摘要：作为武汉理工的校友，每次驾车驶过武汉双柳长江大桥，心中总涌起一股自豪。这座大桥的预应力桥面板，用的正是母校研发的C140轻质超高性能混凝土（LUHPC），它比普通C60混凝土轻了40%，却拥有惊人的强度和耐久性。

每一次穿越长江大桥，仿佛都能听到母校武汉理工大学为现代桥梁注入科技强音的澎湃心跳。

作为武汉理工的校友，每次驾车驶过武汉双柳长江大桥，心中总涌起一股自豪。这座大桥的预应力桥面板，用的正是母校研发的C140轻质超高性能混凝土（LUHPC），它比普通C60混凝土轻了40%，却拥有惊人的强度和耐久性。

传统正交异性钢桥面（OSD）长期面临刚度不足、疲劳开裂等问题，多座大跨桥梁因铺装层过早损坏导致维修成本激增，甚至影响通行安全。

而武汉理工大学材料科学与工程学科（第四轮学科评估获评A+，并连续多年进入ESI全球前1‰）的科研团队，正用一项项创新技术破解这些难题。

01 材料革新，轻质高强破解百年难题

桥梁，尤其是大跨径桥梁，对混凝土材料的要求极为苛刻：需要超高强度、高韧性、高耐久性，同时还得自重轻。满足所有这些条件看似不可能，但母校丁庆军教授团队做到了。

他们成功提出了轻质超高性能混凝土（LUHPC）的设计与制备方法，解决了混凝土材料轻质低收缩与高强高韧难以协同提升的技术难题。

LUHPC中的“轻质”来源于轻骨料的使用，但这不仅仅是简单的替换。团队通过精密配比和工艺控制，使这种轻质材料达到了C140的强度等级，同时其收缩较普通UHPC降低了约60%。

这意味着什么？意味着桥梁主体结构可以在不增加负担的情况下，获得更强大的“体格”，并且更不容易因自身收缩而产生开裂风险。

02 结构创新，协同工作承载万千压力

材料本身的优秀是基础，而如何将其应用于结构体系，使其发挥“1+1>2”的效果，则更需要智慧。

一项发表于《Case Studies in Construction Materials》的研究提出了一种创新解决方案：低收缩轻质超高性能混凝土-钢组合桥面（SLCD）系统。

这个系统通过数值模拟和足尺试验来验证其性能。团队以某长江大桥为原型建立三维有限元模型，详细分析了LUHPC层的应力分布。

最令人印象深刻的是足尺试验：他们设计了三跨连续试件（6m×2m），在100万次循环荷载下测试其疲劳性能。

结果非常鼓舞人心：试件刚度在10万次循环后仅下降35.7%，之后保持稳定；LUHPC层表面应变远低于其极限抗弯拉应变（500 με），表现出优异的抗裂性能；150万次循环后裂缝宽度仍控制在0.1 mm以内。

03 经济实用，小代价换取长效收益

任何新技术如果成本过高，都难以在实际工程中推广应用。母校的研究团队深刻地认识到这一点，并在经济性优化上做了大量工作。

令人惊讶的是，这种新方案的SLCD系统，相比传统方案，仅增加2.56%自重和6.32%成本，但峰值拉应力却降低了27.6%。

这是一个性价比极高的提升，意味着用很小的代价，换取了桥梁耐久性和安全性的显著改善，为大桥的“长寿”奠定了坚实基础。

这项研究的突破性在于：材料创新（通过低收缩复合膨胀剂和轻骨料优化LUHPC性能，显著抑制收缩裂缝）；设计方法创新（修正现有S-N曲线，首次提出适用于SLCD系统的疲劳寿命预测模型）；工程价值显著（为既有OSD桥面改造和新桥设计提供兼顾轻量化、耐久性与经济性的技术路径）。

04 抗裂先锋，突破简支梁桥连续板难题

在桥梁结构中，简支梁桥的连续板是一个容易开裂的薄弱环节。由于车辆活载荷和温度荷载的反复作用，连续性破坏机理问题一直困扰着工程师们。

针对这一难题，母校的研究者提出了一种新结构：“UHPC-NC+剪力连接的钢-混凝土组合梁简支桥连续板新结构”。

他们使用ABAQUS有限元软件，建立了桥梁原型和新结构有限元模型，对比分析了其抗裂性能。同时还通过对UHPC层厚度的参数分析，探索了桥梁连续部分UHPC层厚度的合理范围。

有限元计算和实际桥梁测试结果都表明，新结构显著提高了负弯矩区域的抗裂性能。研究建议在设计活载下，负弯矩区域的UHPC纵向铺设长度为简支梁跨度的5%，UHPC层厚度的合理范围为桥梁连续板截面的20%~56.3%。

05 科技赋能，智能算法驱动材料研发

母校的创新不仅体现在材料和结构层面，更体现在研发方法的革新上。沈忠慧教授团队利用人工智能驱动材料研发，通过生成式机器学习策略逆向设计出新型分子，用于提升聚合物薄膜电容器的高温储能性能。

这种AI+材料的研究范式，大大加快了新材料研发的速度和精度，代表着材料科学未来的发展方向。

在学弟学妹们的培养上，母校也注重理论与实践的结合。土建学院举办的纸桥承重活动，让同学们以A4纸为材料，设计制作各种桥型。

在这个过程中，他们不仅运用所学知识进行受力分析，还充分发挥创造力，其中优秀作品的承重甚至超过100千克。这种实践活动极大地激发了同学们对桥梁工程的兴趣。

06 跨界应用，从航天到交通的技术迁移

武汉理工大学的科技创新往往具有跨界特点，一项技术可以在多个领域找到应用场景。

华林教授团队研发的“铝合金预硬化成形制造变革性技术”就是一个典型例子。这项技术成功解决了长征十二号运载火箭核心“骨骼”——铝合金壁板和加强框的制造难题。

传统铝合金制造工艺需要反复锻造和热处理，面临精度低、强韧性不足、制造周期长等困境。

而华林教授团队经过十余年深耕，研发全球首创的高强铝合金高效精准成形技术，成功破解塑性成形与热处理协同难题。

这项源自航天领域的技术，也已应用于东风汽车，显著提升了车门防撞梁的抗拉强度（超600MPa），实现了高科技从航天到民用的转化。

去年校庆回访，看到材料科学与工程学科连续第六次荣膺国际材料研究领域四大学会联合颁发的“材料科学与工程全球最佳团队奖”。

在实验室里，我看到学弟学妹们正在调试基于“桥梁主动防撞监管平台”的“智慧眼”系统。这套系统通过集成多种传感器，结合AIS和AI视觉分析，构建厘米级精度的船舶航行轨迹模型，能实现对船舶偏航等风险的提前预警和主动防护。

从让桥梁“身轻如骨”却“力扛千钧”的材料创新，到为桥梁装上“火眼金睛”的智能系统，母校始终在用自己的方式，守护着每一座桥梁的安全，守护着每一位通行者的平安。

来源：马房山的精灵