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石拱桥是一种极具中国民族特色的传统桥梁结构形式,它的存在与发展已经有数千年的历史,对人类的交通运输事业建立了不可磨灭的功勋,至今仍在发挥着勃勃生机。
随着各种现代材料与现代结构形式的桥梁的不断发展,石拱桥由于自身原因的限制,其发展受到了越来越多的制约,这与蓬勃发展的现代桥梁建设现状很不适应。目前世界范围内,尽管100米以上跨度的石拱桥修建了近二十座,但普遍存在着荷载水平低、设计理论陈旧、施工控制能力差、无法采用现代设计、施工、测试与监控手段的现实,需要加以改变。
丹河大桥是一座目前世界上跨径最大的石拱桥,主孔净跨径146米,设计荷载等级为汽车—超20级,挂车-120。是目前世界上跨径最大,荷载等级最高,首次全面采用现代桥梁设计、施工与控制技术建设的高速公路桥梁。鉴于目前有关大跨度分步施工石拱桥的计算理论、施工工艺、控制技术以及有关技术规范内容的缺乏,为了解决该桥建设中的设计与施工关键技术问题。本课题以丹河大桥为依托,通过砌体力学性能指标试验、大比例模型试验、施工监控等手段,结合多模型结构静力、动力与稳定性对比分析研究,填补了国内规范在高标号小石子混凝土砌体力学性能指标方面的空白,找到了理想的拱上轻质材料与施工工艺,总结出了一套适合大跨径分步施工石拱桥的现代桥梁设计分析方法与施工、控制工艺,发现了大跨径分步施工石拱桥的拱脚高应力区,成功地实现了对大跨径石拱桥分次落架工艺的有效控制,为丹河大桥的顺利建成提供了技术支持,也为大跨径石拱桥的发展与技术进步起到了一定的作用。
本课题的部分成果已被新修订的桥梁设计规范所采用,其分步施工仿真技术已被国内多座组合施工的大跨度拱桥所运用,取得了良好的经济效益与社会效益。