鋼管混凝土拱橋施工全過程與關(guān)鍵技術(shù)

前言

　　眾所周知，1990年建成的四川旺蒼縣東河大橋是國內(nèi)第一座鋼管混凝土拱橋。由于施工時先是空鋼管拱成橋，隨后再澆灌管內(nèi)混凝土，減輕了施工時的起重量，同時，鋼管混凝土抗壓承載力高，使拱橋的跨越能力大大提高。由此，我國進(jìn)入了鋼管混凝土拱橋迅速發(fā)展的階段，建成了世界跨度最大的重慶巫山長江大橋，跨度460m。迄今，全國已建成通車的鋼管混凝土拱橋達(dá)三百多座，并且還在不斷發(fā)展中?！　‰S著鋼管混凝土拱橋跨度的不斷增大，對施工方法、施工機(jī)械、施工技術(shù)也提出了更高的要求。在鋼管混凝土拱橋施工過程中，結(jié)構(gòu)體系在不斷變化，施工過程中施工方案選擇、拱肋吊裝與線型控制、鋼管拱肋混凝土灌注、拱肋穩(wěn)定性分析與抗風(fēng)分析、施工過程監(jiān)測與監(jiān)控等均是影響鋼管混凝土拱橋施工安全、工程進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵技術(shù)問題，也是近年來工程技術(shù)人員和學(xué)者們的研究熱點(diǎn)問題?！　”緯髡呦群笸瓿闪藮|莞水道特大橋、廣東金山大橋等多座鋼管混凝土拱橋的施工，并開展了相關(guān)施工關(guān)鍵技術(shù)問題研究，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和研究成果。其中，廣東金山大橋主橋全長580m，為五跨連續(xù)無風(fēng)撐斜靠式鋼管混凝土拱橋，主跨160m，是國內(nèi)已建成的跨度最大的無風(fēng)撐鋼管混凝土拱橋，且其橋址地處臺風(fēng)區(qū)，施工難度大。作者在該工程施工過程中，每一步都進(jìn)行了分析、計算和監(jiān)測，充分保證了拱橋的施工質(zhì)量、施工安全和施工工期，并在成橋后，進(jìn)行了靜、動載試驗(yàn)，驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性。本書中所總結(jié)的施工過程分析方法、關(guān)鍵技術(shù)與研究成果，是鋼管混凝土拱橋施工中寶貴的參考資料，可供有關(guān)技術(shù)人員和研究人員參考。

內(nèi)容概要

　　鋼管混凝土拱橋具有自重輕，強(qiáng)度高，用料省，施工簡便等優(yōu)點(diǎn)，是比較理想的大跨度橋梁結(jié)構(gòu)形式之一。鋼管混凝土拱橋的上述優(yōu)勢使其特別適合我國國情，自1990年第一座鋼管混凝土拱橋——四川旺蒼大橋建成后，鋼管混凝士拱橋在我國得到了快速發(fā)展，至今，全國已建成各類鋼管混凝土拱橋達(dá)三百多座。特別需要指出的是，鋼管混凝士拱橋經(jīng)歷了汶川大地震的考驗(yàn)，表現(xiàn)出良好的抗震性能。　　本書科學(xué)、系統(tǒng)地闡述了在鋼管混凝土拱橋施工過程中，施工方辜的選擇、拱肋吊裝與線型控制、混凝土灌注、施工穩(wěn)定性分析、施工階段抗風(fēng)分析、施工監(jiān)測監(jiān)控、成橋荷載試驗(yàn)等影響鋼管混凝土拱橋施工安全、施工進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵技術(shù)問題，及其分析方法和解決措施。　　本書的作者均在橋梁專業(yè)從事施工和研究工作多年，掌握第一手的施工技術(shù)和研究資料。本書的出版將有助于提高拱橋施工企業(yè)的施工技術(shù)和研發(fā)能力，促進(jìn)應(yīng)用型科研和技術(shù)人才的培養(yǎng)。

作者簡介

王玉銀，博士、副教授、博士生導(dǎo)師
    2003年獲哈爾濱工業(yè)大學(xué)結(jié)構(gòu)工程博士學(xué)位。
    2004年至2009年，先后為哈爾濱工業(yè)大學(xué)力學(xué)博士后、中鐵十三局集團(tuán)有限公司博士后、英國University College London訪問學(xué)者。
    現(xiàn)任哈爾濱工業(yè)大學(xué)金屬與組合結(jié)構(gòu)研究中心副主任、

書籍目錄

序前言第1章　鋼管混凝土拱橋概述　1.1　鋼管混凝土的應(yīng)用與發(fā)展　　1.1.1　鋼管混凝土的特點(diǎn)　　1.1.2　鋼管混凝土在國外的應(yīng)用與發(fā)展　　1.1.3　鋼管混凝土在國內(nèi)的應(yīng)用與發(fā)展　1.2　鋼管混凝土拱橋的應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)　　1.2.1　鋼管混凝土拱橋在國內(nèi)的典型橋例　　1.2.2　鋼管混凝土拱橋設(shè)計與施工的關(guān)鍵技術(shù)　1.3　鋼管混凝土拱橋的研究綜述　　1.3.1　鋼管混凝土構(gòu)件基本性能研究　　1.3.2　鋼管混凝土拱橋靜力性能研究　　1.3.3　施工過程模擬與施工方案優(yōu)化研究　　1.3.4　拱肋吊裝線型控制與施工穩(wěn)定性研究　　1.3.5　鋼管混凝土拱橋抗風(fēng)性能研究　　1.3.6　鋼管混凝土拱橋抗震性能研究　　1.3.7　鋼管混凝土拱橋長期性能研究　　1.3.8　鋼管混凝土拱橋工程研究的發(fā)展方向　1.4　本書的目的與主要內(nèi)容第2章　多跨連續(xù)拱橋施工順序分析與全過程模擬　2.1　概述　2.2　分析模型的建立　　2.2.1　典型工程實(shí)例概況　　2.2.2　拱肋的有限元模擬　　2.2.3　邊界條件的選取　　2.2.4　幾何非線性的影響　2.3　施工全過程與模擬分析　　2.3.1　施工過程模擬　　2.3.2　出平面預(yù)拱度的設(shè)置及影響分析　　2.3.3　臨時支撐對結(jié)構(gòu)的影響分析　　2.3.4　施工方案的可行性驗(yàn)證　2.4　施工方案比選　　2.4.1　應(yīng)力歷史對結(jié)構(gòu)的影響分析　　2.4.2　金山大橋施工方案比選　　2.4.3　金山大橋?qū)崪y數(shù)據(jù)與計算結(jié)果的對比分析　2.5　本章小結(jié)第3章　拱肋吊裝及施工過程拱肋穩(wěn)定性分析　3.1　概述　3.2　鋼管混凝土拱肋的施工方法　　3.2.1　支架施工法　　3.2.2　轉(zhuǎn)體施工法　　3.2.3　纜索吊裝施工法　　3.2.4　混合施工法　3.3　纜索吊裝斜拉扣掛體系設(shè)計與施工　　3.3.1　工程概況　　3.3.2　方案比選及關(guān)鍵問題　　3.3.3　塔下張拉斜拉扣掛體系的設(shè)計　　3.3.4　扣掛體系結(jié)構(gòu)計算分析　　3.3.5　斜拉扣掛安裝定位鋼管拱肋　3.4　拱肋吊裝階段扣索索力優(yōu)化　　3.4.1　確定扣索索力的一階優(yōu)化方法　　3.4.2　拱肋吊裝階段的有限元模擬　　3.4.3　一階優(yōu)化方法確定扣索初始索力及拱肋預(yù)抬高量　　3.4.4　拱肋吊裝階段靜力分析　　3.4.5　小結(jié)　3.5　施工過程拱肋穩(wěn)定性分析　　3.5.1　施工階段有限元模型的建立　　3.5.2　拱肋吊裝階段穩(wěn)定性分析　　3.5.3　風(fēng)纜對斜靠式拱橋拱肋吊裝階段的影響　　3.5.4　拱肋合龍后不同施工順序下的穩(wěn)定性分析　3.6　本章小結(jié)第4章　施工過程抗風(fēng)分析　4.1　概述　4.2　三維脈動風(fēng)場模擬分析　　4.2.1　風(fēng)荷載基本理論及其主要研究方法　　4.2.2　脈動風(fēng)的模擬方法及過程　4.3　金山大橋動力特性分析　　4.3.1　全橋成橋狀態(tài)動力特性分析　　4.3.2　鋼管合龍前最大懸臂狀態(tài)動力特性分析　　4.3.3　全橋空鋼管架設(shè)完畢狀態(tài)動力特性分析　4.4　靜動力風(fēng)荷載下結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析　　4.4.1　動力計算的分析方法　　4.4.2　金山大橋成橋狀態(tài)風(fēng)振動力分析　　4.4.3　鋼管合龍前最大懸臂狀態(tài)風(fēng)振動力分析　　4.4.4　全橋空鋼管施工狀態(tài)風(fēng)振動力分析　　4.4.5　研究結(jié)論及控制措施　4.5　本章小結(jié)第5章　施工監(jiān)測與分析　5.1　概述　5.2　施工監(jiān)控方案　　5.2.1　監(jiān)控項(xiàng)目　　5.2.2　監(jiān)測方法及儀器　5.3　施工監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析　　5.3.1　第一階段即拱肋吊裝階段監(jiān)測結(jié)果　　5.3.2　第二階段即自裸拱焊接完成至成橋階段監(jiān)測結(jié)果　5.4　本章小結(jié)第6章　成橋荷載試驗(yàn)與分析　6.1　概述　6.2　成橋靜載試驗(yàn)方案　　6.2.1　靜載試驗(yàn)內(nèi)容　　6.2.2　測點(diǎn)布置　　6.2.3　試驗(yàn)加載原則　　6.2.4　試驗(yàn)加載車輛與加載圖示　6.3　成橋動載試驗(yàn)方案　　6.3.1　動載試驗(yàn)內(nèi)容　　6.3.2　測點(diǎn)布置　6.4　靜載試驗(yàn)結(jié)果分析　　6.4.1　A跨靜載試驗(yàn)及測試結(jié)果分析　　6.4.2　西B跨靜載試驗(yàn)及測試結(jié)果分析　　6.4.3　西C跨靜載試驗(yàn)及測試結(jié)果分析　6.5　動載試驗(yàn)結(jié)果分析　　6.5.1　自然激勵動力測試　　6.5.2　強(qiáng)迫激勵動力測試　6.6　本章小結(jié)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1.1.1 鋼管混凝土的特點(diǎn)　　鋼管混凝土（Concrete-filled Steel Tubes）是指在鋼管中填充混凝土而形成的構(gòu)件，是在勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、螺旋配筋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼管結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上演變和發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土利用鋼管和混凝土兩種材料在受力過程中的相互作用，即在軸向荷載作用下鋼管對核心混凝土的徑向約束作用使混凝土處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)之下，從而使鋼管中核心混凝土的強(qiáng)度得以提高，塑性和韌性大為改善；同時，由于混凝土的存在可以避免或延緩鋼管發(fā)生局部屈曲，從而保證其材料性能的充分發(fā)揮。與鋼筋混凝土相比，在鋼管混凝土的施工過程中，鋼管可以作為澆筑其核心混凝土的模板，可節(jié)省模板費(fèi)用，加快施工進(jìn)度；與鋼結(jié)構(gòu)相比，可以顯著減小所需板材厚度，取材容易，制造和安裝方便，同時耐火、耐腐蝕性能好，抗震和抗沖擊性好，從而降低了工程造價∞J?？傊ㄟ^鋼管和混凝土組合而成的鋼管混凝土，不僅可以彌補(bǔ)兩種材料各自的缺點(diǎn)，而且能夠充分發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn)，使鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有一系列優(yōu)越的性能?！′摴芑炷恋膬?yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個方面：　1.抗壓和抗剪性能好。承載力高　對于薄壁鋼管來說，其臨界承載力極不穩(wěn)定，對局部缺陷很敏感。試驗(yàn)證明，薄壁鋼管的實(shí)際承載力往往只有理論計算值的1／3-l／5，當(dāng)有殘余應(yīng)力存在時，影響將更大。在鋼管中填充混凝土形成鋼管混凝土后，核心混凝土的存在可以避免和延緩薄壁鋼管過早地發(fā)生局部屈曲。同時鋼管約束了混凝土，在軸心受壓荷載作用下，混凝土處于三向受壓狀態(tài)，延緩了受壓時的縱向開裂。兩種材料互相彌補(bǔ)了彼此的弱點(diǎn)，充分發(fā)揮了彼此的長處，從而使鋼管混凝土具有很高的承載力，大大高于組成鋼管混凝土的鋼管和核心混凝土單獨(dú)承載力之和，產(chǎn)生了所謂“1+1>2”的“組合”效果?！　　?/pre>








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