2017面向未来的高性能桥梁结构
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上述病害在我国十分普遍而严重，已成为钢桥的癌症，钢 桥面板通常运营不足 10年便开裂，铺装一般使用 5~8年便 破损，这些顽疾属世界性难题。
最近一次大修花费一个亿！
2017/5/28 2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
12wk.baidu.com
钢桥面的难题
病害的根本原因：钢桥面太柔
开裂 4580mm 裂缝
关键技术
针对技术空白点1：以UHPC为基础，研发了钢桥面专用的超韧 混凝土STC
超高性能混凝土UHPC
抗拉强度 约8 MPa 收缩应变 约800με
掺混杂纤维 密配筋
超韧混凝土STC
30-42 MPa 约80με
掺纳米材料 蒸汽养护
确保超韧混凝土STC能抵抗钢桥面上的高拉应力
2017/5/28 2017/5/28
2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
10
钢桥面的难题
钢桥的正交异性钢桥面两大病害长期得不到解决
面板
纵肋
横隔板
（1）钢桥面易疲劳开裂，存在断裂高风险！
开裂
推移
坑槽
（2）钢桥面沥青铺装频繁破损，翻修成本巨大！
2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
11
1.1 钢桥面的难题 发明背景
UHPC的超韧性
UHPC是当今世界上最先进的混凝土材料之一。
2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
6
关于UHPC
UHPC
不同材料等强度对比
2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
7
关于UHPC
国内外颁布了多个UHPC规程或指南。
中国2015
法国2013
瑞士2016
日本2006
铺装层 (6~40mm) 超韧混凝土结构层(35~60mm) 短栓钉和钢筋 钢面板
轻型组合桥面
授权发明专利：ZL201210521668.1、ZL201110384487.4、ZL 201410276349.8、
ZL201310749788.1、ZL201510026894.6、 ZL 201410474441.5
5
关于UHPC
UHPC(Ultra-High Performance
Concrete) ，即 超高性能混凝土 ， 也 称 作 活 性 粉 末 混 凝 土 RPC (Reactive Powder Concrete) ，系
指抗压强度150MPa以上、具有超高
韧性和超长耐久性的水泥基复合材料， 由法国学者于1993年研发成功。
2017现代交通桥梁新技术发展研讨大会
面向未来的高性能桥梁结构 研发与应用
邵旭东
湖南大学UHPC桥梁结构研发团队 2017年5月11日·上海
面临的挑战
我国的公路桥梁已逾80万座
名副其实的桥梁大国
但是，
钢桥面破损、混凝土梁桥开裂下挠、装配化程度
低等根深蒂固的难题没有解决
阻碍了中国成为桥梁强国
2017/5/28 2017/5/28
2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
16
轻型组合桥面新理念
超高性能轻型组合桥面
裂缝
混凝土桥面铺装
钢桥面铺装
开裂
高模量 超韧混凝土层 (永久结构层)
4580mm
17
传统钢桥面
轻型组合桥面
钢—超韧混凝土(STC)轻型组合桥面优点：
（1）提高桥面局部刚度40倍以上，延长钢桥面疲劳寿命超3倍 （2）钢桥面铺装的难题不复存在
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
19
关键技术
针对技术空白点2：提出适宜的矮剪力键形式和计算公式
矮剪 力键
常规栓钉
抗剪承载力： S-N疲劳曲线：
短栓钉
Qu (0.85 Asc f f c'd wclwc ) / v
首次提出了UHPC中短剪力钉的设计计算公式：
8log log N 22.1131
发表于《混凝土》1993年第3期
基于对UHPC18年的研究积累，2010年起， 专注研发用UHPC强化钢桥面的技术
2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
15
超高性能轻型组合桥面
基于UHPC，提出了钢-超韧混凝土STC (Super Toughness
Concrete)轻型组合桥面结构，以大幅度提高钢桥面局部刚度， 解决病害问题。
美国2013
2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
8
UHPC材料工程应用
--- 已成功应用于300余座桥梁
2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
9
主要内容
关于UHPC
高性能桥梁之一：钢-STC轻型组合桥面
高性能桥梁之二：单向预应力UHPC连续箱梁桥
高性能桥梁之三：城市UHPC高架桥梁
沥青铺装层
传统沥青体系
问题和抓手：如何在不增加自重的前提下，大幅提
高桥面系刚度？
2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
13
超高性能轻型组合桥面
用UHPC从源头上解决难题
2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
14
超高性能轻型组合桥面
湖南大学是国内最早 研究UHPC的单位之一
高性能桥梁之三：城市UHPC高架桥梁
2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
4
主要内容
关于UHPC
高性能桥梁之一：钢-STC轻型组合桥面
高性能桥梁之二：单向预应力UHPC连续箱梁桥
高性能桥梁之三：城市UHPC高架桥梁
2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
2
研发宗旨
为此，以需求为导向——
研发面向未来的高性能桥梁新结构 力求突破桥梁建设的技术瓶颈。
2017/5/28 2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
3
主要内容
关于UHPC
高性能桥梁之一：钢-STC轻型组合桥面
高性能桥梁之二：单向预应力UHPC连续箱梁桥
2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
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关键技术
但新体系存在以下技术空白：
沥青铺装层
10~15MPa的拉应力
STC层 (永久结构层)
STC层拉应力高
如何确保STC层百年不开裂?
如何确保STC层与钢板牢固结合？
18
薄层 组合
界面剪应力大
2017/5/28 2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
1.05 N (a0 ac1.05 ) / (6.825 1016 4.1 )
滑移增长率： log 10.574 14.053F / Qu 疲劳断裂寿命：
2017/5/28 2017/5/28
最近一次大修花费一个亿！
2017/5/28 2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
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钢桥面的难题
病害的根本原因：钢桥面太柔
开裂 4580mm 裂缝
关键技术
针对技术空白点1：以UHPC为基础，研发了钢桥面专用的超韧 混凝土STC
超高性能混凝土UHPC
抗拉强度 约8 MPa 收缩应变 约800με
掺混杂纤维 密配筋
超韧混凝土STC
30-42 MPa 约80με
掺纳米材料 蒸汽养护
确保超韧混凝土STC能抵抗钢桥面上的高拉应力
2017/5/28 2017/5/28
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面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
10
钢桥面的难题
钢桥的正交异性钢桥面两大病害长期得不到解决
面板
纵肋
横隔板
（1）钢桥面易疲劳开裂，存在断裂高风险！
开裂
推移
坑槽
（2）钢桥面沥青铺装频繁破损，翻修成本巨大！
2017/5/28
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11
1.1 钢桥面的难题 发明背景
UHPC的超韧性
UHPC是当今世界上最先进的混凝土材料之一。
2017/5/28
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6
关于UHPC
UHPC
不同材料等强度对比
2017/5/28
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7
关于UHPC
国内外颁布了多个UHPC规程或指南。
中国2015
法国2013
瑞士2016
日本2006
铺装层 (6~40mm) 超韧混凝土结构层(35~60mm) 短栓钉和钢筋 钢面板
轻型组合桥面
授权发明专利：ZL201210521668.1、ZL201110384487.4、ZL 201410276349.8、
ZL201310749788.1、ZL201510026894.6、 ZL 201410474441.5
5
关于UHPC
UHPC(Ultra-High Performance
Concrete) ，即 超高性能混凝土 ， 也 称 作 活 性 粉 末 混 凝 土 RPC (Reactive Powder Concrete) ，系
指抗压强度150MPa以上、具有超高
韧性和超长耐久性的水泥基复合材料， 由法国学者于1993年研发成功。
2017现代交通桥梁新技术发展研讨大会
面向未来的高性能桥梁结构 研发与应用
邵旭东
湖南大学UHPC桥梁结构研发团队 2017年5月11日·上海
面临的挑战
我国的公路桥梁已逾80万座
名副其实的桥梁大国
但是，
钢桥面破损、混凝土梁桥开裂下挠、装配化程度
低等根深蒂固的难题没有解决
阻碍了中国成为桥梁强国
2017/5/28 2017/5/28
2017/5/28
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16
轻型组合桥面新理念
超高性能轻型组合桥面
裂缝
混凝土桥面铺装
钢桥面铺装
开裂
高模量 超韧混凝土层 (永久结构层)
4580mm
17
传统钢桥面
轻型组合桥面
钢—超韧混凝土(STC)轻型组合桥面优点：
（1）提高桥面局部刚度40倍以上，延长钢桥面疲劳寿命超3倍 （2）钢桥面铺装的难题不复存在
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
19
关键技术
针对技术空白点2：提出适宜的矮剪力键形式和计算公式
矮剪 力键
常规栓钉
抗剪承载力： S-N疲劳曲线：
短栓钉
Qu (0.85 Asc f f c'd wclwc ) / v
首次提出了UHPC中短剪力钉的设计计算公式：
8log log N 22.1131
发表于《混凝土》1993年第3期
基于对UHPC18年的研究积累，2010年起， 专注研发用UHPC强化钢桥面的技术
2017/5/28
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15
超高性能轻型组合桥面
基于UHPC，提出了钢-超韧混凝土STC (Super Toughness
Concrete)轻型组合桥面结构，以大幅度提高钢桥面局部刚度， 解决病害问题。
美国2013
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8
UHPC材料工程应用
--- 已成功应用于300余座桥梁
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9
主要内容
关于UHPC
高性能桥梁之一：钢-STC轻型组合桥面
高性能桥梁之二：单向预应力UHPC连续箱梁桥
高性能桥梁之三：城市UHPC高架桥梁
沥青铺装层
传统沥青体系
问题和抓手：如何在不增加自重的前提下，大幅提
高桥面系刚度？
2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
13
超高性能轻型组合桥面
用UHPC从源头上解决难题
2017/5/28
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14
超高性能轻型组合桥面
湖南大学是国内最早 研究UHPC的单位之一
高性能桥梁之三：城市UHPC高架桥梁
2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
4
主要内容
关于UHPC
高性能桥梁之一：钢-STC轻型组合桥面
高性能桥梁之二：单向预应力UHPC连续箱梁桥
高性能桥梁之三：城市UHPC高架桥梁
2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
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2
研发宗旨
为此，以需求为导向——
研发面向未来的高性能桥梁新结构 力求突破桥梁建设的技术瓶颈。
2017/5/28 2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
3
主要内容
关于UHPC
高性能桥梁之一：钢-STC轻型组合桥面
高性能桥梁之二：单向预应力UHPC连续箱梁桥
2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
17
关键技术
但新体系存在以下技术空白：
沥青铺装层
10~15MPa的拉应力
STC层 (永久结构层)
STC层拉应力高
如何确保STC层百年不开裂?
如何确保STC层与钢板牢固结合？
18
薄层 组合
界面剪应力大
2017/5/28 2017/5/28
面向未来的高性能桥梁结构研发与应用
1.05 N (a0 ac1.05 ) / (6.825 1016 4.1 )
滑移增长率： log 10.574 14.053F / Qu 疲劳断裂寿命：
2017/5/28 2017/5/28