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邵旭东:创新成就桥梁梦,立足需求攀高峰

作者:jsxinmeiye 发布日期:2021-06-28 15:11:32 关注次数:19

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完工的南京长江大桥,桥下的路上、树上也都是人,跟着一列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……对许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。

  生长于浙江富阳的邵旭东尽管没有亲眼见证这场庆祝南京长江大桥注册的盛况,但这却成了他愿望的初步。其时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?伴跟着这个问题的呈现,一个桥梁梦悄然在他的心里扎了根、发了芽。

  几十年后的今日,邵旭东现已生长为一位首席桥梁专家。最初困扰着他的那个问题,他也早就知道了答案。答案之外,他经过不断立异,在攻克钢桥首要技能瓶颈、消除大跨径箱梁桥开裂顽症、研制桥梁结构新系统等方面做出了突出的奉献。从愿望萌发到愿望生长为参天大树,邵旭东顶天立地、全神贯注,继续为我国的桥梁事业奉献青春,输出技能,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,沪苏通铁路注册运营,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,是我国自主规划建造的世界上首座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运用的正是邵旭东团队自主研制的“钢-超高功能混凝土(UHPC)轻型组合桥面结构”技能。

  钢桥面,是大桥的“门面”,具有自重轻、承载力高、施工便当等长处。20世纪90年代今后,跟着我国大跨径悬索桥、斜拉桥的许多建筑,钢桥面得到了遍及运用。然而,国内外许多工程实践标明,这种惯例桥面计划存在两大难题且长时间得不到有用处理:一是钢桥面板易疲惫开裂,一般不到10年便呈现疲惫裂缝,危及桥梁安全;二是钢桥面沥青铺装极易破损,需频频修理,社会反响强烈,个别桥梁乃至遭遇过“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,国内外学者研讨了诸多处理计划,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端频发。邵旭东在充分了解和剖析了许多国内外桥梁工程范畴的状况后,将研讨方向定位在大跨与新式桥梁结构研讨及桥梁检测与加固技能上,并开端了长达10年的钢桥面病害难题攻坚之路。

  与此一起,邵旭东的“老搭档”——湖南大学黄政宇教授现已在UHPC资料方面展开了许多研讨作业并取得了一系列开展。邵旭东联想到:是否能够将这种资料运用到钢桥面上?所以,他和黄政宇教授及团队成员对这种可能性展开了探讨,并提出了许多主意和计划。

  什么是UHPC资料?邵旭东解释道,这是一种抗压强度在120MPa以上,一起具有超高耐性、超长耐久性的水泥基复合资料,最早由法国学者于1993年研制成功,首要由水泥、硅灰、细骨料、减水剂及钢纤维等资料组成,依照最大密实度原理构建,从而可使资料内部的缺陷(孔隙与微裂缝)减至最少。UHPC资料组本分不包含粗骨料,颗粒粒径一般小于1mm,因高度的细密性而具有超高强度及优异的耐久性。研讨标明,UHPC抗压强度可达200MPa以上,一起资料耐久性可达200年以上。此外,因为UHPC中涣散的细钢纤维可大大减缓资料内部微裂缝的扩展,从而使资料表现出超高的耐性和延性功能。

  以UHPC资料为打破口,邵旭东带领团队经过许多的实践,不断分配方法,不断调整结构方式,终于在2010年研制出了强化UHPC抗拉和收缩功能的钢桥面专用超高耐性混凝土(STC),并创始提出钢-STC轻型组合桥面结构。研讨标明,STC可前进钢桥面局部刚度超30倍,下降车载作用下钢桥面应力平均可达50%,从而为彻底治愈两大病害难题供给了可能性。邵旭东坦言道:“咱们初期的研讨作业是不成功的,提出的各种各样的计划简直都被否定了。可是,咱们没有想过放弃,总觉得有什么问题都是能够克服的,肯定是能做出来的。”

  “超薄组合结构”在世界上并无研讨先例,根本归于空白。经过艰苦攻关,邵旭东团队处理了其间诸多科学问题,形成了规划理论,编制并颁布了STC轻型组合桥面地方标准。2011年,该技能初次运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种铺装计划中锋芒毕露,成为该桥至今仅有不开裂的计划。这今后,该技能陆续运用到广东、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。

  履行科研许诺,实现桥面终身无需大修

  邵旭东带领团队,用“一个10年”取得了钢桥面病害难题的打破性开展,也致力于用更多的“10年”,不断优化计划,兑现“桥面终身无需大修”的科研许诺。与此一起,他们也从来没有停下科研作用运用推广的脚步,一向在积极探索钢-STC轻型组合桥面结构在各种极端条件下的适用性。

  2017年年末,杭瑞高速岳阳洞庭湖二桥通车运营。该桥为主跨1480m的特大型悬索桥,出资巨大,若运营中钢桥面及其铺装频频呈现病害,不只带来安全隐患,而且还会形成巨大的社会负面影响。因而,为防患于未然,在大桥专家组的一致引荐下,2016年8月,湖南省交通运输厅批复选用STC轻型组合桥面技能。这是STC轻型组合桥面初次运用在千米级特大跨径钢桁梁悬索桥上,可实现终身无需大修的超长寿数。

  因为岳阳洞庭湖二桥STC的浇筑规模空前,需求有高效、牢靠的规模化施工技能作为支撑。对此,邵旭东团队联合施工单位开发了智能化成套施工配备,大幅前进了施工功率。2017年9月1日,岳阳洞庭湖二桥实验段STC施工完结。以中铁大桥规划院徐恭义规划大师为首的专家组对实验段进行验收,一致以为施工设备先进,技能牢靠,质量满意规划及标准要求。同年9月16日开端了STC的大规模施工,选用分幅分块穿插作业,全桥共分12块,每次约浇筑5500平方米,6.5万平方米STC历时48天完结悉数浇筑。

  浇筑过程中,来自政府部门、规划院、高校、科研单位和施工单位的200多位领导、专家和同行纷繁前往大桥考察,其间包含我国工程院王景全院士、郑皆连院士和陈政清院士,美国国家工程院院士、我国工程院外籍院士邓文中,交通运输部专家委员会主任、原总工程师周海涛,原总工程师杨盛福等。

  王景全院士以为,“该项目技能是新资料与新结构的高度融合,是处理钢桥面世界性难题的革命性打破”;郑皆连、陈政清两位院士近些年来一向对轻型组合桥面予以深切的关心,已在多个选用STC的桥梁上考察指导,当见到该技能在如此规模的桥梁上成功运用时,深表欣慰;邓文中院士表明,“假如早20年在钢桥上运用这种新资料,咱们就能够省下许多钱,而不用去买国外昂贵的资料,我是一个我国人,还是希望用咱们自己的东西”;周海涛总工由衷地说,“感谢邵旭东教授的科研团队多年来坚持不懈的努力,为处理我国公路钢桥面疲惫和铺装早期破坏探索出一条新的途径。几年来,洞庭湖二大桥选用STC轻型组合桥面,一向牵挂着我的心,今日看了工程现场今后,心里终于踏实了”;杨盛福总工表明,“20多年来,为处理钢桥面疲惫开裂的难题,咱们借鉴了欧美和日本的技能,但作用都不够抱负,现在咱们有了自主研制的STC技能,经过大幅度前进桥面刚度下降开裂危险,是很好的思路,假如成功,将是一个很大的奉献”。

  除此之外,闻名钢结构专家周绪红院士、闻名组合结构专家聂建国院士也对STC技能予以高度重视,两位院士屡次在全国性的学术会议宗旨发言中称誉这一研讨作用。

  2018年,邵旭东团队又为武汉某长江大桥钢桥面加固改造供给了核心技能支持。武汉某长江大桥建成于2001年年末,是国家干线公路网中“一纵一横”两条高速公路主干道——京港澳高速公路和沪渝高速公路共用的跨长江特大型高速公路桥梁,也是武汉绕城高速公路的重要节点。因为大桥交通量大、重载车比例高,长时间运营中,钢桥面板疲惫开裂严峻,钢桥面沥青铺装层破损严峻,技能状况评定为“四级”,面临着报废的危险。

  其时,许多桥梁修补单位实地考察今后都以为武汉长江大桥的病害无法“彻底治愈”,所以相关单位找到邵旭东团队,希望用他们的原创技能进行修补。邵旭东坦言,这一挑战对其时的他们而言也非常艰难,因为要选用STC技能进行修补,有一个条件,那就是要保证底面的钢板是完好的,钢板要参与受力。然而,大桥的底部钢板现已呈现了严峻的开裂状况,假如直接运用STC铺装技能或钢筋网支撑,无法到达STC不开裂的要求。

  顶着压力,邵旭东带领团队针对原钢桥面的病害现状,经过许多剖析、核算,反复研讨、证明,最终研制出了原创性的钢桥面疲惫裂缝无需修复的钢-超高耐性混凝土(STC)轻型组合桥面结构加固技能。与团队从前研制的钢-STC轻型组合桥面结构所不同的是,因大桥钢桥面存在许多疲惫裂缝,钢面板对STC底面失去了维护,因而,需采取特殊办法对STC进一步强化,一起有用阻止原有病害的继续开展。

  选用新计划加固后,核算和实验结果标明:六类典型疲惫细节中的应力幅均显着下降,其间钢面板降幅高达92%,由此可根本消除疲惫裂缝继续萌发及扩展的危险,大大延伸钢桥面的运用寿数;STC层按“等强度”原理规划,具有非常高的静力和疲惫抗裂强度,今后只需超载车没把原钢桥面压屈从,STC层就不会开裂;STC层与钢桥面之间连接牢固,经历了两千多万次疲惫循环,界面未呈现滑移裂缝。

  现在,在强震区、高寒区、高腐蚀性区域和严峻疲惫开裂的钢桥上,相关技能也已打造出多项成功事例。在2010年至2020年的10年间,邵旭东团队宣布论文180余篇,出版该范畴国内外首部专著《钢-超高功能混凝土轻型组合桥梁结构》等3部作品,获授权国家发明专利20项。其相关作用获高等学校科学研讨优异作用奖技能发明奖一等奖1项、我国公路学会科学技能奖一等奖2项,当选交通运输部“严峻科技立异作用库”。邵旭东自己的首发论文位列威望刊物《我国公路学报》“桥梁工程栏目”2008—2017年度高被引论文个人作者第1名,世界首发论文位列ASCEJournalofBridgeEngineering近3年来高被引论文前10名(仅有入围的我国学者论文),他还在第五届世界正交异性钢桥大会(美国)上宗旨讲演介绍了该技能,受到了高度点评,研讨作用属世界领先水平。

  现在,作用已运用于我国25个省市100多座实桥(竣工50余座),涵盖了梁桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥等各类根本桥型。能够说,这一科研作用为处理钢桥面板易疲惫开裂、沥青铺装极易破损的“世界性难题”找到了彻底治愈途径,选用这一先进技能修理后的桥梁在寿数周期内不再需求大修维护,将彻底离别钢桥面屡修屡坏的历史。

  助力强国梦,做顶天立地的科研作业

  2020年7月11日,我国公路学会在北京主持召开了“混凝土箱梁桥二次张拉钢绞线高效竖向预应力新系统研制与运用”项目作用点评视频会议,点评委员会由郑皆连院士、张喜刚院士、韩振勇规划大师等9位威望专家组成。点评委员会在听取视频汇报和质询评议后,一致以为:该项目研讨作用到达世界领先水平。这是邵旭东带领团队完结的又一严峻科研打破,处理了历时久远、量大面广的预应力混凝土箱梁桥腹板开裂严峻、安全隐患突出这一“世界性难题”。

  “腹板开裂现象非常严峻的首要原因是有用竖向预应力不足。”为了处理这一难题,邵旭东带领团队自2002年起,经过新式锚具研制、室内模型实验、理论与数值剖析、现场测试反馈、标准化研讨等手法,形成了二次张拉钢绞线高效竖向预应力新系统,取得了一系列立异性作用。

  团队初次研制成功二次张拉钢绞线高效竖向预应力系统,填补了钢绞线短索锚固系统的空白,大幅前进了预应力功率和工程质量,明显下降了箱梁腹板开裂的危险;发明晰短索二次张拉智能控制系统,实现了张拉作用可测可控,保证了张拉质量的安稳;研制了专用的压浆系统,保证竖向预应力管道压浆丰满密实,前进了耐久性;初次提出了二次张拉的预应力丢失核算理论及相应的腹板竖向预应力规划方法,为新预应力系统的工程运用奠定了坚实的理论基础。

  与传统精轧螺纹钢竖向预应力系统比较,二次张拉钢绞线高效竖向预应力具有张拉应力高、延伸量大、回缩丢失小、施工简洁、质量可控、验收有据等明显技能优势。张拉功率前进60%,短期预应力丢失降至5%、总预应力丢失可控制在15%以内,节省竖向预应力造价15%。现在,相关作用已运用于重庆鱼洞长江大桥(主跨260米预应力混凝土连续刚构桥)等270余座大型混凝土箱梁桥中,最长运用14年,箱梁腹板均未发现开裂现象,明显下降了桥梁运营期的腹板开裂危险和加固投入,具有宽广的推广运用前景。

  立足项目研讨形成的一批原创性作用,邵旭东团队宣布论文7篇,授权发明专利4项,编制地方标准1部,出版指南1部、专著3部。部分作用列入了交通运输部发布的《2012年度交通运输建造科技作用推广目录》。

  百尺竿头需前进,保证科研教育作业两不误

  投身桥梁范畴几十年,邵旭东一向兢兢业业饯别着“桥梁强国梦”。

  超高功能混凝土(UHPC)作为最先进的土木结构资料之一,将成为未来桥梁结构的首要开展方向。邵旭东的团队长时间专心于UHPC桥梁结构相关研制作业,在多种高功能桥面板、装配式UHPC桥梁、特大跨径UHPC箱梁桥、斜拉桥和拱桥等方面,形成了一批原创技能,大部分作用已付诸实施。邵旭东表明:“咱们的科研理念能够用现在比较时尚的一句话来表明,那就是顶天立地做科研。力求研制更先进的技能,处理我国桥梁工程的难题,兢兢业业地服务于祖国。”作为桥梁建造路上的引路人,邵旭东也将自己的科研心得和理论实践编著成《桥梁工程》一书。该教材浅显易懂、靠近实践、易教易学,一直与桥梁科技开展同步。自2004年1月第一版问世以来,广受读者欢迎,销量一向稳居人民交通出版社同类书本首位,至今已推出五版。据不完全统计,《桥梁工程》已被包含浙江大学、东南大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学、中南大学、大连理工大学、华南理工大学、北京工业大学等27所“双一流”高校在内的至少98所大学选用,运用作用反响杰出。

  在实践教育中,邵旭东无论是在学习作业中,还是在生活中,都对学生非常关心。他会安排学生每月进行一次研讨开展陈述,及时了解学生的研讨动态,保证学生在规则时间内完结任务;他会定期安排一些课外活动,放松学生们的心态,加强师生沟通,并极力在生活中给予学生协助;他鼓舞和资助博士生到海外进行学术沟通、联合培养,极大地拓宽了学生们的视野。在他看来,他是学生的老师,也是学生的“战友”,他甘心竭尽全力协助学生走得更远、更高。

  现在,我国正由桥梁大国走向桥梁强国,这关乎祖国的百年复兴之梦,也关乎这个职业的每一个人。其时代的重担分摊到这些人的肩上时,他们每一个人都在为这个愿望奋力奔驰。而奔驰在人群中的邵旭东,一向那样勇毅而笃行。


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