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UHPC用于桥梁应用(上)

作者: 华谨建材 时间:2021-01-14 15:18:07来源:www.huajinjc.com
摘要:1968年9月30日,南京城里万人空巷,5万多人相继挤上了刚刚落成的南京长江大桥,桥下的路上、树上也都是人,随着一列7节车厢的火车从南京长江大桥铁路桥平稳驶过,这些人欢呼、庆...

  1968年9月30日,南京城里万人空巷,5万多人相继挤上了刚刚落成的南京长江大桥,桥下的路上、树上也都是人,随着一列7节车厢的火车从南京长江大桥铁路桥平稳驶过,这些人欢呼、庆祝……对很多老一辈的南京人来说,这一幕场景成了刻在心里一辈子难忘的记忆。
 
  成长于浙江富阳的邵旭东虽然没有亲眼见证这场庆祝南京长江大桥开通的盛况,但这却成了他梦想的开端。当时7岁的邵旭东深深震撼于这项伟大的工程,他小小的脑袋里随即蹦出一个问题:人们到底是怎样在水上建起了这样一座大桥?伴随着这个问题的出现,一个桥梁梦悄悄在他的心里扎了根、发了芽。
 
  几十年后的今天,邵旭东已经成长为一位首席桥梁专家。当初困扰着他的那个问题,他也早就知道了答案。答案之外,他通过不断创新,在攻克钢桥主要技术瓶颈、消除大跨径箱梁桥开裂顽症、研发桥梁结构新体系等方面做出了突出的贡献。从梦想萌生到梦想成长为参天大树,邵旭东顶天立地、一心一意,持续为中国的桥梁事业奉献青春,输出技术,培育人才。
 
  十年磨一剑,攻克钢桥面的世界性难题
 
  2020年7月1日,沪苏通铁路开通运营,列车必经的沪苏通长江公铁大桥同步建成通车。沪苏通长江公铁大桥正桥长5827米,南北岸引桥长5245米,主跨1092米,是我国自主设计建造的世界上首座4线铁路+6车道公路、主跨超千米的公铁两用斜拉桥。其铁路桥钢桥面大规模应用的正是邵旭东团队自主研发的“钢-超高性能混凝土(UHPC)轻型组合桥面结构”技术。
 
  钢桥面,是大桥的“门面”,具有自重轻、承载力高、施工便利等优点。20世纪90年代以后,随着我国大跨径悬索桥、斜拉桥的大量修建,钢桥面得到了普遍应用。然而,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且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,危及桥梁安全;二是钢桥面沥青铺装极易破损,需频繁维修,社会反响强烈,个别桥梁甚至遭遇过“10年24修”,导致桥面铺装翻修成本飙升。这两种病害是公认的世界性难题,国内外学者研究了诸多解决方案,均无法治本。
 
  2000年前后,我国大跨径桥梁的钢桥面病害问题开始频发。邵旭东在充分了解和分析了大量国内外桥梁工程领域的情况后,将研究方向定位在大跨与新型桥梁结构研究及桥梁检测与加固技术上,并开始了长达10年的钢桥面病害难题攻坚之路。
 
  与此同时,邵旭东的“老搭档”——湖南大学黄政宇教授已经在UHPC材料方面展开了很多研究工作并取得了一系列进展。邵旭东联想到:是否可以将这种材料应用到钢桥面上?于是,他和黄政宇教授及团队成员对这种可能性展开了探讨,并提出了很多想法和方案。
 
  什么是UHPC材料?邵旭东解释道,这是一种抗压强度在120MPa以上,同时具有超高韧性、超长耐久性的水泥基复合材料,最早由法国学者于1993年研发成功,主要由水泥、硅灰、细骨料、减水剂及钢纤维等材料组成,依照最大密实度原理构建,从而可使材料内部的缺陷(孔隙与微裂缝)减至最少。UHPC材料组分内不包含粗骨料,颗粒粒径一般小于1mm,因高度的致密性而具有超高强度及优异的耐久性。研究表明,UHPC抗压强度可达200MPa以上,同时材料耐久性可达200年以上。此外,由于UHPC中分散的细钢纤维可大大减缓材料内部微裂缝的扩展,从而使材料表现出超高的韧性和延性性能。
 
  以UHPC材料为突破口,邵旭东率领团队经过大量的实践,不断调配方法,不断调整结构形式,终于在2010年研发出了强化UHPC抗拉和收缩性能的钢桥面专用超高韧性混凝土(STC),并首创提出钢-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平均可达50%,从而为根治两大病害难题提供了可能性。邵旭东坦言道:“我们初期的研究工作是不成功的,提出的各种各样的方案几乎都被否定了。但是,我们没有想过放弃,总觉得有什么问题都是可以克服的,肯定是能做出来的。”
 
  “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,邵旭东团队解决了其中诸多科学问题,形成了设计理论,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5种铺装方案中脱颖而出,成为该桥至今唯一不开裂的方案。其后,该技术陆续应用到广东、北京、天津、湖南、湖北、浙江、江苏、山东、福建、四川、贵州、吉林、甘肃等地的实桥中。
UHPC


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