12月1日,教育部科技发展中心发布了《2017年度高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)授奖项目公告》(图1),由湖南大学土木工程学院邵旭东教授领衔的原创项目“正交异性轻型组合桥面新体系”荣获技术发明一等奖! 高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)分设自然科学奖、技术发明奖、科技进步奖和青年科学奖,其中技术发明奖授予在运用科学技术知识做出产品、工艺、材料及其系统等重要技术发明的个人和单位。“正交异性轻型组合桥面新体系”项目在攻克钢桥面病害难题方面取得突破性进展,获得系列重要技术发明并转化应用,且应用效果突出,这也是该项目获奖的主要原因。 正交异性钢桥面是钢桥的重要组成部分,由于直接承受车轮碾压,钢桥面疲劳开裂和铺装层早期破损这两大病害难题频繁出现,长期得不到解决,属世界性难题,给国家造成巨大损失,成为钢桥发展的拦路虎。 桥梁技术的重大变革还得依赖于材料的突破。1993年起(图2),项目组开始对超高性能混凝土UHPC持续深入研究,取得大量成果。2010年,首次将UHPC用于强化钢桥面,发明了钢-超高韧性混凝土轻型组合桥面结构,发明了钢桥面专用的超高韧性混凝土STC,其抗裂强度42.7MPa,后期收缩仅为30-60με,STC弯拉及与钢面板的结合面均经历了6000万次疲劳循环试验的考验,满足了钢桥面高拉应力的严酷要求。发明了矮剪力键,提出了计算方法,解决了常规剪力键在薄层STC中难以适用的问题;发明了多种STC强化接缝;发明了适用于STC局部破损的拆除工艺和修补强化接缝。编制了技术标准,研发了规模化施工装备,研究成果获批12项国家发明专利,全部转化应用。 UHPC材料领域顶尖专家黄政宇教授发表于《混凝土》杂志1993年第三期UHPC论文为我国最早研究超高性能混凝土的学术文章。与常规沥青铺装+钢桥面体系相比,轻型组合桥面结构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%,基本消除了钢桥面的疲劳开裂风险,且今后钢桥面铺装的难题不复存在。2011年底,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。