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  大跨径桥梁钢桥面铺装成套关键技术及工程应用  
  日期:2012-11-21    来源:  
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——2011年度国家科技进步奖二等奖

 

    钢桥面铺装是国内外大跨径桥梁建设的重大难题,我国普遍采用扁平钢箱梁,桥面极端高低温差大,重载交通且超载严重,钢桥面铺装较国外难度更大。90年代起建设的大跨径桥梁,通车不久铺装均严重破坏,多次中断交通重铺,经济损失巨大,社会影响不良。在国家科技支撑计划、交通部西部交通建设科技计划、国家自然科学基金等支持下,东南大学等多家单位历经十余年,通过系统的理论研究、大量的室内外试验和工程实践,形成了钢桥面铺装材料结构设计施工成套关键技术,成功地解决了大跨径桥梁建设的难题。该项成果荣获2011年度国家科技进步奖二等奖。

    一、主要科技创新

    1.发明了新型桥面铺装材料(发明专利2项、教育部技术发明一等奖)。发明了沥青综合改性技术,解决了沥青与环氧树脂不相容的重大难题,在国际上首次实现用普通沥青制备高中低性能多组分环氧沥青,而美国需用特殊石油炼制的特殊沥青,成本高,性能单一;通过改进原材料的组成设计、相态结构和固化体系,将热熔性沥青转变成热固性的环氧沥青,赋予环氧沥青优异的力学和工程性能,其结合料延伸率>260%,拉伸强度>2.6MPa,最大允许施工时间>50min,施工温度105-130℃,性能优于美国同类产品。

    2.发明了薄层铺装结构(发明专利2项、教育部科技进步一等奖)。通过铺装和材料机理综合分析,提出了两种薄层结构,显著减轻自重,节省桥梁造价,发明的“浇注+环氧”结构既有浇注式柔韧性好又有环氧沥青抗车辙的优点,大幅提高了铺装的协调变形和抗疲劳能力,复合梁疲劳强度>1500万次,成功解决了开裂、脱层和协调变形三大难题。

 

1 两种大跨径桥梁薄型铺装结构

 

    3.建立钢桥面铺装设计理论与方法(专著《大跨径钢桥面铺装设计理论与方法》国家首届"三个一百"原创图书)。通过系统的理论分析、试验研究和大量工程实践,发现了桥面和路面受力机理的差异,确定了桥面铺装荷载图式、临界荷位,建立了疲劳方程、车轴换算公式,纠正了过去直接套用路面设计方法的错误;系统研究钢箱梁与铺装的相互作用,建立了疲劳、拉拔和协调变形设计指标体系;优化了钢箱梁和铺装体系的设计,首次形成了系统的钢桥面铺装设计理论与方法,被广泛应用。

 

2 荷载图式、临界荷载位置及设计方程

 

    4.攻克了钢桥面铺装施工组织与质量控制难题(实用新型专利3项)。发明了黏结料自动洒布,解决了美国人工设备精度差、质量难以保证的问题,发明了补给设备,实现了大规模现场连续作业。通过大量的室内及现场铺装试验段试验,系统制定了铺装施工工艺、施工组织与质量控制标准,攻克了环氧铺装容留时间、施工温度、现场气温等难题。

 

3 美国人工洒布工艺     4 自动喷洒设备     5 环氧沥青补给设备

 

    二、推广应用及效益

    本项目成套关键技术,突破了美国环氧沥青铺装对环境气温、施工容留时间的苛刻要求,拓宽了环氧沥青铺装施工季节和应用区域,提高了工程施工效率和工程质量,解决了我国大跨径桥梁铺装建设的重大难题,确保了国家重点桥梁工程按时建成通车。研究成果已在苏通长江大桥、武汉天兴洲公铁两用长江大桥、上海闵浦大桥等近30座大跨径桥梁工程中得到应用(占主跨>500m桥梁的80%以上),桥梁钢桥面铺装总体上都达到了预期效果,应用地区遍及江苏、上海、湖北、天津、福建、浙江、贵州、广东等10多个省市。成果有效保证了桥面铺装在设计年限内正常使用和跨江跨海大桥、干线公路畅通,对国家经济建设和社会发展具有重大意义,具有广泛的推广应用前景。

  
 
 
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