11月2日,岳陽洞庭湖二橋超高韌性混凝土(Super Toughness Concrete,STC)完成最后一段澆筑,至此,大橋6.5萬平米的STC鋪筑施工全部完成。 STC輕型組合橋面是湖南大學土木工程學院邵旭東教授的高性能橋梁研究團隊(材料專家黃政宇教授,其他成員包括:曹君輝博士等)研發的原創技術,系首次應用在千米級特大跨徑鋼桁梁懸索橋上,STC橋面可實現終身無需大修的超長壽命。 今年9月以來,先后有四位院士、四十多位總工和設計大師、兩百多位同行前往岳陽洞庭湖二橋參觀。該項新技術引起了全國同行們的高度關注。 岳陽洞庭湖二橋是杭瑞高速臨湘至岳陽段的控制性工程,全長2.39km,東起岳陽市七里山,橫跨洞庭湖,西至君山。主橋采用主跨1480m的雙塔雙跨鋼桁梁懸索橋,建成后將是世界第二、國內第一大跨徑的鋼桁梁懸索橋。 岳陽洞庭湖二橋橋面原設計采用“正交異性鋼橋面板+瀝青鋪裝”方案。鋼橋面具有自重輕、承載力高、施工便利等優點,適用于(特)大跨徑柔性橋梁,鋼橋面瀝青鋪裝屬于常規技術,應用較為普遍。但國內外大量工程實踐表明,這種常規橋面方案存在兩大難題長期得不到有效解決,一是鋼橋面板易疲勞開裂,通常不到10年便出現疲勞裂縫,存在斷裂高風險;二是鋼橋面瀝青鋪裝極易破損,需頻繁維修,個別橋梁甚至遭遇“10年24修”,導致橋面鋪裝翻修成本飆升。 上述病害已成為公認的世界性難題,國內外學者研究了諸多種解決方案,均無法治本,鋼橋面病害問題仍然頻發。2009年起,邵旭東教授團隊開始探索破解上述難題的新思路,通過系列研究,發現了解決難題的關鍵在于:如何在不增加橋面自重的前提下,顯著提高橋面剛度。團隊以我校對超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)20余年的研究積累為基礎,研發了強化UHPC抗拉和收縮性能的鋼橋面專用超高韌性混凝土STC,并創造性地提出了鋼-STC輕型組合橋面結構。研究表明,STC可提高鋼橋面局部剛度超30倍,降低車載作用下鋼橋面應力達50%,從而為根治兩大病害難題提供了可能性。 “超薄組合結構”在國際上并無研究先例,基本屬于空白。經過艱苦攻關,團隊解決了其中諸多科學問題,形成設計理論,編制并頒布了STC輕型組合橋面地方標準。2011年,該技術首次應用于廣東肇慶馬房大橋第11跨,經過重載交通、夏季高溫的雙重考驗,STC在同期施工的五種鋪裝方案中脫穎而出,成為該橋至今唯一不開裂的方案。隨后該技術陸續應用到廣東、北京、天津、湖南、浙江、貴州等地的十余座實橋中。 2017年9月1日,岳陽洞庭湖二橋試驗段STC施工完成。以中鐵大橋設計院徐恭義設計大師為首的專家組對試驗段進行驗收,一致認為施工設備先進,技術可靠,質量滿足設計及規范要求。9月16日開始了STC的大規模施工,采用分幅分塊交叉作業,全橋共分12塊,每次約澆筑5500平米,歷時48天完成全部澆筑。 STC輕型組合橋面在岳陽洞庭湖二橋上的應用備受關注。今年九月至今,來自政府部門、設計院、高校、科研單位和施工單位的兩百多位領導、專家和同行紛紛前往大橋考察,其中包括中國工程院王景全院士、鄭皆連院士和陳政清院士,美國國家工程院院士、中國工程院外籍院士鄧文中,交通運輸部專家委員會主任、原總工程師周海濤,原總工程師楊盛福等。 王景全院士認為,“該項目技術是新材料與新結構的高度融合,是解決鋼橋面世界性難題的革命性突破”。鄭皆連、陳政清兩位院士近些年來一直對輕型組合橋面予以深切的關心,已在多個采用STC的橋梁上考察指導,當見到該技術在如此規模的橋梁上成功應用時,深表欣慰。鄧文中院士表示,“如果早20年在鋼橋上使用這種新材料,我們可以省下很多錢,而不用去買國外昂貴的材料,我是一個中國人,還是希望用我們自己的東西”。 周海濤總工由衷地說,“感謝邵旭東教授的科研團隊多年來堅持不懈的努力,為解決我國公路鋼橋面疲勞和鋪裝早期破壞探索出一條新的路徑。幾年來,洞庭湖二大橋采用STC輕型組合橋面,一直牽掛著我的心,今天看了工程現場以后,心里終于踏實了”。楊盛福總工表示,“20多年來,為解決鋼橋面疲勞開裂的難題,我們借鑒了歐美和日本的技術,但效果都不夠理想,現在我們有了自主研發的STC技術,通過大幅度提高橋面剛度降低開裂風險,是很好的思路,如果成功,將是一個大的貢獻”。 我校杰出校友、著名鋼結構專家周緒紅院士、著名組合結構專家聶建國院士也對STC技術予以高度重視,兩位院士多次在全國性的學術會議主旨發言中稱贊這一研究成果。 STC在我國重大工程中得以廣泛應用,是基于堅實的研究工作基礎。在過去8年里,邵旭東教授團隊的STC輕型組合橋面技術的系列研究成果獲批國家發明專利12項,編制地方標準2部,出版專著1部,發表高水平論文50多篇,有4篇發表在橋梁工程頂級刊物ASCE Journal of Bridge Engineering上,其中1篇連續4個月居該雜志閱讀榜之首。經專家鑒定,相關研究成果已達到國際領先水平。目前該技術已應用于我國6個省市17座實橋,涵蓋了梁橋、拱橋、斜拉橋和懸索橋等各類基本橋型,為解決鋼橋面的世界性難題找到了根治的途徑。