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课题名称：预应力混凝土斜拉桁架桥关键技术的研究
项目负责人：金文成
立项单位：湖北省交通厅
一、课题简介
当今世界桥梁飞速发展，随着斜拉桁架T构、斜拉桁架连续梁、斜拉桁架连续刚构三种桥型的建设，在我国桥梁中已形成了一个全新的结构体系----斜拉桁架预应力混凝土结构体系。
斜拉桁架预应力混凝土结构体系的特点是把刚度较小的杆件组合集成为刚度较大的结构体系，以预应力混凝土刚性拉杆代替斜拉桥柔性钢索。国外在上世纪80年代初就在研究和发展这一结构型式，并被认为是发展大跨度预应力混凝土桥梁结构很有潜力的一种结构型式。
以空间桁架体系代替箱梁体系，前者的代表即是澳大利亚的里蒲桥，后者的代表为科威特马比延桥。我国预应力混凝土桁架桥的发展亦正在紧赶世界先进水平。在斜拉式预应力混凝土桁架桥方面，我国已建成的浙江省港口大桥为第一座实验桥，主跨70m。随后相继建成的有福建的洪塘大桥、水口大桥，江苏无锡的硕放大桥、新安大桥，江苏邳州高架桥，京九铁路卫运河铁路桥。其中水口大桥的主跨已达到160米。在我们国家，这种桥型还没有被推广的主要原因就是还没有对上述提到的几个关键问题进行深入的研究，没有提出可靠的措施，确保结构满足从施工到营运阶段各种工况情况下的要求。
本课题全称“ 预应力混凝土斜拉桁架结构关键技术研究”，以湖北省秭归县卡子湾大桥为依托，被湖北省交通厅批准为2004度指令性科研项目。本课题研究将从理论和实践两个角度阐述预应力混凝土斜拉桁架结构关键技术研究成果，为秭归县卡子湾大桥工程建设提出关键施工技术的要点要求和标准，特殊施工措施和最佳施工方案。在此基础上，为该桥型的推广应用提供理论依据和技术支撑，为我国桥梁事业的发展作出贡献。
二、工程简介
卡子湾大桥桥位于秭归县归州镇境内，是秭归县归水公路渡水河大桥的复建工程。卡子湾大桥的兴建将把秭归长江以北的归州镇、泄滩乡、水田坝乡紧密地相连在一起，同时，该桥向东6公里在香溪同神（龙架）～堡（镇）省道相连；沿江而上60公里，经泄滩、陈家坡于巴东长江大桥同209国道相通；向北方向55公里经水田坝、三溪河、兴山县木城在高桥再接209国道；向东北方向38公里经水田坝凉风垭、稠木树，接兴山平邑口神（龙架）～堡（镇）省道。
卡子湾大桥结构型式为斜拉桁架连续刚构体系。上部结构主跨及边跨由两桁架片、端横梁及中横梁、横向布置空心板及桁顶横系梁组成。斜拉式桁架片由上弦杆、下弦杆及腹杆组成，桁架除墩顶节间腹杆与墩帽V肢一起现浇及端横梁、中横梁现浇外，其余杆件均采用预制（或部分预制）拼装，下部结构2、3号桥墩墩身为空心圆形墩,墩高分别达到59米和71米。其主要技术指标如下：
（1）设计荷载：汽车－20级，挂车－100，人群：3.5KN/m2。
（2）道路等级：按山岭重丘三级公路设计，设计行车时速为30km/h。
（3）桥跨及桥长：
桥 跨：20米（钢筋混凝土整体现浇肋式简支梁边跨）+79.45米+140米+79.45米(预应力混凝土斜拉式桁架连续刚构)
全桥长: 334.22米
（4）桥宽:净-7.5米(行车道)+2×2.52米(人行道+桁架结构宽+栏杆宽)
（5）通航标准：
最高通航水位（库区最高蓄水位）标高为175.0米，最底水位（库区蓄水常水位）标高为145.0米。根据三峡库区永久性建筑控制标高要求，该桥桥头接线 桥面中心标高为182米。按7级航道的要求进行设计。
（6）桥面坡度：桥面纵坡：±2％；桥面横坡： 1.5%。
（7）地震烈度：
根据1990年1/400万《中国地震烈度区划图（50A超越概率10%）》，桥位处在地震基本烈度Ⅵ度区。故本桥场地地震基本烈度为6度，桥梁设计按7度设防。
三、工程及课题进展
目前，卡子湾大桥已经进入关键施工阶段，即杆件的吊装阶段。本阶段施工技术复杂，因此有很多值得研究之处，在后面附件中给出卡子湾大桥目前吊装的施工图片，以供了解和学习。
随着工程进度的展开，由华中科技大学土木工程与力学学院副院长金文成教授所承担的课题研究任务也在同步开展。具体如下：
1、建立计算模型
时间：2004年4月1日-8月1日
地点：华中科技大学土木工程与力学学院 土木工程仿真中心
采用国内桥梁平面杆系计算程序（DB）和美国ANSYS软件进行结构内力分析，分别建立平面杆系有限元、块单元三维空间有限元、杆系空间有限元和特殊节点局部三维有限元模型。
现已完成用桥梁博士程序进行全桥设计计算和静载分析，以及用Ansys进行全桥的动力分析和节点处复杂应力的分析。
2、室内试验研究
时间：2004年4月1日-9月1日
地点：华中科技大学土木工程与力学学院 结构实验中心 桥梁实验室 材料实验室
节点用环氧树脂混凝土、碳纤维混凝土、钢纤维混凝土材料及构件性能实验分析 ；50号高强度混凝土配合比实验；轻集料陶粒混凝土配合比实验。
现已完成钢纤维混凝土材料及构件性能实验分析、50号高强度混凝土配合比实验以及轻集料陶粒混凝土配合比实验。
3、预制现场指导、试验准备工作
时间：2004年5月-11月
地点：秭归县茅坪镇
根据课题研究需要，在关键杆件和部位预埋相应的传感器。根据构件的预制进程，传感器埋置工作已告结束。
本工程预计2006年上半年完工，随着工程的深入，课题研究一定能取得更多更新的突破和成果。 |
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