鋼管混凝土拱橋設計、施工與養(yǎng)護關鍵技術研究可研報告(湖南省院投標版).docVIP

1鋼管混凝土拱橋設計、施工與養(yǎng)護關鍵技術研究技術響應書1、項目的背景和必要性1.1項目概況拱橋是一種以受壓為主的結構，可以應用抗壓強度高、抗拉強度低的圬工材料修建，當地基條件較好時，這種由自重產生的廉價的對結構的壓力，具有很大的經濟性。拱橋的適用跨徑范圍較大，從幾十米到三四百米、甚至更大，在山區(qū)深溝峽谷、庫區(qū)等地形條件下，大跨拱橋能避免高墩或高塔的建造，單跨拱橋不需要象連續(xù)梁、斜拉橋那樣用邊跨來平衡主跨，因此具有很強的競爭力。長期以來，圬工和鋼筋混凝土拱橋在我國得到廣泛的應用，尤其在西南山區(qū)的公路建設中。然而，圬工和鋼筋混凝土拱橋的自重較大，無支架施工困難等限制了其跨徑的發(fā)展，隨著經濟的發(fā)展、勞動力價格的提高和建筑材料供應的充分與價格的相對下降，拱橋的經濟性和技術先進性日益受到其它橋型的挑戰(zhàn)。1990年代，我國在西南地區(qū)開始了將鋼管混凝土應用于拱橋的實踐。1990年第一座鋼管混凝土拱橋-四川旺蒼東河大橋2建成。此后，這種橋型在我國的公路建設中得到大量的應用與發(fā)展，據不完全統(tǒng)計，已建和在建的鋼管混凝土拱橋已達200余座。已建成跨徑最大的是廣州丫髻沙大橋（主跨360m），在建跨徑最大的是重慶巫峽長江大橋（主跨凈跨460m）。鋼管混凝土將鋼材和混凝土有機地結合在一起。在受力方面，一方面借助內填混凝土提高鋼管壁耐側壓穩(wěn)定性，另一方面，通過鋼管對混凝土的緊箍力作用提高核心混凝土的承載力，因此兩種材料優(yōu)勢互補，材料得到充分的利用。在施工方面，空鋼管架設吊裝重量輕，工廠化程度高，又可作為施工支架和內填混凝土的模板，施工用鋼量省，而且工廠化、工業(yè)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優(yōu)越性，將其應用于以受壓為主的拱橋之中是十分合理，它對于橋梁結構節(jié)約材料、減輕自重、提高跨越能力、方便施工、縮短工期都有著積極的意義。在國外，本世紀的30年代前蘇聯(lián)曾建造了兩座鋼管混凝土拱橋。此后，未有此類橋梁建設的報道。我國鋼管混凝土拱橋近期的迅速發(fā)展已引起了國際橋梁界的注意。近些年國外有個別拱橋應用了鋼管混凝土材料，如法國的Autrenas橋（跨徑56m）、美國的ColumbusGateway拱橋等，但這些橋只是在拱腳部分應用了鋼管混凝土材料，在設計上將其視為鋼拱橋，與我國的鋼管混凝土拱橋相比，無論在設計理論、結構型式，還是施工工藝與技術上均有很大的不同。然而，由于我國正處于交通基礎設施與市政工程設施建設的高峰，鋼管混凝土拱橋的應用發(fā)展迅猛，對于鋼管混凝土拱橋的結構受力性3能、施工工藝和要求等方面還處于探討過程之中，仍有許多課題研究有待進行，更為重要的是我國迄今為止還沒有專門的鋼管混凝土拱橋設計與施工規(guī)范，給工程應用帶來困難，也制約了鋼管混凝土拱橋的健康發(fā)展。此外，我國的鋼管混凝土拱橋修建雖然時間不長，但已有一些橋梁暴露出使用與養(yǎng)護上的一些問題，如懸吊橋面系的整體性較差、吊桿的安全性與養(yǎng)護、鋼管拱肋的防腐等，隨著時間的推移，其養(yǎng)護問題可能更加突出。因此，鋼管混凝土拱橋使用管理與養(yǎng)護方面的研究也應及早開展。鋼管混凝土拱橋最早從我國的西南發(fā)展起來。我國西南地處山區(qū)，適合于修建拱橋，鋼管混凝土拱橋是在我國經過廣大橋梁工作者對拱橋輕型化、現代化的大量探索之后，找到的一種新型拱橋結構。由于它適合我國生產力、鋼產量不斷提高、對施工工期要求短、對橋梁審美要求提高的國情，在適合條件下具有良好的綜合經濟效益，因此，鋼管混凝土拱橋一經出現很快就向全國發(fā)展。近年來，在西北地區(qū)的交通建設中，鋼管混凝土拱橋也日益顯示出其強大的生命力。因此，鋼管混凝土拱橋已經在、也還將繼續(xù)在西部地區(qū)交通建設中發(fā)揮越來越重要的作用，對鋼管混凝土拱橋的設計、施工和養(yǎng)護關鍵技術開展研究是非常必要的。鋼管混凝土拱橋設計、施工與養(yǎng)護關健技術研究主要內容包括：1、鋼管混凝土拱橋結構體系的研究（1）鋼管混凝土拱橋結構體系研究；4（2）鋼管混凝土拱肋結構與構造研究；（3）橋面結構與構造研究。2、鋼管混凝土拱橋結構設計理論及設計方法的研究（1）鋼管混凝土拱橋極限承載力的研究；（2）鋼管混凝土拱橋正常使用極限狀態(tài)受力的研究；（3）鋼管混凝土拱橋溫度、收縮徐變問題研究。3、鋼管混凝土拱橋施工及施工控制技術的研究（1）鋼管拱肋加工制作技術標準的研究；（2）鋼管拱肋架設技術方法的研究；（3）管內高性能混凝土的研究；（4）施工控制技術的研究。4、鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護技術研究（1）既有鋼管混凝土拱橋的現狀調查及養(yǎng)護、改造技術的研究；（2）新建鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護技術的研究；（3）鋼管混凝土拱橋健康診斷及監(jiān)測系統(tǒng)的研究。1.2項目研究目的本項目將在鋼管混凝土拱橋大量應用及已進行的各種研究成果的基礎上，抓住鋼管混凝土拱橋理論與應用中關鍵的技術問題和在西部地區(qū)應用的特點，選取典型的工程作為分析對象，對鋼管混凝土拱橋的結構體系、構造型式及受力性能進行深入系統(tǒng)的研究，對各種結構體系提出合理的構造型式與應用范圍、提出實用的鋼管混凝土拱橋設5計計算理論、實用算法及應用程序、提出鋼管混凝土拱橋設計指南以指導應用；對鋼管拱肋制作工藝及質量控制、鋼管拱肋的架設技術及施工控制技術、管內混凝土質量檢測與控制技術、施工控制技術等進行研究，編寫鋼管混凝土拱橋施工指南以指導施工；對鋼管混凝土拱橋的使用管理與養(yǎng)護技術及健康診斷與監(jiān)測系統(tǒng)進行研究，新建橋梁從建設開始就能為將來的使用與養(yǎng)護考慮，對于已建橋梁提出合理的使用管理與養(yǎng)護改造方案，提出鋼管混凝土拱橋健康診斷經濟實用的技術及安全評定方法，編寫鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護手冊，以最大限度地發(fā)揮鋼管混凝土拱橋的社會經濟效益。結合典型工程，通過研究，形成比較完善的、適合西部應用的鋼管混凝土拱橋設計、施工與養(yǎng)護成套技術，并為鋼管混凝土拱橋設計規(guī)范和施工規(guī)范的制定打下堅實的理論基礎，使這種橋型在我國的西部交通基礎設施建設中發(fā)揮更大更好的作用。同時它對解決我國當前鋼管混凝土拱橋設計、施工與養(yǎng)護的關鍵問題，促進鋼管混凝土拱橋的科技進步，降低工程造價、提高結構安全性具有重要意義，將取得顯著的經濟效益和社會效益。1.3市場需求前景交通基礎設施建設是我國西部開發(fā)的重要內容之一，橋梁是交通基礎設施中的關鍵內容，因此，在西部地區(qū)交通基礎設施建設中必將修建大量的公路、鐵路和市政工程橋梁。鋼管混凝土拱橋結構形式多樣，適用范圍廣，經濟跨徑從幾十米到二三百米，最大跨徑已達460米。我國西部地區(qū)多處于河流的上流，6大河水面寬度以二三百米為多，兩岸地勢陡峭、地質條件較好時，可以用有推力的鋼管混凝土拱橋一跨跨越。對于其它情況，其主跨也可以采用鋼管混凝土拱橋。據2002年11月人民交通出版社出版的鋼管混凝土拱橋實例集（一）中的最新統(tǒng)計（不完全統(tǒng)計），已建成的鋼管混凝土拱橋中有40%建于西部地區(qū)。目前西部在建的大型鋼管混凝土拱橋有廣西南寧永和大橋（跨徑為338m）、重慶市巫山縣巫峽長江大橋（主跨凈跨徑460m）、蘭州雁鹽黃河大橋（三跨一聯(lián)87+127+87m）、湖南省永順縣王村大橋（主跨凈跨徑為200m）等。其中重慶市巫山縣巫峽長江大橋建成后是我國、也是世界上跨徑最大的鋼管混凝土拱橋。因此，在西部交通基礎設施建設之中，鋼管混凝土拱橋的應用有著廣闊的前景，本項目的研究對我國西部交通建設有著十分重大的意義。1.4達到的技術水平鋼管混凝土拱橋是一種適合于中國國情的橋梁結構形式，國外此類橋梁修建甚少，因此其研究工作開展也極少。國內雖然鋼管混凝土拱橋修建了較多，但是以針對具體橋梁的個案問題的研究為主，許多問題還未涉及，一些問題雖開展了研究但不深入，更缺乏對鋼管混凝土拱橋設計、施工和養(yǎng)護關鍵技術開展過系統(tǒng)的研究。本項目聯(lián)合了國內多家在鋼管混凝土拱橋應用與研究方面具有相當基礎的設計、科研、高等院校等單位，進行聯(lián)合攻關，有望使我國鋼管混凝土拱橋的設計、施工和養(yǎng)護技術的關鍵問題上取得一些重大的突破，取得較為7系統(tǒng)的研究成果，使鋼管混凝土拱橋的技術躍上一個新的臺階。研究成果將達國內領先水平或國際先進水平。1.5在國民經濟發(fā)展中的作用西部開發(fā)是我國實現地區(qū)平衡發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略舉措,開發(fā)西部首先必須解決公路交通等基礎設施的建設問題。如前所述，鋼管混凝土拱橋是一種適合我國西部地區(qū)應用的橋型，因此，本項目對鋼管混凝土拱橋設計、施工與養(yǎng)護關健技術問題的研究，對充分發(fā)揮科技創(chuàng)新在西部交通建設中的作用，對西部交通建設中充分發(fā)揮投資效益、實現西部地區(qū)交通的跨越式發(fā)展起到積極的推動作用。交通基礎設施的建設將改善西部地區(qū)的交通狀況，促進西部地區(qū)的經濟持續(xù)高速地發(fā)展。同時基礎設施建設本身投資巨大，它將直接刺激建