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邵旭东教授团队STC轻型组合桥面应用于岳阳洞庭湖二桥
2017-11-15  中国桥梁网 分享到:

   

   桥面终身无需大修

   ——我校邵旭东教授团队STC轻型组合桥面应用于岳阳洞庭湖二桥

   11月2日,岳阳洞庭湖二桥超高韧性混凝土(SuperToughnessConcrete,STC)完成最后一段浇筑(图1),至此,大桥6.5万平米的STC铺筑施工全部完成。STC轻型组合桥面是我校土木工程学院邵旭东教授的高性能桥梁研究团队(成员有黄政宇教授、曹君辉博士等)研发的原创技术,系首次应用在千米级特大跨径钢桁梁悬索桥上,STC桥面可实现终身无需大修的超长寿命。今年9月以来,先后有四位院士、四十多位总工和设计大师、两百多位同行前往岳阳洞庭湖二桥参观。该项新技术引起了全国同行们的高度关注。

   图1洞庭湖二桥STC浇筑合龙照片

   岳阳洞庭湖二桥是杭瑞高速临湘至岳阳段的控制性工程,全长2.39km,东起岳阳市七里山,横跨洞庭湖,西至君山。主桥采用主跨1480m的双塔双跨钢桁梁悬索桥,建成后将是世界第二、国内第一大跨径的钢桁梁悬索桥(图2)。

   图2建设中的湖南岳阳洞庭湖二桥

   岳阳洞庭湖二桥桥面原设计采用“正交异性钢桥面板+沥青铺装”方案。钢桥面具有自重轻、承载力高、施工便利等优点,适用于(特)大跨径柔性桥梁,钢桥面沥青铺装属于常规技术,应用较为普遍。但国内外大量工程实践表明,这种常规桥面方案存在两大难题长期得不到有效解决,一是钢桥面板易疲劳开裂,通常不到10年便出现疲劳裂缝,存在断裂高风险;二是钢桥面沥青铺装极易破损,需频繁维修,个别桥梁甚至遭遇“10年24修”,导致桥面铺装翻修成本飙升。

   上述病害已成为公认的世界性难题,国内外学者研究了诸多种解决方案,均无法治本,钢桥面病害问题仍然频发。2009年起,邵旭东教授团队开始探索破解上述难题的新思路,通过系列研究,发现了解决难题的关键在于:如何在不增加桥面自重的前提下,显著提高桥面刚度。团队以我校对超高性能混凝土(Ultra-highperformanceconcrete,UHPC)20余年的研究积累为基础,研发了强化UHPC抗拉和收缩性能的钢桥面专用超高韧性混凝土STC,并首创性地提出了钢-STC轻型组合桥面结构。研究表明,STC可提高钢桥面局部刚度超30倍,降低车载作用下钢桥面应力达50%,从而为根治两大病害难题提供了可能性。

   “超薄组合结构”在国际上并无研究先例,基本属于空白。经过艰苦攻关,团队解决了其中诸多科学问题,形成设计理论,编制并颁布了STC轻型组合桥面地方标准。2011年,该技术首次应用于广东肇庆马房大桥第11跨,经过重载交通、夏季高温的双重考验,STC在同期施工的五种铺装方案中脱颖而出,成为该桥至今唯一不开裂的方案。随后该技术陆续应用到广东、北京、天津、湖南、浙江、贵州等地的十余座实桥中。

   岳阳洞庭湖二桥为特大型桥梁,投资巨大,若运营中钢桥面及其铺装频繁出现病害,不仅带来安全隐患,而且在国道主干线上经常维修,中断交通的社会负面影响巨大。因此,为防患于未然,在大桥专家组的一致推荐下,2016年8月,湖南省交通运输厅批复采用STC轻型组合桥面技术。

   由于岳阳洞庭湖二桥STC的浇筑规模空前,需要有高效、可靠的规模化施工技术作为支撑。团队联合施工单位开发了智能化成套施工装备,大幅提高施工效率。2017年9月1日,岳阳洞庭湖二桥试验段STC施工完成。以中铁大桥设计院徐恭义设计大师为首的专家组对试验段进行验收,一致认为施工设备先进,技术可靠,质量满足设计及规范要求。9月16日开始了STC的大规模施工,采用分幅分块交叉作业,全桥共分12块,每次约浇筑5500平米,历时48天完成全部浇筑。

   STC轻型组合桥面在岳阳洞庭湖二桥上的应用备受关注。今年九月至今,来自政府部门、设计院、高校、科研单位和施工单位的两百多位领导、专家和同行纷纷前往大桥考察,其中包括中国工程院王景全院士、郑皆连院士和陈政清院士,美国国家工程院院士、中国工程院外籍院士邓文中,交通运输部专家委员会主任、原总工程师周海涛,原总工程师杨盛福等(图3)。

   图3邵旭东教授等与前来考察的院士、专家们

   院士、专家们对STC轻型组合桥面新技术表现出浓厚的兴趣,均上桥仔细查看STC的现场施工情况和施工质量。王景全院士认为,“该项目技术是新材料与新结构的高度融合,是解决钢桥面世界性难题的革命性突破”。郑皆连、陈政清两位院士近些年来一直对轻型组合桥面予以深切的关心,已在多个采用STC的桥梁上考察指导,当见到该技术在如此规模的桥梁上成功应用时,深表欣慰。邓文中院士表示,“如果早20年在钢桥上使用这种新材料,我们可以省下很多钱,而不用去买国外昂贵的材料,我是一个中国人,还是希望用我们自己的东西”。周海涛总工由衷地说,“感谢邵旭东教授的科研团队多年来坚持不懈的努力,为解决我国公路钢桥面疲劳和铺装早期破坏探索出一条新的路径。几年来,洞庭湖二大桥采用STC轻型组合桥面,一直牵挂着我的心,今天看了工程现场以后,心里终于踏实了”。杨盛福总工表示,“20多年来,为解决钢桥面疲劳开裂的难题,我们借鉴了欧美和日本的技术,但效果都不够理想,现在我们有了自主研发的STC技术,通过大幅度提高桥面刚度降低开裂风险,是很好的思路,如果成功,将是一个大的贡献”。

   我校杰出校友、著名钢结构专家周绪红院士、著名组合结构专家聂建国院士也对STC技术予以高度重视,两位院士多次在全国性的学术会议主旨发言中称赞这一研究成果。

   2015年7月25日,周绪红院士(左)和聂建国院士(右)考察天津海河大桥STC轻型组合桥面技术

   STC在我国重大工程中得以广泛应用,是基于坚实的研究工作基矗在过去8年里,邵旭东教授团队的STC轻型组合桥面技术的系列研究成果获批国家发明专利12项,编制地方标准2部,出版专著1部,发表高水平论文50多篇,有4篇发表在桥梁工程顶级刊物ASCEJournalofBridgeEngineering上,其中1篇连续4个月居该杂志阅读榜之首。经专家鉴定,相关研究成果已达到国际领先水平。目前该技术已应用于我国6个省市17座实桥,涵盖了梁桥、拱桥斜拉桥悬索桥等各类基本桥型,为解决钢桥面的世界性难题找到了根治的途径。

   岳阳洞庭湖二桥预计今年年底竣工通车,届时全长3404公里的杭瑞高速将全线贯通。邵旭东教授团队坚信大桥的STC桥面新技术能够经受住严酷的运营考验,并为我国今后大型钢桥建设起到示范作用,也相信这项新技术会在“一带一路”倡议的实施中发挥它的独特作用。

   
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