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。