《交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２０）—第二部分橋梁《預(yù)應(yīng)力鋼-混凝土組合橋面板的開發(fā)與工程應(yīng)用》?

本期項(xiàng)目簡(jiǎn)介

完成單位: 四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司、 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院、 武漢理工大學(xué)、 四川交投建設(shè)工程股份有限公司、 四川省鋼管混凝土橋梁工程技術(shù)研究中心

主要完成人: 范碧琨、 倪春梅、 何嬌陽、李勝、 李成君、 周永軍、 康玲、 丁慶軍、 孫才志、范翊、 宋瑞年、 趙藝程、 周孝軍、 何易修、 楊莉

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

　　(一)項(xiàng)目背景

　　隨著我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)向西部山區(qū)發(fā)展,橋梁建設(shè)面臨山區(qū)復(fù)雜的地形地質(zhì)、惡劣的氣候環(huán)境,尤其部分地區(qū)地震烈度高、生態(tài)脆弱,要求橋梁結(jié)構(gòu)高強(qiáng)輕質(zhì)、抗震性能好、施工簡(jiǎn)便。項(xiàng)目組開發(fā)的鋼-混凝土組合橋面板具有自重輕、強(qiáng)度高、整體性好、抗疲勞性能好、抗震性能好等特點(diǎn),同時(shí),由于鋼底板的存在,節(jié)省了模板安裝、減少了工程材料用量,節(jié)約了資源,保護(hù)了環(huán)境。目前,該結(jié)構(gòu)已成功應(yīng)用于廣東佛山東平大橋、四川合江長(zhǎng)江一橋、廣西平南三橋、四川金陽卡哈洛金沙江大橋、成都武侯互通立交等70余座橋梁的橋面板建設(shè),工程效果良好。為將鋼-混凝土組合橋面板技術(shù)拓展應(yīng)用到不同結(jié)構(gòu)體系、不同跨度的橋梁工程中,項(xiàng)目組開展系統(tǒng)全面研究,重點(diǎn)突破鋼-混凝土組合橋面板的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)構(gòu)造、混凝土材料的低收縮性能、質(zhì)量精準(zhǔn)控制的施工工藝等重大技術(shù)難題,實(shí)現(xiàn)鋼-混凝土組合橋面板跨徑更大、承載力更高、成本更低的目標(biāo)。

　　(二)技術(shù)概況

　　本項(xiàng)目針對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼-混凝土組合橋面板開發(fā)與工程應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù),從材料、結(jié)構(gòu)、工藝等三個(gè)層次,進(jìn)行了系統(tǒng)研究,開發(fā)了低收縮超高韌性混雜纖維混凝土橋面板材料,提出了收縮指標(biāo)與韌性指標(biāo),明確了最佳配合比設(shè)計(jì)方法;提出了預(yù)應(yīng)力鋼-混凝土組合橋面板結(jié)構(gòu),揭示其受力機(jī)理,建立了基于極限平衡原理的承載力計(jì)算方法;開發(fā)了預(yù)應(yīng)力鋼-混凝土組合橋面板的底鋼板反彎預(yù)變形與帶孔加勁鋼板間斷錯(cuò)位雙面焊接控制變形技術(shù),開發(fā)了分層布置鋼筋的工藝,建立了預(yù)應(yīng)力鋼-混凝土組合橋面板施工工藝與質(zhì)量控制技術(shù)。本項(xiàng)目成果具有跨越能力大、自重輕、承載力高、工期短、造價(jià)低等特點(diǎn),不僅適用于新建橋梁,同樣適用于已經(jīng)建成且交通量大,又不能中斷交通的舊橋加固改造工程中,其安裝速度快、干擾少、中斷交通時(shí)間短,推廣應(yīng)用前景廣闊。

　　(三)適用范圍

　　本項(xiàng)目技術(shù)適用于采用鋼箱梁、鋼格子梁、鋼桁梁作為主梁的梁橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋、互通式立交等橋型的橋面板。

　　(四)獲獎(jiǎng)情況

　　該項(xiàng)目成果獲2020年度中國(guó)交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)“科技進(jìn)步獎(jiǎng)冶二等獎(jiǎng)。

項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

　　創(chuàng)新點(diǎn)1:開發(fā)制備出低收縮超高韌性混雜纖維混凝土。考慮預(yù)應(yīng)力鋼-混凝土組合橋面板混凝土的性能要求,開發(fā)內(nèi)養(yǎng)護(hù)減縮、多尺度混雜纖維空間增韌等性能提升技術(shù),提出基于密實(shí)骨架堆積理論的最佳配合比設(shè)計(jì)方法;明晰了多維度減縮、纖維協(xié)調(diào)增韌和橋面板鋼骨架對(duì)混凝土性能的影響規(guī)律,提出了低收縮超高韌性混雜纖維混凝土收縮與韌性指標(biāo),解決了橋面板混凝土收縮大、易開裂的難題。

　　創(chuàng)新點(diǎn)2:提出了預(yù)應(yīng)力鋼-混凝土組合橋面板新結(jié)構(gòu),揭示了預(yù)應(yīng)力鋼-混凝土組合橋面板的受力機(jī)理,建立了基于極限平衡原理的承載力計(jì)算方法,實(shí)現(xiàn)了鋼-混凝土組合橋面板在大跨度橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

　　創(chuàng)新點(diǎn)3:建立了底鋼板反彎預(yù)變形與帶孔加勁鋼板間斷錯(cuò)位雙面焊接控制變形、鋼筋分層安裝等工藝與質(zhì)量控制技術(shù),總結(jié)相關(guān)技術(shù)成果,編制了地方標(biāo)準(zhǔn)《鋼-混凝土組合橋面板技術(shù)規(guī)程》,形成了鋼-混凝土組合橋面板施工工法,保證了工程質(zhì)量,為該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供示范。

同類項(xiàng)目比較

應(yīng)用案例

　　(一)汶川克枯大橋

　　全長(zhǎng)2447m的汶川克枯大橋(見圖4)是汶川至馬爾康馬高速公路控制性工程。該橋位于阿壩州汶川縣內(nèi),屬高烈度地震多發(fā)地帶,該地區(qū)天然砂石材料資源匱乏,水泥運(yùn)距遠(yuǎn),地震烈度高,生態(tài)脆弱,工程造價(jià)高。全橋采用30m、40m為主要跨徑全鋼管混凝土簡(jiǎn)支桁梁橋結(jié)構(gòu),上部結(jié)構(gòu)平行設(shè)置兩片鋼管混凝土主桁,桁片間由鋼管橫撐連接,與鋼混凝土組合橋面板共同組成整體性良好的主梁。下部結(jié)構(gòu)采用鋼管混凝土柱式橋墩和框架式橋墩,通過變剛度支座與主梁相連。桁梁頂面采用預(yù)應(yīng)力鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋面板,橋面板混凝土采用低收縮超高韌性C40混雜纖維混凝土。該橋已于2018年11月全線貫通。

　　(二)四川紅原大橋

　　G0615線久治至馬爾康段高速公路四川紅原大橋位于阿壩州紅原地區(qū),該橋全長(zhǎng)約兩公里,橋位處地形地質(zhì)復(fù)雜、地震烈度高、地面平均海拔在3600m以上、全年有效施工時(shí)間短,建設(shè)條件極其復(fù)雜。全橋上部結(jié)構(gòu)均采用30m鋼管混凝土桁梁橋,主梁間距7郾7m,兩側(cè)懸臂長(zhǎng)2郾37m,橋面板采用預(yù)應(yīng)力鋼-混凝土組合橋面板,橋面板混凝土采用低收縮超高韌性C40混雜纖維混凝土。該橋于2020年9月開工建設(shè),預(yù)計(jì)2023年12月完工。

社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益

　　(1)開發(fā)的預(yù)應(yīng)力鋼-混凝土組合橋面板技術(shù),增大了橋面板跨度和承載能力,提高了橋面板的耐久性,促進(jìn)了復(fù)雜建設(shè)條件山區(qū)橋梁橋面板技術(shù)的進(jìn)步。

　　(2)鋼結(jié)構(gòu)全工廠化生產(chǎn)、混凝土無模板澆筑,現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)間短,對(duì)環(huán)境擾動(dòng)小,節(jié)約大量人力物力,實(shí)現(xiàn)了環(huán)境友好、資源節(jié)約的社會(huì)理念。

　　(3)本項(xiàng)目技術(shù)成果支撐了汶川克枯大橋和紅原大橋等項(xiàng)目的橋面板建設(shè),節(jié)約建設(shè)投資約40%,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

　　(4)項(xiàng)目完成人受邀在2018四川省橋梁學(xué)術(shù)年會(huì)、2019年美國(guó)橋梁快速建造大會(huì)、2019年橋梁發(fā)展科技創(chuàng)新大會(huì)等國(guó)內(nèi)外重要學(xué)術(shù)會(huì)議做報(bào)告十余次,與行業(yè)專家和專業(yè)技術(shù)人員開展了廣泛交流,引起了強(qiáng)烈反響,受到廣泛的認(rèn)可。