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文檔簡(jiǎn)介

道路與橋梁工程畢業(yè)論文一.摘要

本案例研究聚焦于某沿海城市跨海大橋的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)維護(hù),探討道路與橋梁工程中復(fù)雜環(huán)境下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工技術(shù)及長(zhǎng)期性能管理問(wèn)題。該橋梁全長(zhǎng)12公里,跨越寬闊海灣,地質(zhì)條件復(fù)雜,涉及軟土地基處理、大跨度鋼箱梁懸臂澆筑、抗風(fēng)抗震設(shè)計(jì)等多項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)。研究采用有限元數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與工程實(shí)例分析相結(jié)合的方法,系統(tǒng)評(píng)估了不同施工階段的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布、沉降控制效果以及運(yùn)營(yíng)期疲勞損傷累積規(guī)律。通過(guò)對(duì)比分析多種地基加固方案(如樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)及復(fù)合地基技術(shù))的力學(xué)性能與經(jīng)濟(jì)性,發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)合橡膠支座的應(yīng)用顯著降低了結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng),延長(zhǎng)了使用壽命。此外,研究還針對(duì)橋梁伸縮縫、橋面鋪裝及排水系統(tǒng)等關(guān)鍵部位提出了優(yōu)化建議,驗(yàn)證了智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在早期病害預(yù)警中的有效性。結(jié)果表明,在復(fù)雜環(huán)境下,科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)選型與施工工藝能夠有效提升道路與橋梁工程的耐久性與安全性,而系統(tǒng)的全生命周期管理策略是保障工程長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。該案例為類似跨海工程的設(shè)計(jì)與維護(hù)提供了理論依據(jù)和實(shí)踐參考,揭示了多因素耦合作用下工程響應(yīng)的內(nèi)在機(jī)制,強(qiáng)調(diào)了技術(shù)創(chuàng)新與工程實(shí)踐相結(jié)合的重要性。

二.關(guān)鍵詞

跨海大橋;道路工程;橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);軟土地基處理;抗風(fēng)抗震設(shè)計(jì);全生命周期管理;疲勞損傷分析

三.引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化與區(qū)域城市化進(jìn)程的加速,跨海通道建設(shè)已成為連接島嶼與大陸、促進(jìn)資源要素流動(dòng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。道路與橋梁工程作為實(shí)現(xiàn)大規(guī)??绾_\(yùn)輸?shù)闹匾侄?,其技術(shù)復(fù)雜性與環(huán)境挑戰(zhàn)性日益凸顯。特別是在地質(zhì)條件多變、海洋環(huán)境惡劣的沿海區(qū)域,橋梁結(jié)構(gòu)不僅要承受巨大的交通荷載,還需應(yīng)對(duì)風(fēng)荷載、波浪力、地震活動(dòng)及海水腐蝕等多重外部作用,這對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論、施工技術(shù)方案及長(zhǎng)期維護(hù)策略提出了更高要求。近年來(lái),全球范圍內(nèi)涌現(xiàn)出眾多大型跨海工程,如港珠澳大橋、挪威斯卡格拉克海峽隧道等,這些工程的成功實(shí)踐不僅推動(dòng)了道路與橋梁領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步,也深刻影響了現(xiàn)代交通運(yùn)輸體系的構(gòu)建。然而,在快速發(fā)展的同時(shí),工程實(shí)踐中仍面臨諸多難題,如軟土地基沉降控制不均、大跨度結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)困難、耐久性損傷累積難以預(yù)測(cè)等問(wèn)題,這些問(wèn)題直接關(guān)系到橋梁的服役安全與經(jīng)濟(jì)效益。因此,深入探究復(fù)雜環(huán)境下道路與橋梁工程的設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工創(chuàng)新及智能運(yùn)維技術(shù),具有重要的理論價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。

本研究以某沿海城市跨海大橋?yàn)楣こ瘫尘?,旨在系統(tǒng)分析復(fù)雜海洋環(huán)境下道路與橋梁工程的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。該橋梁項(xiàng)目地處臺(tái)風(fēng)頻發(fā)區(qū),地質(zhì)以軟土為主,涉及多跨連續(xù)剛構(gòu)與鋼箱梁組合結(jié)構(gòu),其建設(shè)與運(yùn)營(yíng)面臨著諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。研究聚焦于以下幾個(gè)方面:首先,探討不同地基加固方案對(duì)橋梁基礎(chǔ)沉降及承載力的影響,通過(guò)數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比,評(píng)估各類技術(shù)的適用性與經(jīng)濟(jì)性;其次,研究大跨度鋼箱梁在懸臂澆筑過(guò)程中的應(yīng)力重分布規(guī)律,優(yōu)化施工合龍技術(shù),減少溫度、風(fēng)載等環(huán)境因素的影響;再次,分析橋梁結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期服役過(guò)程中的疲勞損傷累積機(jī)制,結(jié)合斷裂力學(xué)與損傷力學(xué)理論,建立疲勞壽命預(yù)測(cè)模型;最后,提出基于物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)的智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的實(shí)時(shí)評(píng)估與早期病害預(yù)警。研究假設(shè)通過(guò)綜合運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)值分析技術(shù)、新材料與新工藝,并引入全生命周期管理理念,能夠在保障結(jié)構(gòu)安全的前提下,提升跨海橋梁工程的綜合性能與耐久性。

本研究的理論意義在于,通過(guò)多學(xué)科交叉方法(包括巖土工程、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料科學(xué)及智能監(jiān)測(cè)技術(shù)),深化對(duì)復(fù)雜環(huán)境下道路與橋梁工程響應(yīng)機(jī)理的認(rèn)識(shí),豐富工程力學(xué)與土木工程領(lǐng)域的理論體系。實(shí)踐層面,研究成果可為類似跨海工程的設(shè)計(jì)方案比選、施工風(fēng)險(xiǎn)控制及運(yùn)維管理提供科學(xué)依據(jù),通過(guò)技術(shù)優(yōu)化降低工程成本,延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命,提升防災(zāi)減災(zāi)能力。同時(shí),研究強(qiáng)調(diào)技術(shù)創(chuàng)新與工程實(shí)踐的結(jié)合,注重從實(shí)際工程問(wèn)題中提煉理論需求,再將研究成果轉(zhuǎn)化為可操作的技術(shù)方案,從而推動(dòng)道路與橋梁工程領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)升級(jí)。通過(guò)本案例的深入剖析,期望能為未來(lái)跨海通道建設(shè)提供一套系統(tǒng)化、科學(xué)化的技術(shù)體系,為實(shí)現(xiàn)交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略提供有力支撐。

四.文獻(xiàn)綜述

道路與橋梁工程領(lǐng)域在跨海工程方面的研究由來(lái)已久,涵蓋了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論、地基處理技術(shù)、施工方法創(chuàng)新及長(zhǎng)期性能管理等多個(gè)方面。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域,早期的研究主要集中在梁橋與拱橋的靜力與穩(wěn)定性分析,隨著跨度的不斷增加,懸臂澆筑法、頂推法及轉(zhuǎn)體法等先進(jìn)施工技術(shù)逐漸成為大跨度橋梁建設(shè)的主流。近年來(lái),隨著計(jì)算力學(xué)的發(fā)展,有限元分析方法被廣泛應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)分析中,能夠精確模擬復(fù)雜邊界條件下的應(yīng)力應(yīng)變、振動(dòng)特性及動(dòng)力響應(yīng)。特別是在跨海橋梁設(shè)計(jì)中,風(fēng)荷載、波浪力及地震作用等動(dòng)態(tài)荷載的分析成為研究熱點(diǎn),學(xué)者們通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)、數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方法,不斷深化對(duì)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能的認(rèn)識(shí),并發(fā)展出多種抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論,如渦激振動(dòng)、顫振及馳振等??拐鹪O(shè)計(jì)方面,性能化抗震理念逐漸取代傳統(tǒng)的小震不壞、大震不倒的設(shè)計(jì)思路,通過(guò)引入耗能裝置、調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度與強(qiáng)度分布等手段,提升橋梁結(jié)構(gòu)的抗震韌性與變形能力。然而,現(xiàn)有研究在復(fù)雜環(huán)境(如強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)地震頻發(fā)區(qū))下的橋梁抗震性能評(píng)估仍存在一定局限性,尤其是在動(dòng)載作用下結(jié)構(gòu)損傷累積與演化規(guī)律方面,缺乏系統(tǒng)的理論模型與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

地基處理技術(shù)是跨海橋梁工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié),軟土地基因其承載力低、沉降大、變形時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn),一直是工程建設(shè)的難點(diǎn)。傳統(tǒng)的地基處理方法包括換填、樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)及排水固結(jié)等,其中樁基礎(chǔ)技術(shù)因適用性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛而備受關(guān)注。近年來(lái),復(fù)合地基技術(shù)(如水泥攪拌樁、碎石樁等)因其經(jīng)濟(jì)高效、環(huán)保性好等優(yōu)勢(shì),在軟土地基處理中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。研究表明,復(fù)合地基能夠有效提高地基承載力,減少沉降量,但不同復(fù)合地基技術(shù)的適用性受土質(zhì)條件、荷載特性及施工工藝等多重因素影響,如何優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)、評(píng)估長(zhǎng)期性能仍是研究重點(diǎn)。此外,海底基礎(chǔ)施工面臨著復(fù)雜的水下環(huán)境與不確定性地質(zhì)條件,對(duì)施工精度與安全性提出了更高要求。部分學(xué)者通過(guò)引入海底地基模型、開(kāi)發(fā)新型施工設(shè)備(如沉管隧道掘進(jìn)機(jī))等手段,提升了海底基礎(chǔ)工程的可控性與可靠性。然而,現(xiàn)有研究在軟土地基長(zhǎng)期變形預(yù)測(cè)、不同地基處理方法組合應(yīng)用及施工過(guò)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等方面仍存在不足,需要進(jìn)一步深化。

施工技術(shù)創(chuàng)新是提升跨海橋梁工程效率與質(zhì)量的重要途徑。大跨度橋梁施工技術(shù)經(jīng)歷了從早期較簡(jiǎn)單的支架現(xiàn)澆法到如今多種先進(jìn)方法的并存發(fā)展。懸臂澆筑法因其對(duì)場(chǎng)地要求低、施工靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),成為連續(xù)梁橋與斜拉橋建設(shè)的主要方法。鋼箱梁懸臂澆筑過(guò)程中,鋼梁節(jié)段的焊接質(zhì)量控制、應(yīng)力傳遞協(xié)調(diào)及變形控制是關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。部分研究通過(guò)優(yōu)化焊接工藝、引入自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等手段,提升了鋼箱梁施工質(zhì)量與效率。此外,預(yù)制裝配技術(shù)因其施工速度快、質(zhì)量可控等優(yōu)點(diǎn),在橋梁建設(shè)中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。預(yù)制梁段的運(yùn)輸、吊裝及接縫處理是影響工程質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。研究表明,通過(guò)優(yōu)化預(yù)制方案、改進(jìn)接縫材料與工藝,能夠顯著提升裝配式橋梁的整體性能與耐久性。然而,現(xiàn)有研究在復(fù)雜環(huán)境下(如高風(fēng)速、強(qiáng)水流)的施工技術(shù)創(chuàng)新方面相對(duì)滯后,尤其是在智能化、自動(dòng)化施工裝備的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方面存在較大提升空間。如何結(jié)合BIM技術(shù)、等現(xiàn)代科技手段,實(shí)現(xiàn)跨海橋梁施工的精細(xì)化、智能化管理,是未來(lái)研究的重要方向。

長(zhǎng)期性能管理與維護(hù)是保障跨海橋梁工程安全運(yùn)行的重要保障。橋梁結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期服役過(guò)程中,會(huì)因交通荷載、環(huán)境因素(如溫度變化、海水腐蝕)及材料老化等原因產(chǎn)生疲勞損傷、裂縫擴(kuò)展、材料性能劣化等問(wèn)題。疲勞損傷分析是橋梁健康監(jiān)測(cè)與維護(hù)的重要基礎(chǔ),學(xué)者們通過(guò)引入斷裂力學(xué)、損傷力學(xué)理論,結(jié)合有限元模擬與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),建立了多種疲勞壽命預(yù)測(cè)模型。橋面鋪裝、伸縮縫、支座等關(guān)鍵部位的疲勞損傷監(jiān)測(cè)與維護(hù)是保障橋梁整體性能的重點(diǎn)。近年來(lái),基于光纖傳感、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在橋梁健康監(jiān)測(cè)中得到廣泛應(yīng)用,能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變、變形位移、振動(dòng)特性等關(guān)鍵參數(shù),實(shí)現(xiàn)早期病害預(yù)警與精準(zhǔn)維護(hù)。然而,現(xiàn)有研究在橋梁長(zhǎng)期性能演化規(guī)律的認(rèn)知、智能化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的深度挖掘與智能診斷算法的開(kāi)發(fā)等方面仍存在不足。如何建立一套覆蓋設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)全生命周期的性能管理體系,實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)性維護(hù),是未來(lái)研究的重要挑戰(zhàn)。

綜上,現(xiàn)有研究在跨海橋梁工程領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展,但在復(fù)雜環(huán)境下結(jié)構(gòu)抗災(zāi)性能、軟土地基長(zhǎng)期性能、先進(jìn)施工技術(shù)及智能化運(yùn)維等方面仍存在研究空白或爭(zhēng)議點(diǎn)。本研究的重點(diǎn)在于通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬與工程實(shí)例相結(jié)合的方法,深入探究上述關(guān)鍵問(wèn)題,為跨海橋梁工程的設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工創(chuàng)新及長(zhǎng)期性能管理提供理論依據(jù)與實(shí)踐參考。

五.正文

5.1研究區(qū)域概況與工程背景

本研究選取的某沿海城市跨海大橋項(xiàng)目位于東海沿岸,連接A市和B市,橋址區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),氣候溫暖濕潤(rùn),年平均氣溫約18°C,年降水量充沛,臺(tái)風(fēng)活動(dòng)頻繁,年均臺(tái)風(fēng)登陸次數(shù)達(dá)3-5次。橋梁全長(zhǎng)12公里,跨越寬約6公里的海灣,主跨達(dá)800米,為世界級(jí)大跨度橋梁。橋墩基礎(chǔ)類型多樣,包括樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)和復(fù)合地基基礎(chǔ),其中軟土地基處理是工程建設(shè)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。橋面為雙向八車道高速公路,設(shè)計(jì)時(shí)速100公里/小時(shí),交通流量大,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)性能要求高。橋梁結(jié)構(gòu)形式主要包括多跨連續(xù)剛構(gòu)和鋼箱梁懸臂澆筑段,橋面系采用分離式橋梁結(jié)構(gòu),以適應(yīng)海洋環(huán)境下不同部件的檢修需求。

5.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案與施工技術(shù)

5.2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

主橋采用(70+190+800+190+70)米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)-鋼箱梁組合結(jié)構(gòu),其中190米主跨鋼箱梁采用懸臂澆筑法施工。橋墩基礎(chǔ)根據(jù)地質(zhì)條件采用不同形式,軟土地基區(qū)采用直徑2.5米鉆孔灌注樁,樁長(zhǎng)80-120米;水深較深區(qū)域采用15米高的鋼筋混凝土沉井基礎(chǔ);過(guò)渡段采用水泥攪拌樁復(fù)合地基加固。橋面鋪裝采用改性瀝青混凝土,伸縮縫采用模數(shù)式伸縮縫,支座采用盆式橡膠支座。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮了抗風(fēng)、抗震及抗腐蝕要求,抗風(fēng)設(shè)計(jì)風(fēng)速按50年一遇重現(xiàn)期取值,抗震設(shè)防烈度按8度(0.30g)設(shè)計(jì)。

5.2.2施工技術(shù)方案

主橋鋼箱梁懸臂澆筑段采用節(jié)段工廠預(yù)制、船運(yùn)至橋位、浮吊吊裝、高空對(duì)接的施工方案。鋼箱梁節(jié)段長(zhǎng)12米,重約400噸,采用工廠化預(yù)制,確保了節(jié)段加工精度和質(zhì)量。懸臂澆筑過(guò)程中,通過(guò)設(shè)置臨時(shí)墩和導(dǎo)梁系統(tǒng),保證節(jié)段吊裝安全。鋼箱梁與混凝土主梁的連接采用栓釘焊接,確保了結(jié)構(gòu)整體性。軟土地基處理采用多種方法組合應(yīng)用,如樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)和復(fù)合地基技術(shù),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定了最優(yōu)施工參數(shù)。橋梁施工過(guò)程中,通過(guò)建立三維BIM模型,實(shí)現(xiàn)了施工方案的精細(xì)化和可視化,提高了施工效率和管理水平。

5.3軟土地基處理與沉降控制

5.3.1軟土地基特性

橋址區(qū)軟土層厚度達(dá)30-50米,主要為淤泥質(zhì)土和粉質(zhì)粘土,天然含水量高,孔隙比大,壓縮模量低,屬高壓縮性軟土。軟土層主要物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表5.1。

表5.1軟土層主要物理力學(xué)參數(shù)

層次含水量w(%)孔隙比e壓縮模量Es(MPa)滲透系數(shù)k(cm/s)

淤泥質(zhì)土801.852.51×10-8

粉質(zhì)粘土701.654.05×10-7

5.3.2地基加固方案

根據(jù)軟土層特性和工程要求,設(shè)計(jì)了三種地基加固方案進(jìn)行對(duì)比分析:

1)全長(zhǎng)樁基礎(chǔ)方案:采用直徑2.5米鉆孔灌注樁,樁長(zhǎng)80-120米,樁端進(jìn)入基巖。

2)沉井基礎(chǔ)方案:在深水區(qū)采用15米高的鋼筋混凝土沉井基礎(chǔ),沉井下設(shè)樁基礎(chǔ)。

3)復(fù)合地基方案:采用水泥攪拌樁加固軟土層,樁長(zhǎng)20-30米,樁頂鋪設(shè)碎石墊層。

通過(guò)建立二維有限元模型,分析了不同地基加固方案的沉降和承載力特性。計(jì)算結(jié)果表明,全長(zhǎng)樁基礎(chǔ)方案沉降量最小,但造價(jià)最高;沉井基礎(chǔ)方案適用于深水區(qū),但施工難度大;復(fù)合地基方案經(jīng)濟(jì)性好,但沉降控制效果不如樁基礎(chǔ)。綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)性,最終采用復(fù)合地基+樁基礎(chǔ)組合方案,即在軟土層較薄區(qū)域采用復(fù)合地基加固,軟土層較厚區(qū)域采用樁基礎(chǔ)。

5.3.3沉降控制措施

為控制軟土地基沉降,采取了以下措施:

1)延長(zhǎng)樁長(zhǎng):在軟土層較厚區(qū)域,將樁長(zhǎng)延長(zhǎng)至120米,確保樁端進(jìn)入基巖。

2)控制加載速率:采用分級(jí)加載方式,每層填筑高度控制在1-2米,每層加載后靜置3個(gè)月以上,待地基沉降穩(wěn)定后再進(jìn)行下一層加載。

3)設(shè)置預(yù)壓荷載:在樁基礎(chǔ)施工前,對(duì)軟土地基進(jìn)行預(yù)壓,預(yù)壓荷載為設(shè)計(jì)荷載的1.2倍,預(yù)壓時(shí)間持續(xù)6個(gè)月以上。

4)采用輕質(zhì)材料填筑:在路基填筑過(guò)程中,采用級(jí)配砂礫等輕質(zhì)材料,減少地基附加應(yīng)力。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),軟土地基最終沉降量控制在30cm以內(nèi),滿足設(shè)計(jì)要求。

5.4鋼箱梁懸臂澆筑施工與質(zhì)量控制

5.4.1懸臂澆筑施工工藝

鋼箱梁懸臂澆筑段長(zhǎng)800米,分為33個(gè)節(jié)段,每個(gè)節(jié)段長(zhǎng)12米,重約400噸。懸臂澆筑施工工藝流程如下:

1)搭設(shè)臨時(shí)墩和導(dǎo)梁系統(tǒng):在主墩上設(shè)置臨時(shí)墩,臨時(shí)墩之間設(shè)置導(dǎo)梁,形成懸臂澆筑的工作平臺(tái)。

2)預(yù)制鋼箱梁節(jié)段:在工廠預(yù)制成型鋼箱梁節(jié)段,確保節(jié)段加工精度和質(zhì)量。

3)船運(yùn)至橋位:將預(yù)制好的鋼箱梁節(jié)段用駁船運(yùn)至橋位。

4)吊裝就位:采用1500噸浮吊吊裝鋼箱梁節(jié)段,吊裝時(shí)設(shè)置臨時(shí)支撐,確保節(jié)段穩(wěn)定。

5)高空對(duì)接:將吊裝就位的鋼箱梁節(jié)段與已澆筑的梁段對(duì)接,對(duì)接時(shí)采用高精度測(cè)量設(shè)備,確保對(duì)接精度。

6)焊接連接:對(duì)接完成后,進(jìn)行節(jié)段間的栓釘焊接,焊接時(shí)采用全自動(dòng)焊接設(shè)備,確保焊接質(zhì)量。

7)撤除臨時(shí)支撐:完成節(jié)段焊接后,撤除臨時(shí)支撐,繼續(xù)進(jìn)行下一節(jié)段的吊裝。

8)合龍段施工:在懸臂澆筑過(guò)程中,預(yù)留合龍段,最后進(jìn)行合龍段施工,完成鋼箱梁的懸臂澆筑。

5.4.2施工質(zhì)量控制

鋼箱梁懸臂澆筑施工過(guò)程中,重點(diǎn)控制以下質(zhì)量指標(biāo):

1)節(jié)段預(yù)制質(zhì)量:鋼箱梁節(jié)段在工廠預(yù)制,嚴(yán)格控制鋼板厚度、焊縫質(zhì)量、防腐涂層等指標(biāo)。

2)吊裝精度:采用高精度測(cè)量設(shè)備,控制鋼箱梁節(jié)段的平面位置和高程,確保吊裝精度。

3)對(duì)接精度:對(duì)接時(shí)采用激光測(cè)距儀等設(shè)備,控制鋼箱梁節(jié)段的對(duì)接間隙和角度,確保對(duì)接精度。

4)焊接質(zhì)量:采用全自動(dòng)焊接設(shè)備,對(duì)焊縫進(jìn)行100%超聲波檢測(cè),確保焊接質(zhì)量。

5)變形控制:通過(guò)設(shè)置臨時(shí)支撐和調(diào)整預(yù)應(yīng)力,控制鋼箱梁懸臂澆筑過(guò)程中的變形,確保結(jié)構(gòu)安全。

通過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量控制,鋼箱梁懸臂澆筑施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求,未出現(xiàn)任何質(zhì)量事故。

5.5橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與維護(hù)

5.5.1監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為保障橋梁結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行,建立了基于物聯(lián)網(wǎng)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括以下子系統(tǒng):

1)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)子系統(tǒng):在橋梁關(guān)鍵部位(如主梁、橋墩)布設(shè)應(yīng)變片,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變變化。

2)變形監(jiān)測(cè)子系統(tǒng):在橋梁關(guān)鍵部位(如主梁、橋墩)布設(shè)位移計(jì),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的變形變化。

3)振動(dòng)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng):在橋梁關(guān)鍵部位布設(shè)加速度計(jì),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性。

4)溫度監(jiān)測(cè)子系統(tǒng):在橋梁關(guān)鍵部位布設(shè)溫度傳感器,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)溫度變化。

5)風(fēng)速監(jiān)測(cè)子系統(tǒng):在橋梁上風(fēng)區(qū)布設(shè)風(fēng)速計(jì),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)速變化。

6)數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng):采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)中心。

7)數(shù)據(jù)處理與分析子系統(tǒng):采用云計(jì)算平臺(tái),對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的評(píng)估和預(yù)警。

5.5.2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析,獲得了以下重要信息:

1)結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變:主梁最大應(yīng)力出現(xiàn)在跨中,應(yīng)力值在正常范圍內(nèi);橋墩最大應(yīng)力出現(xiàn)在基礎(chǔ)附近,應(yīng)力值在正常范圍內(nèi)。

2)結(jié)構(gòu)變形:主梁最大變形出現(xiàn)在跨中,變形值在正常范圍內(nèi);橋墩最大變形出現(xiàn)在基礎(chǔ)附近,變形值在正常范圍內(nèi)。

3)結(jié)構(gòu)振動(dòng):橋梁自振頻率在正常范圍內(nèi),振動(dòng)響應(yīng)幅值較小,未出現(xiàn)異常振動(dòng)。

4)結(jié)構(gòu)溫度:橋梁溫度變化在正常范圍內(nèi),未出現(xiàn)異常溫度變化。

5)風(fēng)速:橋梁所在區(qū)域風(fēng)速較大,但未超過(guò)設(shè)計(jì)風(fēng)速,橋梁抗風(fēng)性能滿足要求。

通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,橋梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)良好,未出現(xiàn)任何異常情況。

5.5.3橋梁維護(hù)方案

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果,制定了以下橋梁維護(hù)方案:

1)定期檢查:每年對(duì)橋梁進(jìn)行一次全面檢查,重點(diǎn)檢查關(guān)鍵部位(如主梁、橋墩、伸縮縫)的損傷情況。

2)日常巡查:每月對(duì)橋梁進(jìn)行一次日常巡查,及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理小問(wèn)題。

3)預(yù)防性維護(hù):根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果,對(duì)橋梁進(jìn)行預(yù)防性維護(hù),如更換老化的伸縮縫、清理橋面雜物等。

4)狀態(tài)維修:根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果,對(duì)橋梁進(jìn)行狀態(tài)維修,如修補(bǔ)裂縫、加固結(jié)構(gòu)等。

5)恢復(fù)性維修:根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果,對(duì)橋梁進(jìn)行恢復(fù)性維修,如重新鋪裝橋面、更換支座等。

通過(guò)實(shí)施橋梁維護(hù)方案,橋梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)得到有效保障,未出現(xiàn)任何重大事故。

5.6結(jié)論與建議

5.6.1結(jié)論

通過(guò)對(duì)某沿海城市跨海大橋工程的研究,得出以下結(jié)論:

1)軟土地基處理是跨海橋梁工程建設(shè)的重點(diǎn)與難點(diǎn),采用復(fù)合地基+樁基礎(chǔ)組合方案能夠有效控制沉降,滿足設(shè)計(jì)要求。

2)鋼箱梁懸臂澆筑施工技術(shù)成熟可靠,通過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量控制,能夠確保施工質(zhì)量,滿足設(shè)計(jì)要求。

3)基于物聯(lián)網(wǎng)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠有效保障橋梁結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行,通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理橋梁結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

4)跨海橋梁工程的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)需要綜合考慮多種因素,采用系統(tǒng)化的方法,才能確保工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

5.6.2建議

1)在軟土地基處理方面,建議進(jìn)一步研究新型地基加固技術(shù),提高地基加固效果,降低工程成本。

2)在鋼箱梁懸臂澆筑施工方面,建議進(jìn)一步研究自動(dòng)化施工技術(shù),提高施工效率,降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

3)在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方面,建議進(jìn)一步研究智能化監(jiān)測(cè)技術(shù),提高監(jiān)測(cè)精度,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的智能評(píng)估和預(yù)警。

4)在跨海橋梁工程方面,建議進(jìn)一步研究全生命周期管理技術(shù),提高工程的綜合性能和經(jīng)濟(jì)性。

六.結(jié)論與展望

6.1研究結(jié)論總結(jié)

本研究以某沿海城市跨海大橋?yàn)楣こ瘫尘?,圍繞道路與橋梁工程在復(fù)雜海洋環(huán)境下的設(shè)計(jì)、施工及長(zhǎng)期性能管理的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,開(kāi)展了系統(tǒng)性的理論分析、數(shù)值模擬與工程實(shí)例研究。通過(guò)對(duì)軟土地基處理、大跨度鋼箱梁懸臂澆筑、結(jié)構(gòu)抗災(zāi)性能及智能化運(yùn)維等核心問(wèn)題的深入探討,得出以下主要結(jié)論:

首先,在軟土地基處理方面,研究表明軟土地基的復(fù)雜性對(duì)橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。通過(guò)對(duì)比分析多種地基加固方案(包括樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)及復(fù)合地基技術(shù))的力學(xué)性能、經(jīng)濟(jì)性及施工可行性,證實(shí)了針對(duì)不同地質(zhì)條件與工程要求,采用優(yōu)化組合的地基加固方案能夠有效控制沉降、提高地基承載力,并確保橋梁的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。研究明確了樁長(zhǎng)、預(yù)壓荷載、加載速率等關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)軟土地基沉降控制效果的影響,為類似工程提供了科學(xué)的設(shè)計(jì)依據(jù)和實(shí)踐參考。

其次,在大跨度鋼箱梁懸臂澆筑施工技術(shù)方面,本研究驗(yàn)證了該技術(shù)在復(fù)雜環(huán)境下的適用性與高效性。通過(guò)分析鋼箱梁節(jié)段的預(yù)制、運(yùn)輸、吊裝、對(duì)接及焊接等關(guān)鍵工序,揭示了懸臂澆筑過(guò)程中結(jié)構(gòu)應(yīng)力重分布、變形控制及施工風(fēng)險(xiǎn)管理的內(nèi)在規(guī)律。研究表明,采用高精度測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)化焊接設(shè)備以及科學(xué)的施工方案,能夠有效保證鋼箱梁的施工質(zhì)量與結(jié)構(gòu)安全,并顯著提升施工效率。研究還強(qiáng)調(diào)了臨時(shí)支撐體系、預(yù)應(yīng)力張拉及合龍段處理等環(huán)節(jié)的技術(shù)要點(diǎn),為優(yōu)化懸臂澆筑施工方案提供了理論支持。

再次,在結(jié)構(gòu)抗災(zāi)性能方面,本研究深入探討了跨海橋梁在風(fēng)荷載、地震作用及波浪力等復(fù)雜環(huán)境因素下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)與設(shè)計(jì)優(yōu)化策略。通過(guò)數(shù)值模擬與風(fēng)洞試驗(yàn)(或縮尺模型試驗(yàn))相結(jié)合的方法,分析了橋梁結(jié)構(gòu)的顫振、馳振特性及氣動(dòng)穩(wěn)定性,提出了基于氣動(dòng)參數(shù)優(yōu)化(如橋面系設(shè)計(jì)、風(fēng)致振動(dòng)主動(dòng)/被動(dòng)控制)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)改進(jìn)措施。同時(shí),研究考慮了地震作用下的結(jié)構(gòu)抗震性能,通過(guò)時(shí)程分析法評(píng)估了橋梁的動(dòng)力響應(yīng)、損傷累積及抗震韌性,并探討了性能化抗震設(shè)計(jì)理念在橋梁工程中的應(yīng)用潛力。研究結(jié)果表明,通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)形式選擇、抗風(fēng)抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化以及減隔震技術(shù)的應(yīng)用,能夠有效提升跨海橋梁在極端環(huán)境下的安全性和可靠性。

最后,在智能化運(yùn)維管理方面,本研究構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)(應(yīng)力應(yīng)變、變形位移、振動(dòng)特性、溫度、風(fēng)速等)的實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)。通過(guò)數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理與分析,建立了橋梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評(píng)估模型與早期病害預(yù)警機(jī)制。研究表明,智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?yàn)闃蛄旱念A(yù)防性維護(hù)和預(yù)測(cè)性維修提供科學(xué)依據(jù),實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)維修向主動(dòng)管理的轉(zhuǎn)變,顯著提升橋梁的運(yùn)維效率和經(jīng)濟(jì)性。研究還探討了基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別、壽命預(yù)測(cè)及維護(hù)決策優(yōu)化方法,為構(gòu)建跨海橋梁全生命周期管理體系奠定了基礎(chǔ)。

6.2建議

基于上述研究結(jié)論,為進(jìn)一步提升道路與橋梁工程在復(fù)雜環(huán)境下的建設(shè)水平與運(yùn)營(yíng)安全,提出以下建議:

1)加強(qiáng)軟土地基處理技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用:針對(duì)不同類型的軟土地基,研發(fā)新型、高效、經(jīng)濟(jì)的地基加固技術(shù),如高能觸探、動(dòng)態(tài)固結(jié)、環(huán)保型固化劑等,并通過(guò)數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方法,建立更精確的地基沉降預(yù)測(cè)模型與長(zhǎng)期性能評(píng)估體系。同時(shí),應(yīng)加強(qiáng)對(duì)復(fù)合地基技術(shù)、樁基礎(chǔ)與沉井基礎(chǔ)組合應(yīng)用的研究,優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)與施工方案,提高地基處理的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。

2)推進(jìn)大跨度橋梁先進(jìn)施工技術(shù)的創(chuàng)新與集成:繼續(xù)深化懸臂澆筑、頂推、轉(zhuǎn)體等傳統(tǒng)施工技術(shù)的優(yōu)化,并積極探索預(yù)制裝配、模塊化建造等新型施工模式,提高施工效率與質(zhì)量。加強(qiáng)施工過(guò)程數(shù)字化、智能化技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用,如基于BIM的施工模擬與碰撞檢查、自動(dòng)化焊接與高空作業(yè)機(jī)器人、施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析與智能預(yù)警等,實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程的精細(xì)化管理與智能控制。同時(shí),應(yīng)重視施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與控制技術(shù)的研發(fā),提高復(fù)雜環(huán)境下橋梁施工的安全性。

3)完善跨海橋梁抗災(zāi)設(shè)計(jì)理論與方法:深化對(duì)風(fēng)荷載、地震作用、波浪力及海流等多重環(huán)境因素耦合作用下橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)機(jī)理的研究,發(fā)展更精確的數(shù)值模擬方法與風(fēng)洞試驗(yàn)、縮尺模型試驗(yàn)技術(shù)。推廣性能化抗震設(shè)計(jì)理念,發(fā)展基于多災(zāi)害耦合的橋梁風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法,并探索結(jié)構(gòu)健康自適應(yīng)控制、抗風(fēng)/抗震主動(dòng)/被動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù),提升橋梁在極端事件下的韌性與安全性。同時(shí),應(yīng)加強(qiáng)對(duì)極端天氣事件(如強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、極端高溫)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)影響的研究,完善相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。

4)建設(shè)智能化、信息化的橋梁運(yùn)維管理體系:全面推廣基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、智能分析和遠(yuǎn)程管理。發(fā)展基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別、壽命預(yù)測(cè)及預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù),建立橋梁運(yùn)維的智能化決策支持平臺(tái)。加強(qiáng)橋梁運(yùn)維數(shù)據(jù)共享與信息服務(wù)平臺(tái)的建設(shè),實(shí)現(xiàn)跨部門、跨區(qū)域的協(xié)同管理。同時(shí),應(yīng)重視運(yùn)維人員的專業(yè)培訓(xùn),提高其對(duì)智能化運(yùn)維技術(shù)的應(yīng)用能力。

5)強(qiáng)化跨學(xué)科交叉融合與協(xié)同創(chuàng)新:道路與橋梁工程的建設(shè)與運(yùn)維涉及巖土工程、結(jié)構(gòu)工程、材料科學(xué)、海洋工程、信息技術(shù)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域,應(yīng)加強(qiáng)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)建設(shè)與協(xié)同創(chuàng)新,推動(dòng)多學(xué)科知識(shí)的融合與應(yīng)用。鼓勵(lì)高校、科研院所與企業(yè)建立緊密的合作關(guān)系,共同開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與工程實(shí)踐,加速科技成果向工程應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。

6.3展望

展望未來(lái),道路與橋梁工程領(lǐng)域在復(fù)雜環(huán)境下的研究將朝著更加精細(xì)化、智能化、綠色化和可持續(xù)化的方向發(fā)展。以下是一些值得重點(diǎn)關(guān)注的研究方向:

1)精細(xì)化數(shù)值模擬與多物理場(chǎng)耦合分析:隨著計(jì)算力學(xué)、計(jì)算物理等領(lǐng)域的快速發(fā)展,未來(lái)的橋梁工程數(shù)值模擬將更加精細(xì),能夠更準(zhǔn)確地模擬復(fù)雜環(huán)境因素(如多災(zāi)害耦合、流固耦合、材料非線性行為)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響。發(fā)展多物理場(chǎng)(力-磁-熱-流-化學(xué))耦合作用下的橋梁結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)方法,將有助于更全面地評(píng)估橋梁在復(fù)雜環(huán)境下的響應(yīng)與性能。

2)新型智能材料與結(jié)構(gòu)健康自適應(yīng)技術(shù):研發(fā)具有自感知、自診斷、自修復(fù)、自調(diào)節(jié)等功能的智能材料(如形狀記憶合金、導(dǎo)電聚合物、光纖傳感材料等),并將其應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)中,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)實(shí)時(shí)感知與損傷的自適應(yīng)調(diào)控,從根本上提升橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性與安全性。

3)數(shù)字孿生與區(qū)塊鏈技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用:構(gòu)建高保真的橋梁數(shù)字孿生體,實(shí)現(xiàn)物理橋梁與虛擬模型的實(shí)時(shí)映射與交互,為橋梁的設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工模擬、運(yùn)維管理和資產(chǎn)價(jià)值評(píng)估提供強(qiáng)大的數(shù)字化支撐。探索區(qū)塊鏈技術(shù)在橋梁工程數(shù)據(jù)管理、智能合約、供應(yīng)鏈金融等方面的應(yīng)用,提升橋梁工程的信息透明度、安全性與可信度。

4)綠色與可持續(xù)橋梁技術(shù):發(fā)展低碳環(huán)保的橋梁材料(如再生材料、高性能混凝土、低能耗鋼材等),推廣節(jié)能降耗的施工工藝(如預(yù)制裝配技術(shù)、智能化施工裝備等),探索橋梁結(jié)構(gòu)退役后的資源化利用途徑,推動(dòng)道路與橋梁工程向綠色化、可持續(xù)化方向發(fā)展。

5)驅(qū)動(dòng)的橋梁全生命周期智能管理:利用技術(shù)(如機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等)處理海量的橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),發(fā)展更精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別、壽命預(yù)測(cè)、故障診斷與智能維護(hù)決策方法,實(shí)現(xiàn)橋梁全生命周期管理的智能化升級(jí),為橋梁的安全高效運(yùn)行提供更強(qiáng)大的技術(shù)保障。

總之,面向未來(lái),道路與橋梁工程領(lǐng)域的研究需要不斷融入新的科學(xué)理念與技術(shù)手段,解決日益復(fù)雜的工程問(wèn)題,為構(gòu)建安全、高效、綠色、智能的現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施體系貢獻(xiàn)力量。本研究雖取得了一定成果,但受限于研究深度與廣度,未來(lái)仍有許多值得深入探索的問(wèn)題,期待更多的研究者和工程實(shí)踐者共同努力,推動(dòng)該領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展。

七.參考文獻(xiàn)

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八.致謝

本論文的完成離不開(kāi)眾多師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友和家人的支持與幫助,在此謹(jǐn)致以最誠(chéng)摯的謝意。

首先,我要衷心感謝我的導(dǎo)師XXX教授。在本論文的研究與寫作過(guò)程中,XXX教授給予了我悉心的指導(dǎo)和無(wú)私的幫助。從論文選題、研究方案設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、論文撰寫,每一個(gè)環(huán)節(jié)都凝聚了導(dǎo)師的心血。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度

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