《500米級鋼管混凝土拱橋建造創(chuàng)新技術(shù)》介紹了大跨徑鋼管混凝土拱橋及以其為勁性骨架的混凝土拱橋的建造數(shù)量、跨徑及重要關(guān)鍵施工技術(shù)。鋼管混凝土拱橋是鋼拱橋拱圈中一部分鋼被混凝土代替，以混代鋼部分只用鋼價(jià)1/27，拱圈架設(shè)重量只為鋼拱的1/2，所以架設(shè)速度快、風(fēng)險(xiǎn)低，造價(jià)低，地基能提供有效抗力時(shí)，代替鋼拱是必然趨勢，在軟弱地基建系桿拱，值得比較。
作者鄭皆連院士是中國近幾十年拱橋發(fā)展的見證者、參與者與創(chuàng)新者，為總結(jié)近期的成功經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)鋼管混凝土拱橋及勁性骨架混凝土拱橋建設(shè)，進(jìn)一步提高質(zhì)量、降低造價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)，向更大跨徑發(fā)展。本書內(nèi)容獲2018年國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。作者及帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)參與并指導(dǎo)了當(dāng)前世界*跨徑鋼管混凝土拱橋、勁性骨架混凝土拱橋建設(shè)的成功經(jīng)驗(yàn)，在工程實(shí)踐中不斷對原有理論和技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新和完善，因此形成的成果具備極強(qiáng)的實(shí)踐性和指導(dǎo)意義。
近年來，大跨徑鋼管混凝土拱橋及以其為勁性骨架的混凝土拱橋無論從建造數(shù)量、跨徑、質(zhì)量都形成了一次較為集中的突破，保持了我國在拱橋建設(shè)上引領(lǐng)世界的地位。本書作者是中國近幾十年來拱橋發(fā)展的見證者、參與者與創(chuàng)新者，為總結(jié)近期的成功經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)鋼管混凝土拱橋及勁性骨架混凝土拱橋建設(shè)，進(jìn)一步提高質(zhì)量、降低造價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)，向更大跨徑發(fā)展，也是為了響應(yīng)上�？茖W(xué)技術(shù)出版社的邀約，歷時(shí)一年多，幾易其稿，終于完成了這部對橋梁工程建設(shè)者、橋梁科技工作者及橋梁專業(yè)大學(xué)生有重要參考價(jià)值的專著。
全書共分為9章，各章節(jié)主要內(nèi)容分別如下：
第1章介紹了鋼管混凝土拱橋特質(zhì)，與其他橋型的比較，發(fā)展歷程、發(fā)展水平，拱圈架設(shè)方法，施工風(fēng)險(xiǎn)。
第2章主要描述了世界僅有三座跨徑超過500米級的鋼管混凝土拱橋與鋼拱橋、斜拉橋、懸索橋技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的比較結(jié)果，獨(dú)家提出基于懸拼節(jié)段的拱圈設(shè)計(jì)，進(jìn)行靜動(dòng)力計(jì)算，并對受力機(jī)理進(jìn)行了討論。
第3章介紹了跨徑500米級鋼管混凝土拱橋拱圈懸拼節(jié)段工廠制造流程、精度控制、大型懸拼節(jié)段船舶運(yùn)輸。
第4章具體介紹了兩座跨徑超500米級鋼管混凝土拱橋拱桁斜拉扣掛施工技術(shù)，并對不同扣掛方法進(jìn)行比較。
第5章獨(dú)家提出了拱圈節(jié)段懸拼一次張拉扣索、過程中不用調(diào)索的計(jì)算方法，驗(yàn)證了計(jì)算方法的正確性及在實(shí)橋中的應(yīng)用。
第6章介紹了大流動(dòng)性、膨脹收縮可設(shè)計(jì)的混凝土材料，真空輔助壓力連續(xù)灌注管內(nèi)混凝土工藝及設(shè)備，以及在多座特大型鋼管混凝土拱橋中的應(yīng)用。
第7章介紹了纜索吊運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工與應(yīng)用。纜索吊運(yùn)系統(tǒng)是拱橋拱圈懸拼施工采用最多的臨時(shí)大型設(shè)施，對拱橋施工安全、速度、精度、造價(jià)影響大，研究意義重大。
第8章介紹了獨(dú)創(chuàng)的主動(dòng)施力控制代替剛度被動(dòng)控制吊、扣塔位移的原理、方法，實(shí)現(xiàn)了塔頂位移控制在20mm內(nèi)的巨大進(jìn)步。
第9章介紹了我國工程師把鋼管混凝土拱用作勁性骨架，發(fā)明了分環(huán)、多工作面澆筑，斜拉索調(diào)載技術(shù)，把勁性骨架混凝土拱橋跨徑提高到近500m的研究及實(shí)踐成果。
本書中的主要成果支撐了主跨507m的合江長江公路大橋、主跨530m的合江長江一橋(通車的世界最大跨徑鋼管混凝土拱橋)和主跨575m的平南三橋(在建世界最大跨徑拱橋)的建造。本書作者帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)參與并指導(dǎo)了這三座橋的建設(shè)，在工程實(shí)踐中不斷對原有理論和技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新和完善，因此形成的成果具備極強(qiáng)的實(shí)踐性和指導(dǎo)意義。
廣西大學(xué)教授鄭皆連撰寫了第1章、第8章、第9章，并負(fù)責(zé)全書統(tǒng)稿；第2章主要由四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司總工程師牟廷敏撰寫；第3章主要由廣西路橋工程集團(tuán)有限公司總工程師韓玉撰寫；第4章、第5章、第7章主要由廣西路橋工程集團(tuán)有限公司副總工程師秦大燕撰寫；第6章主要由廣西路橋工程集團(tuán)有限公司副總工程師王建軍撰寫。
參與本書工作的還有廣西路橋工程集團(tuán)有限公司解威威、鄭健、葉志權(quán)、何建喬、隗磊軍，四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司范碧琨、趙藝程、鄭旭峰、林小軍、田波、汪洋、鄒圻，廣西交通科學(xué)研究院有限公司姚鑫玉。
在無收縮管內(nèi)混凝土材料制備技術(shù)上得到了東南大學(xué)繆昌文院士、劉加平教授團(tuán)隊(duì)的大力支持。本書中用到的大量圖片除了作者長期搜集積累之外，各工程參建單位也進(jìn)行了補(bǔ)充，在此一并表示衷心的感謝。感謝中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司副總工程師陳克堅(jiān)、國家設(shè)計(jì)大師馬庭林，以及中鐵十八局云桂鐵路南盤江特大橋經(jīng)理部為第9章提供資料。
由于500米級鋼管混凝土拱橋及以其為勁性骨架的混凝土拱橋目前正處于蓬勃發(fā)展、廣泛推廣應(yīng)用的階段，跨徑也進(jìn)一步向著600m乃至700m突破，相應(yīng)的建造技術(shù)也在實(shí)踐應(yīng)用中不斷創(chuàng)新和進(jìn)步，因此本書成果還起著承前啟后的作用，也要在實(shí)踐中進(jìn)一步完善。再經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展應(yīng)用，拱橋可能會(huì)在橋梁家族中找到更合適的定位，屆時(shí)編著一本更大跨徑拱橋建造技術(shù)的書亦是一項(xiàng)義不容辭的工作。在此過程中衷心期望廣大業(yè)界同仁共同參與并提供意見和建議，攜手為我國拱橋事業(yè)的進(jìn)步做出努力。
鄭皆連2019年7月
鄭皆連 中國工程院院士，廣西大學(xué)博士生導(dǎo)師，教授級高級工程師，路橋工程專家。長期從事橋梁設(shè)計(jì)、施工、管理工作，致力于拱圈無支架施工工藝研究，首創(chuàng)了我國雙曲拱橋無支架施工新工藝，解決了不立拱架修建拱橋的難題。在調(diào)控勁性骨架混凝土拱橋澆筑拱圈混凝土過程中發(fā)生的瞬時(shí)應(yīng)力及降低拱圈永存應(yīng)力的研究和實(shí)踐中取得了重大突破，指導(dǎo)了世界最大跨徑鋼管混凝土拱橋、勁性骨架混凝土拱橋的成功建設(shè)，為我國這兩類拱橋的高質(zhì)量、高速度發(fā)展及技術(shù)領(lǐng)先世界做出了重大貢獻(xiàn)。曾獲國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)三項(xiàng)、李國豪橋梁原創(chuàng)技術(shù)獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。
第1章 緒論 1
1.1鋼管混凝土拱橋的特質(zhì)1
1.2鋼管混凝土拱橋發(fā)展歷程3
1.3鋼管混凝土拱橋拱圈無支架施工9
1.3.1斜拉扣掛懸拼9
1.3.2轉(zhuǎn)體施工12
1.4鋼管混凝土拱橋拱圈施工風(fēng)險(xiǎn)13
參考文獻(xiàn)15
第2章500米級鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì) 16
2.1橋位及橋型方案比選16
2.1.1合江長江一橋16
2.1.2合江長江三橋18
2.2關(guān)鍵結(jié)構(gòu)研究20
2.2.1拱圈懸拼單元20
2.2.2拱圈內(nèi)橫隔21
2.2.3拱圈橫撐23
2.2.4拱圈肋間橫梁25
2.2.5拱圈懸吊結(jié)構(gòu)多維連接體系25
2.2.6拱座27
2.3強(qiáng)度與剛度計(jì)算29
2.3.1合江長江一橋29
2.3.2合江長江三橋45
2.4受力機(jī)理探討62
2.4.1材料參數(shù)對承載能力的影響62
2.4.2長細(xì)比對承載能力的影響63
2.4.3徐變對承載能力的影響66
2.4.4脫空對承載能力的影響68
2.4.5初應(yīng)力對承載能力的影響69
2.4.6非線性對承載能力的影響71
2.4.7動(dòng)力性能的宏觀評價(jià)72
參考文獻(xiàn)73
第3章 拱桁節(jié)段制造與運(yùn)輸 74
3.1拱桁節(jié)段誤差分析與控制74
3.1.1拱桁節(jié)段施工誤差限值74
3.1.2拱桁節(jié)段施工精度控制75
3.2拱桁節(jié)段制造與工廠試拼裝76
3.2.1臥式制造78
3.2.2立式拼裝83
3.3拱桁節(jié)段焊接85
3.3.1焊接工藝評定85
3.3.2焊接方法及相關(guān)要求85
3.3.3實(shí)際應(yīng)用效果86
3.3.4自動(dòng)焊接技術(shù)應(yīng)用86
3.4法蘭盤和拱鉸軸制作86
3.4.1法蘭盤制作86
3.4.2拱腳軸制作88
3.5拱桁節(jié)段運(yùn)輸90
3.5.1現(xiàn)場預(yù)制平車運(yùn)輸90
3.5.2拱桁節(jié)段整體水運(yùn)90
第4章 斜拉扣掛體系設(shè)計(jì)與施工 92
4.1概述92
4.1.1斜拉扣掛技術(shù)應(yīng)用簡況92
4.1.2扣掛體系分類93
4.1.3扣掛體系類別的優(yōu)缺點(diǎn)94
4.1.4扣掛體系的選擇95
4.2扣掛體系組成部分95
4.2.1扣索95
4.2.2扣點(diǎn)、轉(zhuǎn)點(diǎn)95
4.2.3塔上索鞍或交換梁96
4.2.4扣塔96
4.2.5地錨99
4.3合江長江一橋斜拉扣掛體系99
4.3.1斜拉扣掛體系設(shè)計(jì)99
4.3.2斜拉扣掛體系計(jì)算103
4.3.3預(yù)應(yīng)力巖錨施工108
4.3.4塔架安裝與拆除109
4.4平南三橋斜拉扣掛體系119
4.4.1斜拉扣掛體系設(shè)計(jì)119
4.4.2斜拉扣掛體系計(jì)算122
4.4.3錨拉板式扣點(diǎn)136
4.4.4扣點(diǎn)分配橫梁137
4.4.5鋼絞線轉(zhuǎn)向索鞍139
4.4.6扣索平臺(tái)139
4.4.7塔架安裝與拆除142
4.4.8扣索荷載試驗(yàn)146
參考文獻(xiàn)147
第5章 斜拉扣掛一次張拉計(jì)算方法及實(shí)踐 148
5.1概述148
5.2斜拉扣掛數(shù)學(xué)模型及施工優(yōu)化方法149
5.2.1斜拉扣掛數(shù)學(xué)模型及施工優(yōu)化方法149
5.2.2過程最優(yōu)，結(jié)果可控斜拉扣掛施工優(yōu)化方法150
5.3工程應(yīng)用152
5.3.1馬灘紅水河特大橋152
5.3.2六律大橋161
5.3.3平南三橋164
參考文獻(xiàn)179
第6章 管內(nèi)混凝土制備與灌注 180
6.1脫黏、脫空現(xiàn)象和灌注工藝180
6.1.1鋼管混凝土脫黏、脫空現(xiàn)象及成因180
6.1.2灌注工藝181
6.2管內(nèi)混凝土原材料182
6.2.1混凝土常規(guī)材料182
6.2.2高穩(wěn)健性外加劑技術(shù)183
6.2.3全過程補(bǔ)償技術(shù)184
6.3真空輔助灌注工藝及試驗(yàn)187
6.3.1管內(nèi)混凝土真空輔助灌注工藝187
6.3.2工藝試驗(yàn)188
6.3.3試驗(yàn)結(jié)果及分析190
6.4管內(nèi)混凝土灌注施工工程應(yīng)用195
6.4.1工程背景195
6.4.2灌注效果199
6.4.3灌注施工管理分析202
參考文獻(xiàn)215
第7章 纜索吊運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工與應(yīng)用 216
7.1纜索吊運(yùn)系統(tǒng)組成216
7.1.1塔架217
7.1.2風(fēng)纜217
7.1.3索系統(tǒng)217
7.1.4其他220
7.2纜索吊運(yùn)系統(tǒng)分類221
7.2.1塔架式纜索吊221
7.2.2無塔架纜索吊222
7.2.3可橫移式纜索吊222
7.3纜索吊機(jī)主索幾何非線性分析224
7.3.1拋物線解析法224
7.3.2非線性索輪單元法228
7.4合江長江一橋纜索吊運(yùn)系統(tǒng)233
7.4.1纜索吊運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及強(qiáng)健性研究233
7.4.2超大跨鋼管拱肋吊運(yùn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究238
7.4.3纜索吊運(yùn)系統(tǒng)安全檢校243
7.5平南三橋纜索吊運(yùn)系統(tǒng)244
7.5.1纜索吊運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算245
7.5.2主地錨計(jì)算250
參考文獻(xiàn)251
第8章 吊、扣塔位移適時(shí)主動(dòng)施力控制 253
8.1概述253
8.2主動(dòng)施力控制與剛度被動(dòng)控制的比較255
8.3主動(dòng)施力控制塔頂水平位移的實(shí)現(xiàn)途徑256
8.4馬灘紅水河特大橋吊、扣塔257
8.4.1GNSS位移自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)257
8.4.2塔架主動(dòng)施力控制方法257
參考文獻(xiàn)260
第9章 勁性骨架混凝土拱橋 261
9.1發(fā)展概況261
9.2降低拱圈混凝土澆筑過程中勁性骨架的瞬時(shí)應(yīng)力及永存應(yīng)力265
9.2.1國外調(diào)載工法266
9.2.2國內(nèi)調(diào)載工法266
9.3工程應(yīng)用268
9.3.1邕江大橋268
9.3.2南盤江特大橋276
9.4勁性骨架調(diào)載方法280
參考文獻(xiàn)281
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