁中，但当时空钢管内灌注混凝土的目的主要是为了防锈。20世纪初美国的Lally公司首次给出了圆管混凝土柱的安全承载能力公式，从这以后钢管混凝土才‘作为一种结构构件被人们研究起来并得到了应用【8]。前苏联在1937年建成了101m的下承式钢管混凝土拱梁组

5、合体系桥，这是世界上最早的铜管混凝土拱桥rConcreteFilledsteelTubularArchBridge)，接着1939年又在西伯利亚建成了140m的上承式钢管混凝土铁路拱桥，在此之后西方国家更多的精力把钢管混凝土应用到了工业厂房中，拱桥的发展缓慢。我国从50年代开始进行钢管混凝土结构的研究，虽然起步相对较晚，但发展速度较快，在80年代取得了重大成果并开始应用于建设，进入90年代后钢管混凝土作为一种新的组合材料，凭借其良好的力学性能在拱式体系的桥梁中得到了广泛应用峭“⋯。我国传统的石拱桥有着悠久的历史，但其发展速度缓慢，自从钢管混凝土应用到拱

6、桥结构以来，使拱桥结构再次焕发了青春。～方面，钢管混凝土拱桥增大了拱桥在跨度方面的竞争力，成为40～500米跨度范围内最有力的竞争桥型之一。在我国钢管混凝土拱桥发展的速度更快，跨度也不断突破，型式也在不断创新，技术日益提高。原哈尔滨建筑大学的钟善桐教授曾指出系杆拱桥的跨度可达600米左右，同济大学周念先教授提出：在500～1000米的超大跨的范围内，可供比选的方案有悬索桥、斜拉桥和系杆拱桥，他认为系杆拱桥虽～时不具备做到1000米跨度的条件，但650米为第一目标，因为国内有这样的需要。相信经过我国广大桥梁工工作者的努力，650米跨径的拱桥在不久的将来就

7、会在我国出现【7．8J。自从1991年我国第一座钢管混凝土拱桥——四川旺苍大桥建成运营，到2004年底，在十多年时间内国内己建和在建的钢管混凝土拱桥已经将近200座，其中跨径大于100m的有50余座，跨径大于200m的有20余座。在中等跨度的桥梁中，钢管混凝土拱桥相对于斜拉桥和悬索桥更为经济，并且钢管混凝土拱桥桥型优美，可以说是一种在我国非常有发展前途的桥型。表1—1列出了我国部分在建和已建成通车的跨径大于300m的钢管混凝土拱桥[11】。表1．1国内著名的钢管混凝土拱桥桥名主跨跨径(m)结构类型建成年份四川万县长江大桥420上承式箱拱1997』、州丫

8、髻沙大桥360中承式刚架系杆拱2000浙江淳安南浦大桥308中承式有推力拱2003广西南宁永和