近日,《中国公路学报》(我国交通运输工程学科影响力指数排名第一的期刊)公布了各栏目近10年(2008-2017年)的高被引论文,邵旭东教授团队三篇论文位列“桥梁工程栏目”高被引论文TOP50榜单,其中“正交异性钢板-薄层RPC组合桥面基本性能研究”被引频次居第二位(作者排名居第一位)。
图1. 邵旭东教授团队三篇论文位列《中国公路学报》“桥梁工程栏目”近十年高被引论文
《正交异性钢板-薄层RPC组合桥面基本性能研究》发表在《中国公路学报》2012年第2期。论文针对钢桥领域的重大关切问题—钢桥面疲劳开裂、沥青铺装破损,首次提出了颠覆性原创技术:钢-超高韧性混凝土(STC)轻型组合桥面结构,介绍了新结构的特点与优势,通过理论分析和模型试验对其可行性进行了验证。《STC钢桥面铺装新体系的力学计算与实桥试验对比分析》发表在该杂志2014年第3期,介绍了该技术在广东肇庆马房大桥中的应用效果,计算了STC层应力状态,与实桥检测结果进行对比。《超高性能混凝土轴拉性能试验》发表在该杂志2015年第8期,介绍了超高性能混凝土轴拉试验结果,提出了本构模型。
钢桥具有轻质高强、施工快捷、环保耐久等优点。但钢桥的桥面系因局部刚度过低,存在两大公认的世界性难题:1)正交异性钢桥面板疲劳开裂;2)钢桥面沥青铺装破损。桥梁和道路学者分别对此开展了大量研究,但常规对策均难以治本。
邵旭东教授团队的核心思路是:研发基于新材料的新结构,一体化同时解决上述两大难题。湖南大学从1993年开始研究超高性能混凝土(UHPC),是国内最早开展相关研究的单位之一。长期致力于研究用UHPC强化钢桥面的技术,经过艰苦攻关,于2010年在国际上率先研发成功钢-STC轻型组合桥面新结构。与传统钢桥面系相比,新结构提高桥面局部刚度30倍以上,大幅延长钢桥面的疲劳寿命,同时,将昂贵的钢桥面铺装转化为经济的混凝土桥面铺装。因此,新结构为根治传统钢桥面系的世界性难题找到了一条有效途径。
该团队从材料、构件、结构等多层面对钢-STC轻型组合桥面进行了系统研究,共开展了800多个模型试验。克服了常规UHPC应用于钢桥面因抗裂强度低、收缩变形大而极易开裂的技术瓶颈,研发成功钢桥面专用的超韧性混凝土STC;研发成功矮剪力键、强化接缝等多项关键配套构造;构建了薄层组合结构设计理论,提出了界面抗剪、STC抗裂等计算公式。同时,联合施工单位研发了成套施工装备,实现了STC的优质高效施工,形成轻型组合桥面的理论和技术完整体系,为大规模推广应用奠定了基础。
目前该技术已推广应用于我国20个省市60余座实桥,涵盖了梁桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥等各类基本桥型,既有旧钢桥桥面加固,也有新建钢桥桥面施工。其中规模最大的是杭瑞高速洞庭湖大桥,为主跨1480m的钢桁梁悬索桥。
表1列出了已施工的20余座实桥。基于大量实验室数据与实桥数据的对比测算,该技术的使用寿命可超百年,是目前唯一有望实现“桥面体系终身无需大修”的技术。
表1. 钢-STC轻型组合桥面技术部分应用实桥
序号 |
桥名 |
跨径(m) |
桥型 |
STC层厚(mm) |
应用年份 |
STC运营现状 |
1 |
广东肇庆马房大桥第11跨 |
64 |
简支梁桥 |
50 |
2011 |
未见病害 |
2 |
广东佛山佛陈大桥 |
58.51+112.8+58.51 |
连续梁桥 |
45 |
2014 |
未见病害 |
3 |
湖南长沙河西交通枢纽市政配套工程 |
54 |
简支梁桥 |
50 |
2015 |
未见病害 |
4 |
北京通州通惠河大桥 |
11.5+60+18.5 |
上承式梁拱组合桥 |
50-100 |
2015 |
未见病害 |
5 |
天津滨海新区海河大桥 |
310 |
独塔斜拉桥 |
45 |
2015 |
未见病害 |
6 |
北京通州北运河大桥 |
30+40+70+40+30 |
上承式拱桥 |
50 |
2016 |
未见病害 |
7 |
湖南株洲枫溪大桥 |
300 |
自锚式悬索桥 |
50 |
2016 |
未见病害 |
8 |
广东汕头礐石大桥 |
518 |
双塔双索面斜拉桥 |
45 |
2016 |
未见病害 |
9 |
广东东莞梨川大桥 |
138 |
无背索竖琴式斜拉桥 |
60 |
2016 |
未见病害 |
10 |
浙江嘉兴焦山门桥 |
36.5 |
梁桥挂孔 |
70 |
2016 |
未见病害 |
11 |
贵州贵阳歆民路桥 |
32+56+32 |
钢结构V构桥 |
50 |
2016 |
未见病害 |
12 |
广东江门广中江高速龙溪互通A匝道桥 |
28+50+28 |
连续梁桥 |
50 |
2016 |
未见病害 |
13 |
浙江嘉兴沈荡大桥 |
72 |
钢桁梁桥 |
50 |
2016 |
未见病害 |
14 |
浙江湖州五一大桥 |
60+128+60 |
钢-砼混合梁连续梁桥 |
50 |
2017 |
未见病害 |
15 |
杭瑞高速岳阳洞庭湖大桥 |
1480+453.6 |
钢桁梁悬索桥 |
45 |
2017 |
未见病害 |
16 |
广东深圳岗厦北交通枢纽钢便桥 |
30+2×46+34+32 |
连续梁桥 |
60 |
2017 |
未见病害 |
17 |
湖南长沙桐关大桥 |
50+50 |
连续梁桥 |
50 |
2017 |
未见病害 |
18 |
湖南湘潭昭华大桥 |
168+228 |
自锚式悬索桥 |
50 |
2018 |
未见病害 |
19 |
湖南郴州赤石大桥 |
165+3×380+165 |
斜拉桥(混凝土梁加固) |
50 |
2016 |
未见病害 |
20 |
四川成都日月大道(成温路)快速路改造 |
37+46+46(左幅) 46+46+42(右幅) |
连续梁桥 |
46-50 |
2018 |
未见病害 |
21 |
四川成都云龙湾大桥 |
30+80+205+80+30 |
自锚式悬索桥 |
50 |
2018 |
施工中 |
22 |
沪通长江大桥天生港航道桥铁路桥面 |
141.5+336+141.8 |
刚性梁柔性拱桥 |
60 |
2018 |
施工中 |
23 |
海南铺前跨海大桥 |
2×230(主桥) 10×58(引桥) |
斜拉桥 钢箱简支梁 |
45 |
2018 |
施工中 |
目前该团队已获授权国家发明专利21项,出版技术规程2部、专著2部,发表期刊论文110篇,其中SCI/EI收录60余篇。经同行专家鉴定,该技术达到国际领先水平。获教育部技术发明一等奖、中国公路学会科学技术一等奖。