一座跨度30米的車行橋，梁高只有1.2米，每平方米自重525公斤，分別是傳統(tǒng)箱梁的75%、50%。站在永州零道高速二標(biāo)K14+000上跨車行橋下仰望，這座橋顯得格外輕盈精巧，卻承載著湖南橋梁建造技術(shù)的一次重要突破。
3月27日，型鋼-超高性能混凝土（UHPC）商品橋梁技術(shù)示范觀摩暨科技項(xiàng)目驗(yàn)收會在永州召開，對湖南省交通科技項(xiàng)目“面向載客車輛的型鋼-超高性能混凝土（UHPC）超輕型組合梁研究與應(yīng)用示范”進(jìn)行驗(yàn)收評價。該技術(shù)由湖南軌道集團(tuán)旗下湖南交通設(shè)計院聯(lián)合湖南高速集團(tuán)、湖南大學(xué)技術(shù)攻關(guān)?，F(xiàn)場的技術(shù)觀摩，讓這項(xiàng)橋梁輕量化技術(shù)從圖紙走向工地，清晰呈現(xiàn)在人們眼前。
湖南省人大環(huán)資委副主任、省公路學(xué)會理事長趙平，中國工程院院士、湖南大學(xué)教授陳政清，中國公路學(xué)會常務(wù)副理事長張勁泉，湖南省交通運(yùn)輸廳黨組成員、副廳長任成志，湖南軌道集團(tuán)黨委委員、副總經(jīng)理丁躍飛，全國工程勘察設(shè)計大師周良，湖南高速集團(tuán)總工程師周棟梁，行業(yè)及高校專家、省內(nèi)外交通企業(yè)代表等百余人參加會議。
材料“各司其職” 橋梁減重近五成
長期以來，國內(nèi)橋梁技術(shù)創(chuàng)新的目光多聚焦于特大型、重難點(diǎn)橋梁。而路網(wǎng)中數(shù)量最龐大、分布最廣泛的中小型橋梁，卻鮮有突破性變革。這類橋梁量大面廣，隨著服役年限增加，正面臨大規(guī)模改擴(kuò)建的現(xiàn)實(shí)需求。
如何讓中小型橋梁更輕、更省、更耐用？項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將目光鎖定于此。
傳統(tǒng)橋梁存在大量材料浪費(fèi)，鋼材承擔(dān)拉力，混凝土承擔(dān)壓力，但結(jié)構(gòu)設(shè)計中往往讓它們“混”在一起，誰也沒發(fā)揮出最大效能。型鋼-超高性能混凝土（UHPC）商品橋梁技術(shù)的核心邏輯，就是讓材料“各司其職”——鋼材負(fù)責(zé)抗拉，超高性能混凝土（UHPC）負(fù)責(zé)抗壓，各展所長，互不浪費(fèi)。
這一理念看似簡單，實(shí)現(xiàn)起來卻并不容易。傳統(tǒng)工字形鋼梁常由板材逐塊焊接拼接，工序繁瑣、成本高昂，僅加工費(fèi)就占材料費(fèi)一半以上。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)反其道而行之，提出“由整到零”的思路——用熱軋H型鋼對稱切割成兩個T形，置于截面底部承受拉力，截面頂部用超高性能混凝土（UHPC）承受壓力，省去了多余的鋼頂板和大部分鋼腹板，用鋼量大幅降低。
新的結(jié)構(gòu)也帶來了新的挑戰(zhàn)：鋼材與混凝土如何牢固連接？
“傳統(tǒng)做法是焊接剪力釘，但我們從中國傳統(tǒng)建筑的榫卯結(jié)構(gòu)中找到了靈感?！?span style="font-family:宋體;-webkit-tap-highlight-color: rgba(0, 0, 0, 0);padding: 0px;outline: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important">項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員陳光介紹，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新研發(fā)了“鋼榫-UHPC卯組合剪力鍵”：在倒T形型鋼上緣切割出圓弧齒形鋼銷，澆筑UHPC后，這些鋼銷便深深嵌入混凝土腹板里，形成牢固的機(jī)械咬合。“這種結(jié)構(gòu)無需一顆焊接剪力釘，抗剪性能和延性卻更優(yōu)于傳統(tǒng)工藝?！?/span>
正是通過取消多余的鋼頂板、鋼腹板以及焊接剪力釘，這套組合拳讓橋梁成功“瘦身”。據(jù)測算，用鋼量降低40%，橋梁整體減重接近一半。
橋梁“瘦身”后，安全性能是否有保障？試驗(yàn)數(shù)據(jù)給出了“安全感”：該組合梁的極限抗彎承載力是實(shí)橋設(shè)計承載力的2.1倍，裂縫控制效果優(yōu)于規(guī)范要求，安全系數(shù)超過2，不僅更輕便，更比傳統(tǒng)橋梁堅固耐用。
目前，這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)已在零道高速、桂新高速、京港澳高速改擴(kuò)建等多個重點(diǎn)項(xiàng)目中推廣應(yīng)用，成功經(jīng)受住了實(shí)際工程的檢驗(yàn)。
告別“一項(xiàng)目一梁場” 橋梁即將邁入“商品化”時代
材料與結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，讓橋梁輕了一半。但輕了之后，能不能運(yùn)到現(xiàn)場、怎么運(yùn)才省錢，是更為現(xiàn)實(shí)的考題。
傳統(tǒng)T梁、小箱梁動輒上百噸重、二三十米長，只能依靠大件運(yùn)輸。而湖南多山區(qū)，道路彎多路窄，大型運(yùn)輸車難以進(jìn)入，只能在工地旁臨時建梁場現(xiàn)場澆筑。“一項(xiàng)目一梁場”，投入大、成本高、效率低。
“型鋼-超高性能混凝土（UHPC）商品橋梁的出現(xiàn)，將這些難題逐一破解。以零道高速的上跨車行橋?yàn)槔?0米跨徑的主梁，吊重僅45噸，不足傳統(tǒng)梁體的一半，普通平板貨車即可運(yùn)輸，無需辦理超限審批，大幅降低了運(yùn)輸成本和難度?！焙细咚偌瘓F(tuán)零道公司總經(jīng)理李程介紹。
更具優(yōu)勢的是，主梁還可分割為12米一段，在工廠提前預(yù)制，運(yùn)至現(xiàn)場后通過螺栓拼接，即便在偏僻山區(qū)也能順利送達(dá)。
自重減輕了，又能分段運(yùn)輸，據(jù)測算，型鋼-超高性能混凝土（UHPC）商品橋梁較傳統(tǒng)橋梁運(yùn)輸成本降低75%，全生命周期碳排放下降30%。
運(yùn)輸便捷了，架設(shè)效率也大幅提升。在大流量干線擴(kuò)容等涉路施工場景中，單片梁架設(shè)僅需1小時，大幅減少交通干擾，實(shí)現(xiàn)了真正的“無感施工”。平原、市郊項(xiàng)目可利用現(xiàn)有道路，通過汽車吊直接安裝；山嶺丘陵地區(qū)則采用輕量架橋機(jī)，設(shè)備進(jìn)出場的時間和費(fèi)用也大幅節(jié)省。
“運(yùn)得方便、架得高效，我們就有了一個大膽的想法，建集中的智能工廠，讓橋梁像商品一樣批量生產(chǎn)、按需配送?！?span textstyle="" style="-webkit-tap-highlight-color: rgba(0, 0, 0, 0);padding: 0px;outline: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important">湖南交通設(shè)計院創(chuàng)新研究院院長賀耀北介紹，傳統(tǒng)建橋都是項(xiàng)目在哪，梁場就建在哪，臨時梁場占地多、投入大，沒法搞智能化生產(chǎn)。而輕型組合梁的集中預(yù)制，讓“臨時梁場”升級為“智能工廠”成為可能。
未來，湖南交通行業(yè)將有望建設(shè)輻射全省的橋梁智能工廠。該工廠配備送料車、布料機(jī)、養(yǎng)護(hù)窯、自動開合模、擺渡車等智能化設(shè)備，批量預(yù)制橋梁產(chǎn)品，徹底替代傳統(tǒng)“一項(xiàng)目一梁場”的分散作業(yè)模式，推動橋梁真正走向商品化。
這一模式不僅將解決建設(shè)梁場臨時用地審批難的問題，還能推動產(chǎn)業(yè)工人轉(zhuǎn)型升級，讓傳統(tǒng)農(nóng)民工轉(zhuǎn)變?yōu)樵诠潭üS內(nèi)作業(yè)的產(chǎn)業(yè)工人。
可以預(yù)見，隨著智能工廠加速落地，中小橋型梁將真正邁入“商品化”時代。屆時，買一片梁，或許就像買一部手機(jī)、一輛汽車一樣簡單——集中生產(chǎn)、廣域運(yùn)輸，讓橋梁成為可批量供應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，覆蓋更廣闊的交通建設(shè)需求。
從一項(xiàng)技術(shù)到一個產(chǎn)業(yè) 開辟橋梁“智”造新賽道
“型鋼-超高性能混凝土（UHPC）商品橋梁技術(shù)具備輕質(zhì)高強(qiáng)、工業(yè)化生產(chǎn)、裝配式結(jié)構(gòu)、快速安裝四大特點(diǎn)，不僅為中小跨徑橋梁提供了高效解決方案，更成為橋梁綠色低碳的‘湖南名片’。”觀摩現(xiàn)場，中國工程院院士、湖南大學(xué)教授陳政清對這項(xiàng)技術(shù)給予高度評價。
從自籌資金研發(fā)起步，到入選湖南省重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目、省交通科技項(xiàng)目、省屬監(jiān)管企業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)清單，項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)深耕型鋼-超高性能混凝土（UHPC）商品橋梁技術(shù)近十年，如今站上了大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。 目前，這項(xiàng)技術(shù)已在零道、桂新、羊龍等多個高速公路項(xiàng)目中完成工程應(yīng)用示范，標(biāo)準(zhǔn)編制和通用圖設(shè)計工作同步推進(jìn)，并被國家標(biāo)準(zhǔn)和多項(xiàng)地方標(biāo)準(zhǔn)采納，為技術(shù)推廣奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。 一項(xiàng)單一的技術(shù)創(chuàng)新，隨著示范項(xiàng)目的成功落地與工業(yè)化生產(chǎn)模式逐步成熟，正悄然裂變?yōu)橐粋€可觀的新興產(chǎn)業(yè)。據(jù)介紹，截至目前，該團(tuán)隊(duì)跟蹤的省內(nèi)外公路、市政橋梁項(xiàng)目已超過200座，預(yù)計目標(biāo)產(chǎn)值將突破10億元。 “未來，我們將充分利用型鋼-超高性能混凝土（UHPC）商品橋梁技術(shù)在結(jié)構(gòu)性能、工程造價、運(yùn)輸及安裝方式等方面的優(yōu)越性，推動其在新建及改擴(kuò)建高速公路橋梁、國省干線橋梁，以及橋梁維修等場景廣泛應(yīng)用，同時還將推廣到城市橋梁建設(shè)、快速磁浮軌道梁，并逐步拓展至工業(yè)廠房與民用建筑領(lǐng)域?！焙辖煌ㄔO(shè)計院黨委書記、董事長向建軍介紹。
型鋼-超高性能混凝土（UHPC）商品橋梁技術(shù)，是近年來湖南交通設(shè)計院與湖南高速集團(tuán)聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)的一個生動縮影。做科研，但不止于科研，從圖紙到工地，從實(shí)驗(yàn)室到市場，他們走的是一條科研帶產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)業(yè)促產(chǎn)品的路子，科技產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化的步伐持續(xù)提速，正推動雙方在激烈的市場競爭中闖出新路、走在前列。
雙方將聚力打造“技術(shù)策源-工程轉(zhuǎn)化-產(chǎn)業(yè)化推廣”全鏈條機(jī)制。這是面向未來、培育新質(zhì)生產(chǎn)力的重要布局，更是推動產(chǎn)業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈融合的關(guān)鍵舉措。
面對勘察設(shè)計行業(yè)存量競爭與科技革命交織的新格局，雙方正以科技革新引領(lǐng)業(yè)態(tài)重構(gòu)，以破圈突圍的果敢，攜手在服務(wù)湖南實(shí)現(xiàn)“三高四新”美好藍(lán)圖、打造國家重要先進(jìn)制造業(yè)高地的新征程中，展現(xiàn)更大擔(dān)當(dāng)、貢獻(xiàn)更強(qiáng)力量。
