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石首长江公路大桥（主跨820m）在国内外首次实现了大跨度混合梁斜拉桥全部采用“工厂化生产，装配化施工”的目标，解决了主梁施工防裂控制技术难题与钢锚梁设计方法创新，提高了结构耐久性，有效减少了碳排放量，最大程度地降低了对环境的影响，对推动大跨度混合梁斜拉桥建造技术发展意义重大。
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| 內容簡介： |
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PK断面混凝土箱梁由几何特性引起的力学问题十分显著，它具有横向宽度大的特点，从设计角度来看，其结构的刚度及线型控制需要通过“空间预应力钢筋”的设置来实现。但是，PK断面混凝土箱梁成桥受力行为与未成桥状态存在巨大差异，桥梁设计人员通常以成桥状态考虑其结构的优越性，对PK断面混凝土箱梁的“节段预制、拼装施工工艺”的难度并未熟知，导致施工总体设计方案复杂，技术与设备要求高。 由于PK断面混凝土箱梁结构在施工及使用过程中的剪力滞效应的存在，传统的结构设计与计算方法（理论计算公式）与数值模拟方法（经典的杆系模型）很难考虑“空间预应力的耦合效应”对结的影响，计算精度已经无法满足结构的设计需要。所以，需要采用一种精细化有限元模拟方法，即可以直观的反映出结构的力学性能，又可以根据材料强度判断其薄弱位置（裂缝数据采集），力争对PK断面混凝土箱梁的施工过程进行完整的模拟分析，从而保障结构的质量及耐久性。除此之外，为防止并控制主塔锚固区开裂，需对主塔锚固区新型结构设计方法进行研究。其主要研究内容包括： （1）大跨度混合梁斜拉桥主梁总体施工方案优化设计研究 （2）空间预应力混凝土结构数值模拟技术研究 （3）PK箱梁施工阶段结构破坏机理和剪力滞效应研究 （4）超宽混凝土PK断面箱梁施工阶段防裂控制技术 （5）大跨度混合梁斜拉桥施工阶段空间力学行为分析 （6）大跨度混合梁斜拉桥索塔新型钢锚梁结构设计
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| 關於作者： |
赵健
（主编），赵健，现任中铁建大桥工程局集团南方工程有限公司副总经理、总工程师。2015年毕业于俄罗斯太平洋国立大学，桥梁工程专业，获工学博士学位，2016年至2019年在清华大学从事博士后研究工作，研究方向为桥梁工程控制与建造关键技术。先后获中国钢结构协会科学技术一等奖，天津市优秀专利奖，吉林省科技进步二等奖各1项。主持或参与研发省部级课题10余项，参与广州明珠湾大桥、石首长江公路大桥等10余座桥梁工程的技术支持与科技研发工作，共发表国内外学术论文30余篇，主持或参与研发申报专利40余项，其中国际专利5项，参编专著1部，行业规范1部，省部级工法5部。
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| 目錄：
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第1章 绪论
1.1项目背景
1.2石首长江公路大桥工程概述
1.3项目主要研究内容
1.4项目研究过程概述
1.5项目总体技术性能指标
1.6项目创新点和取得的突破
1.7项目研究成果的推广应用条件和应用前景
1.8存在问题及工作设想
第2章空间结构数值模拟计算方法
2.1概述
2.2PK断面混凝土箱梁结构
2.2.1PK断面混凝土箱梁的结构特点
2.2.2预应力钢束类型
2.3PK断面混凝土箱梁空间结构建模方法
2.3.1有限元模型单元选择
2.3.2非线性材料本构模型
2.3.3混凝土裂缝模型
2.4空间预应力建模方法
2.5计算实例
2.5.1主桥总体布置
2.5.2主梁断面形式
2.5.3预应力钢束
2.6有限元模型
2.6.1PK断面混凝土箱梁结构模型
2.6.2预应力钢束模型
2.6.3材料参数
2.6.4计算假定
2.6.5边界条件
2.7计算结果分析
2.8空间预应力影响效果分析
2.8.1对比区域选择
2.8.2结构应力状态分析
2.8.3结构变形状态分析
2.9实测结果对比
2.10结论
第3章PK断面混凝土箱梁施工阶段结构力学性能及破坏机制分析
3.1概述
3.2剪力滞效应的简化计算方法
3.3PK断面混凝土箱梁剪力滞效应机制
3.4研究主体概况
3.5数值模拟分析
3.5.1有限元模型
3.5.2参数选取
3.5.3计算工况
3.6现场实测与模型精度验证
3.7剪力滞计算结果分析
3.8PK断面混凝土箱梁早期收缩、徐变效应分析
3.8.1结构开裂现场调研
3.8.2收缩、徐变计算的参数取值
3.8.3梁段预制期间的收缩、徐变计算结果
3.8.4收缩、徐变对箱梁预应力损耗的影响
3.9结论
第4章PK箱梁混凝土配合比设计与质量控制研究
4.1混凝土箱梁节段预制施工技术重难点
4.2高性能混凝土配合比设计目标、流程与思路
4.2.1配合比设计指标
4.2.2配合比设计流程
4.2.3配合比设计思路
4.3PK箱梁C55高性能混凝土配合比优化设计
4.3.1试验材料
4.3.2试验方法
4.4混凝土配合比设计与基本性能试验
4.4.1P·O 42.5水泥试配的混凝土
4.4.2采用P·O 52.5水泥试配的混凝土
4.4.3初步优选的混凝土配合比复盘验证
4.4.4初步优选的混凝土配合比蒸汽养护强度试验
4.5混凝土绝热温升测定与早期抗裂性试验
4.5.1绝热温升
4.5.2早期抗裂性
4.6混凝土收缩与徐变试验
4.6.1干燥收缩
4.6.2徐变
4.7混凝土耐久性试验
4.7.1抗氯离子渗透性(电通量法)和抗碳化法
4.7.2抗硫酸盐侵蚀性能
4.7.3抗冻性
4.8混凝土微观结构分析
4.8.1水泥-粉煤灰-矿粉复合胶凝浆体的化学结合水
4.8.2水泥-粉煤灰-矿粉复合胶凝浆体水化产物物相XRD分析
4.8.3水泥-粉煤灰-矿粉复合胶凝浆体微观结构SEM分析
4.9北边跨箱梁混凝土施工质量控制技术要点
4.9.1混凝土原材料主控指标
4.9.2混凝土拌和生产与运输
4.9.3混凝土浇筑质量控制
4.10混凝土养护及拆模
4.10.1混凝土自然养护
4.10.2混凝土蒸汽养护
4.10.3混凝土拆模
4.11混凝土温控防裂措施
4.12预应力张拉工序分析
4.13结束语
第5章PK箱梁混凝土温度控制研究
5.1概述
5.1.1工程概况
5.1.2抗裂重点及难点
5.1.3抗裂安全性评价标准
5.1.4应力评价标准
5.2A型梁仿真计算
5.2.1仿真计算资料
5.2.2仿真计算结果
5.3E型梁仿真计算
5.3.1仿真计算资料
5.3.2仿真计算结果
5.4温控标准
5.5箱梁夏季施工混凝土温控措施
5.5.1混凝土浇筑温度控制
5.5.2混凝土原材料降温措施
5.5.3冷却水使用及控制
5.5.4养护控制
5.6箱梁冬季施工混凝土保温控制措施
5.6.1混凝土原材料质量控制
5.6.2混凝土配制和搅拌质量控制
5.6.3混凝土运输和浇筑质量控制
5.6.4保温保湿养护
5.7现场温度监测方案
5.8箱梁混凝土现场温度监测结果及分析
5.8.1箱梁混凝土浇筑基本情况
5.8.2混凝土入模温度控制情况
5.8.3混凝土冷却水管通水情况
5.8.4混凝土养护情况
5.9E型梁混凝土内部温度发展情况
5.9.1测温元件布置
5.9.2测温结果
5.9.3测温数据分析
5.9.4A型梁混凝土内部温度发展情况
5.9.5M型梁混凝土内部温度发展情况
5.10结束语
第6章大跨度混合梁斜拉桥边跨主梁节段预制拼装关键技术
6.1概述
6.2PK断面箱梁组合式移动模板
6.2.1技术背景
6.2.2技术方案
6.2.3组合式移动模板构造特点
6.2.4技术优势
6.3箱梁节段预制工艺
6.3.1技术背景
6.3.2PK断面箱梁预制施工方案
6.3.3技术优势
6.4混凝土箱梁节段预应力张拉工序设计
6.4.1PK断面箱梁预应力设置
6.4.2预应力张拉工序分析意义
6.4.3箱梁预应力张拉工序模拟
6.4.4计算结果讨论
6.4.5预应力张拉工序设计
6.4.6预应力张拉工序应用效果
6.5箱梁节段提升与落梁施工技术
6.5.1技术原理
6.5.2箱梁节段吊点与吊具设计
6.5.3吊杆检测与安装
6.5.4箱梁提升
6.5.5落梁技术
6.6箱梁节段胶拼控制技术
6.6.1技术背景
6.6.2箱梁空间姿态测控技术
6.6.3千吨级混凝土预制梁段防裂滑移系统
6.6.4箱梁节段胶拼施工工艺
6.7结束语
第7章大跨度混合梁斜拉桥非对称施工阶段结构受力行为分析
7.1概述
7.2混合梁斜拉桥施工控制原则
7.3混合梁斜拉桥施工控制影响因素
7.4有限元分析方法
7.5有限元建模
7.5.1结构模型
7.5.2斜拉索模拟
7.5.3边界条件
7.6计算工况
7.6.1箱梁收缩徐变
7.6.2边跨混凝土预应力模拟
7.6.3桥面起重机荷载
7.7斜拉索初张力设定
7.8施工阶段受力分析
7.8.1最大双悬臂状态受力分析
7.8.2最大单悬臂状态受力分析
7.8.3合龙状态
7.9计算结果对比
7.9.1位移对比分析
7.9.2应力对比分析
7.9.3主梁横向变形分析
7.10结论
7.11结束语
第8章大跨度混合梁斜拉桥主梁总体施工方案优化设计
8.1大桥总体施工方案
8.2施工方案对比分析
8.2.1支架现浇施工方案
8.2.2支架节段预制拼装施工方案
8.2.3桥位短线法节段预制拼装施工方案
8.3大桥北边跨主梁总体施工方案
8.4装备选型
8.5存梁支架布置
8.6结论
第9章索塔锚固结合部技术研究
9.1概述
9.2钢锚梁索塔锚固结合部发展
9.3索塔组合锚固结合部承载能力模型试验设计
9.3.1概述
9.3.2模型试件设计与制作
9.3.3试验加载方案
9.3.4试验测试方案
9.4模型试验结果分析
9.4.1开孔板式试件测试结果分析
9.4.2箱格式试件测试结果分析
9.4.3两试件测试结果比较
9.5结论
9.5.1开孔板式结合部
9.5.2箱格式结合部
参考文献
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| 內容試閱：
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尽管近 20 年PK箱梁在我国混合梁公路斜拉桥的建设中被广泛运用，但是关于PK箱梁的研究相对滞后，许多工程师和技术人员依然对该梁型结构的力学性能及施工方法理解不够深入，由现有施工技术的局限性造成混合梁斜拉桥的边跨主梁结构质量及线形无法保障达到设计标准，在修建完成后又因运输量大，重型荷载长期作用在边跨主梁上，以及温度变化、混凝土自身引起的收缩、徐变等，最终导致边跨混凝土主梁在桥梁建成服役后比主跨钢梁提前进入“损伤状态”，并引起一系列负面影响。“损伤状态”会直接通过拉索系统传递到主塔，再由拉索和钢混结合段直接传递到钢主梁，致使整个结构运营状态发生变化，严重影响斜拉桥的服役年限。有分析表明： 由施工技术引起的质量问题导致后续的结构耐久性下降的案例屡见不鲜，所以桥塔锚固区与PK断面混凝土箱梁防裂控制是保障混合梁斜拉桥服役年限的关键，同时也是目前迫切需要解决的技术问题。
本书共分九章，详细讨论了大跨度混合梁斜拉桥设计与施工的关键技术，并通过实际工程进行验证。第1章简述大跨度混合梁斜拉桥研究内容与迫切需要解决的问题； 第2章利用MIDAS FEA 软件建立混凝土箱梁节段的精细化有限元模型，提出一种“基于空间预应力结构的数值模拟计算方法”，以提高PK箱梁节段预制、胶拼施工过程的数值模拟计算精度。第3章通过建立PK箱梁节段精细化有限元模型，研究箱梁结构的力学性能及破坏机制，分析箱梁节段在施工过程中“剪力滞效应”。第4章对C55 高性能混凝土进行基本性能试验、早期抗裂性试验、收缩徐变试验、耐久性试验，并采用扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）对混凝土微观结构进行分析。第5章研究混凝土温控措施，制定了PK箱梁大体积混凝土温控防裂评价标准，根据计算结果确定了夏季温控措施。第6章总结大跨度混合梁斜拉桥PK箱梁施工关键技术，并对关键技术成果应用进行了评价。第7章采用精细化数值模拟技术，建立一种混合梁斜拉桥非对称施工阶段的四维多尺度有限元模型，从而提高了混合梁非对称施工过程模拟计算的精度。第8章对大跨度混合梁斜拉桥边跨主梁进行总体施工方案设计和优化，设计一套完整的“桥位短线法”节段预制、拼装的施工方案。第9章通过对锚固区抗裂性能展开研究，提出了可用于结合部连接件剪力计算的连续弹性介质层法，形成了钢锚梁式组合索塔锚固结构的设计方法。
本书通过系统研究大跨度混合梁斜拉桥设计与施工关键技术，并应用到石首长江公路大桥等工程，解决了PK箱梁与索塔锚固区结构防裂的技术难题，通过科研攻关与工程实践验证了此技术应用效果良好。
本书中关于大跨度混合梁斜拉桥设计与施工关键技术研究内容是我在清华大学与中国铁建大桥工程局集团从事博士后科研工作的主要内容，该研究中始终得到了王元清教授、周冠南总工程师的悉心指导，本书在撰写过程中也得到了行业专家与同事们的大力帮助，在此一并感谢。
赵健
2021年11月21日天津
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