钢管混凝土拱桥设计和施工技术关键技术

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1、0引言11主要研究内容及实施方案21」总体目标21.2主要研究内容21.3技术路线101.4依托工程102主要研究成果及创新点113项目的经济、社会、环境效益及推广应用前景124项目执行情况评价134.1项目目标、任务完成情况的评价134.2关键技术、主要科技成果及整体水平的评价134.3项目实施对依托工程的作用和影响134.4经费使用的合理性评价135合作者146致谢150引言拱桥是我们最熟知的一种原始、古老、传统的桥型，而钢管混凝土拱桥作为拱桥家族中的一种新颖特殊的型式，已经象百花丛屮的一朵奇葩正含苞怒放。它具有跨越

2、能力强，拱肋自架设性能好，构件加工制作工厂化等优点，对丁•跨越各种条件下的河流、山谷、道路、建筑物等具有极强的适应性；对于当今既有美学景观乂有经济指标双控要求的跨越方式具有很强的竞争性；对于50〜500m左右跨径的大、屮、小桥型桥梁结构形式均具有十分诱人的可选择性。对于它的发展可以预见应当具有极为广阔的前景和强大的生命力。尽管这种结构型式目前应用广泛，但对于它的设计理论与施工技术的深入研究，却远滞后于它的工程应用，迄今为止，我国尚无钢管混凝土拱桥的设计、施工和养护规范。因此，“钢管混凝土拱桥设计、施工及养护关键技术研究”

3、成为了交通部2003年第一•批通过招投标确定研究单位的西部交通建设科技项口。2003年3月由湖南省交通规划勘察设计院牵头，联合福州大学、长沙理工大学及交通部公路科学研究院等单位组成联合体参加了该项目的投标。根据合同耍求，该项目研究大纲T2003年11月16日在长沙通过了由交通部西部交通建设科技项目管理中心主持的专家评审，同时在原有联合体单位的基础上，乂增加了湖南路桥建设集团公司、湖南大学、哈尔滨工业大学及益阳市茅草街大桥建设开发有限公司等参加单位。本项目由湖南省交通规划勘察设计院牵头，经过全国80余位专家历时四年多的团结

4、协作，刻苦攻关，终于于2007年6月圆满完成，并征得交通部西部交通建设科技项目管理中心批准同意进行鉴定验收。由设计大师孟凡超、杨高中，钟善桐、聂建国等众多国内桥梁工程界权威组成的鉴定委员会充分肯定了本项目科研成果，并一致认为该项口研究成果整体达到国际领先水平。1主要研究内容及实施方案1.1总体目标（1）提岀不同构造体系合理的型式与适用范围；（2）提出可靠的设计理论、实用算法及应用程序，编写设计指南；（3）形成一套完整的拱肋制作、架设、施工及质量控制技术，编写施工指南；（4）捉岀合理的养护维修及健康诊断技术，编写养护维修指

5、南。1.2主要研究内容本项目共设四个专题，十三个子题。121专题一：钢管混凝土拱桥结构体系的研究，下设三个子题，分别为：了题一：钢管混凝土拱桥结构体系研究；项廿研究工程实例：益阳茅草街人桥、湘西王村大桥、重庆巫峡长江大桥、武汉江汉五桥、衡南湘江公路大桥、广州丫髻沙大桥、湖南邵阳西湖大桥。巫山长江大桥（有推力）子题二：钢管混凝土拱肋结构与构造研究；（1）拱肋截面形式研究单圆管结构简单，拱肋制作、施工简便；哑铃形较之单圆管，截面抗弯刚度大；桁式较之哑铃形，纵横向抗弯刚度大，稳定性好;四管桁式抗扭和横向抗弯刚度人，而六管桁式竖

6、向抗弯刚度人；拱肋截面型式对面内动力特性影响显著；横撑型式对横向动力特性和稳定性影响显著，“K”撑效果最佳。(2)管节点分析研究无横撑设置处桁架节点K撑直撑处桁架节点K撑斜撑处桁架节点子题三：桥而结构与构造研究。适用范围广泛应用于中承式广泛应用于拱支承桥新型结构形式项目整体肋板式桥面简支桥面组合结构桥面特点纵横梁采用固结构造，可降低桥面系建筑高度，刚度大受力明确，施工方便有效降低结构自重和桥面系建筑高度，刚度大茅草街大桥采用122专题二：钢管混凝土拱桥结构设计理论及设计方法的研究，下设三个子题，分别为：了题一：钢管混凝土

7、拱桥极限頂载力的研究;(1)哑铃形构件研究哑铃形构件试验装置（2）桁式构件研究桁式构件试验（3）肋拱模型试验研究肋拱面内试验肋拱面外试验（4）初应力影响研究实际桥梁中初应力度一般小于0.5,其大小随跨径增大而增大;初应力度对塑性和稳定极限承载力影响较小；初应力度0>0.6时，对弹性极限荷载影响较大；建议限制钢管初应力度在0.6以下且应保证空钢管结构在施工过程中的安全。子题二：钢管混凝土拱桥正常使用极限状态的研究；在福安群益桥（单I员I管）、福鼎新桐山大桥（哑铃形）和闽清石潭溪大桥（桁式）等三座实桥静动载检测数据基础上，建

8、立了冇限元分析模型，进行了设计刚度对静动力受力性能影响的分析，提出了取值建议：项目设计刚度取值单圆管拱肋哑铃型拱肋桁式拱肋内力、应力、动EA=EsAs+EcAcEA二EsAs+EcAcEA=EsAs+0.4EcAc力特件El=Esls+EclcEI二Esls+EclcEI=EsIs+EcIc稳定及变形EA=EsAs+