《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第二部分桥梁《预应力钢-混凝土组合桥面板的开发与工程应用》​

本期项目简介

完成单位: 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司、 四川交通职业技术学院、 武汉理工大学、 四川交投建设工程股份有限公司、 四川省钢管混凝土桥梁工程技术研究中心

主要完成人: 范碧琨、 倪春梅、 何娇阳、李胜、 李成君、 周永军、 康玲、 丁庆军、 孙才志、范翊、 宋瑞年、 赵艺程、 周孝军、 何易修、 杨莉

项目简介

　　(一)项目背景

　　随着我国交通基础设施建设向西部山区发展,桥梁建设面临山区复杂的地形地质、恶劣的气候环境,尤其部分地区地震烈度高、生态脆弱,要求桥梁结构高强轻质、抗震性能好、施工简便。项目组开发的钢-混凝土组合桥面板具有自重轻、强度高、整体性好、抗疲劳性能好、抗震性能好等特点,同时,由于钢底板的存在,节省了模板安装、减少了工程材料用量,节约了资源,保护了环境。目前,该结构已成功应用于广东佛山东平大桥、四川合江长江一桥、广西平南三桥、四川金阳卡哈洛金沙江大桥、成都武侯互通立交等70余座桥梁的桥面板建设,工程效果良好。为将钢-混凝土组合桥面板技术拓展应用到不同结构体系、不同跨度的桥梁工程中,项目组开展系统全面研究,重点突破钢-混凝土组合桥面板的预应力结构构造、混凝土材料的低收缩性能、质量精准控制的施工工艺等重大技术难题,实现钢-混凝土组合桥面板跨径更大、承载力更高、成本更低的目标。

　　(二)技术概况

　　本项目针对预应力钢-混凝土组合桥面板开发与工程应用关键技术,从材料、结构、工艺等三个层次,进行了系统研究,开发了低收缩超高韧性混杂纤维混凝土桥面板材料,提出了收缩指标与韧性指标,明确了最佳配合比设计方法;提出了预应力钢-混凝土组合桥面板结构,揭示其受力机理,建立了基于极限平衡原理的承载力计算方法;开发了预应力钢-混凝土组合桥面板的底钢板反弯预变形与带孔加劲钢板间断错位双面焊接控制变形技术,开发了分层布置钢筋的工艺,建立了预应力钢-混凝土组合桥面板施工工艺与质量控制技术。本项目成果具有跨越能力大、自重轻、承载力高、工期短、造价低等特点,不仅适用于新建桥梁,同样适用于已经建成且交通量大,又不能中断交通的旧桥加固改造工程中,其安装速度快、干扰少、中断交通时间短,推广应用前景广阔。

　　(三)适用范围

　　本项目技术适用于采用钢箱梁、钢格子梁、钢桁梁作为主梁的梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥、互通式立交等桥型的桥面板。

　　(四)获奖情况

　　该项目成果获2020年度中国交通运输协会科学技术奖“科技进步奖冶二等奖。

项目创新点

　　创新点1:开发制备出低收缩超高韧性混杂纤维混凝土。考虑预应力钢-混凝土组合桥面板混凝土的性能要求,开发内养护减缩、多尺度混杂纤维空间增韧等性能提升技术,提出基于密实骨架堆积理论的最佳配合比设计方法;明晰了多维度减缩、纤维协调增韧和桥面板钢骨架对混凝土性能的影响规律,提出了低收缩超高韧性混杂纤维混凝土收缩与韧性指标,解决了桥面板混凝土收缩大、易开裂的难题。

　　创新点2:提出了预应力钢-混凝土组合桥面板新结构,揭示了预应力钢-混凝土组合桥面板的受力机理,建立了基于极限平衡原理的承载力计算方法,实现了钢-混凝土组合桥面板在大跨度桥梁结构中的应用。

　　创新点3:建立了底钢板反弯预变形与带孔加劲钢板间断错位双面焊接控制变形、钢筋分层安装等工艺与质量控制技术,总结相关技术成果,编制了地方标准《钢-混凝土组合桥面板技术规程》,形成了钢-混凝土组合桥面板施工工法,保证了工程质量,为该技术的推广应用提供示范。

同类项目比较

应用案例

　　(一)汶川克枯大桥

　　全长2447m的汶川克枯大桥(见图4)是汶川至马尔康马高速公路控制性工程。该桥位于阿坝州汶川县内,属高烈度地震多发地带,该地区天然砂石材料资源匮乏,水泥运距远,地震烈度高,生态脆弱,工程造价高。全桥采用30m、40m为主要跨径全钢管混凝土简支桁梁桥结构,上部结构平行设置两片钢管混凝土主桁,桁片间由钢管横撑连接,与钢混凝土组合桥面板共同组成整体性良好的主梁。下部结构采用钢管混凝土柱式桥墩和框架式桥墩,通过变刚度支座与主梁相连。桁梁顶面采用预应力钢-混凝土组合结构桥面板,桥面板混凝土采用低收缩超高韧性C40混杂纤维混凝土。该桥已于2018年11月全线贯通。

　　(二)四川红原大桥

　　G0615线久治至马尔康段高速公路四川红原大桥位于阿坝州红原地区,该桥全长约两公里,桥位处地形地质复杂、地震烈度高、地面平均海拔在3600m以上、全年有效施工时间短,建设条件极其复杂。全桥上部结构均采用30m钢管混凝土桁梁桥,主梁间距7郾7m,两侧悬臂长2郾37m,桥面板采用预应力钢-混凝土组合桥面板,桥面板混凝土采用低收缩超高韧性C40混杂纤维混凝土。该桥于2020年9月开工建设,预计2023年12月完工。

社会效益与经济效益

　　(1)开发的预应力钢-混凝土组合桥面板技术,增大了桥面板跨度和承载能力,提高了桥面板的耐久性,促进了复杂建设条件山区桥梁桥面板技术的进步。

　　(2)钢结构全工厂化生产、混凝土无模板浇筑,现场作业时间短,对环境扰动小,节约大量人力物力,实现了环境友好、资源节约的社会理念。

　　(3)本项目技术成果支撑了汶川克枯大桥和红原大桥等项目的桥面板建设,节约建设投资约40%,经济效益显著。

　　(4)项目完成人受邀在2018四川省桥梁学术年会、2019年美国桥梁快速建造大会、2019年桥梁发展科技创新大会等国内外重要学术会议做报告十余次,与行业专家和专业技术人员开展了广泛交流,引起了强烈反响,受到广泛的认可。