本文關(guān)鍵詞：我國(guó)橋梁用鋼現(xiàn)狀及耐候橋梁鋼發(fā)展，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

我國(guó)橋梁用鋼現(xiàn)狀及耐候橋梁鋼發(fā)展

摘要：我國(guó)橋梁用鋼強(qiáng)度等級(jí)與韌性不斷提高，焊接性能持續(xù)改善，鋼板的適宜厚度逐步提高。鐵路橋梁用鋼、公路橋梁用鋼、跨海大橋用鋼成為我國(guó)橋梁用鋼的主體。順應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求的高性能耐候橋梁鋼將是我國(guó)橋梁用鋼發(fā)展的主要方向。耐候橋梁鋼在我國(guó)已經(jīng)有所應(yīng)用，但需要系統(tǒng)建立或健全使用耐候橋梁鋼的相關(guān)國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：橋梁，鋼，耐候

1、前言

建國(guó)以來(lái)，我國(guó)的橋梁建設(shè)事業(yè)有了很大的發(fā)展。新設(shè)計(jì)、新材料、新工藝的廣泛采用，使得我國(guó)橋梁的設(shè)計(jì)建造水平不斷提高。懸索橋、斜拉橋、拱橋、梁橋，都展示出各自的獨(dú)特魅力。

我國(guó)鐵路橋梁的發(fā)展自1957年的武漢長(zhǎng)江大橋(A3)開始，經(jīng)歷南京長(zhǎng)江大橋(16Mnq)，九江長(zhǎng)江大橋(15MnVNq)到1998年的蕪湖長(zhǎng)江大橋(14MnNbq)，經(jīng)過(guò)四個(gè)標(biāo)志性的階段，各階段都代表了一個(gè)時(shí)期的橋梁技術(shù)的發(fā)展水平和冶金技術(shù)的發(fā)展水平。鐵路橋梁由鉚接、栓焊發(fā)展到蕪湖長(zhǎng)江大橋的整體焊接節(jié)點(diǎn)，鋼梁的跨度也由128米發(fā)展到312米。已建成的亞洲最大的公路鐵路兩用橋—蕪湖長(zhǎng)江大橋，其主跨達(dá)到312米，集數(shù)十項(xiàng)世界領(lǐng)先技術(shù)為一體，標(biāo)志著我國(guó)鐵路橋梁的制造技術(shù)已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。正在建設(shè)的南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋

(WNQ570)，是我國(guó)第一條大跨度高速鐵路橋梁，橋面為四線高速鐵路和兩線地鐵，設(shè)計(jì)時(shí)速為300km/h，更是奠定了我國(guó)橋梁行業(yè)在國(guó)際上的領(lǐng)先地位。

公路橋梁自上世紀(jì)50年代至80年代經(jīng)歷了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁式(鋼構(gòu))橋到預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝上梁式(鋼構(gòu))橋后，80年代末隨著大跨度公路橋梁的建造，鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)代索橋(斜拉、懸索)顯示出強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)力，得到快速發(fā)展。在不足10年的時(shí)間，國(guó)內(nèi)相繼建造了10余座世界級(jí)的大跨度斜拉及懸索橋。南京長(zhǎng)江二橋及武漢長(zhǎng)江三橋?yàn)槭澜绲谌偷谒拇?國(guó)內(nèi)第一、二)斜拉橋，其中南京長(zhǎng)江二：橋采用全焊結(jié)構(gòu)代替了以往的栓焊鋼箱梁，跨度達(dá)到628米，標(biāo)志中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)公路橋梁建設(shè)水平已達(dá)到世界先進(jìn)水平。

我國(guó)跨海橋梁也有了飛速的發(fā)展，我國(guó)第一條跨海大橋東海大橋總長(zhǎng)約為31公里。大橋按雙向六車道加緊急停車帶的高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)車速80公里/小時(shí)。即將竣工的杭州灣跨

海大橋全長(zhǎng)36公里，其中橋長(zhǎng)35.7公里，雙向六車道高速公路，設(shè)計(jì)時(shí)速100km。即將建設(shè)的有廈漳跨海大橋、臺(tái)灣海峽通道西段工程—平潭跨海大橋等。

順應(yīng)我國(guó)橋梁工程的發(fā)展需要，我國(guó)橋梁用鋼也得到了飛速的發(fā)展。

2、我國(guó)橋梁用鋼的發(fā)展現(xiàn)狀

由于其工作環(huán)境和所承受的載荷的不同，大型橋梁用鋼可分為公路橋梁用鋼和鐵路橋梁用鋼兩大類。另外跨海大橋用鋼由于其所處的海洋腐蝕性環(huán)境以及橋梁下部結(jié)構(gòu)的不問(wèn)，也有其不同的特點(diǎn)。

2.1 鐵路橋梁用鋼

自從前蘇聯(lián)援建武漢長(zhǎng)江大橋以來(lái)，我國(guó)已建造了大量的大跨度鐵路橋梁。最初的武漢長(zhǎng)江大橋采用的是前蘇聯(lián)生產(chǎn)的A3鋼，其屈服強(qiáng)度僅要求大于等于240MPa，橋梁的上段結(jié)構(gòu)采用的是鉚接菱形連續(xù)梁。

1969年建成通車的南京長(zhǎng)江大橋，則是由完全由我國(guó)自主沒(méi)計(jì)建造的大型公鐵兩用橋梁，采用的是16Mnq鋼，其屈服強(qiáng)度僅要求大于等于320MPa。當(dāng)時(shí)16Mnq在行業(yè)中雖然應(yīng)用廣泛，但使用部門反映，16Mnq鋼板采用U形缺口沖擊，韌性指標(biāo)偏低。同時(shí)也反映板厚效應(yīng)嚴(yán)重，鐵路橋僅能用到32mm,超過(guò)此厚度冶金質(zhì)量難以保證。

受制于大跨度鐵道橋梁的發(fā)展需求，迫切需求鐵路橋梁用鋼提高強(qiáng)度級(jí)別。1995年建成的九江長(zhǎng)江大橋，采用的就是15MnVNq。和16Mnq鋼相比，這種鋼的強(qiáng)度確實(shí)有了顯著提高，屈服強(qiáng)度要求大于等于412MPa(當(dāng)板厚≤16mm時(shí))。但由于采用加釩捉高強(qiáng)度的方法，導(dǎo)致鋼板低溫韌性和焊接性較差，給橋梁制造帶來(lái)很多困難。九江長(zhǎng)江大橋建成后，該鋼種一直未能得到推廣應(yīng)用。橋梁鋼已成為制約鐵路橋梁發(fā)展的一個(gè)突出矛盾。

上世紀(jì)90年代初，鐵路橋梁建設(shè)面臨蕪湖長(zhǎng)江大橋的建設(shè)，主跨達(dá)312米。橋梁鋼問(wèn)題顯得愈加突出。為了保證橋梁工程的安全性和加工制造的方便，需要突出解決鋼板的低溫韌性和焊接性等問(wèn)題。為此中鐵大橋局和武鋼聯(lián)合共同開發(fā)了大跨度鐵路橋梁用鋼14MnNbq。該鋼采用降碳加鈮合超純凈的冶金方法，保證了屈服強(qiáng)度ReL≥370MPa的基礎(chǔ)上，具有優(yōu)異的-40℃

低溫沖擊韌性(蕪湖橋標(biāo)準(zhǔn)要求-40℃Akv≥120J)。同時(shí)焊接性能也大大提高，解決了板厚效應(yīng)問(wèn)題，可大批量供應(yīng)32～50mm厚鋼板。在蕪湖長(zhǎng)江大橋46000噸供貨統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：所供10～50mm鋼板沖擊韌性平均實(shí)物質(zhì)量達(dá)到-40℃Akv為223J的優(yōu)異水平。蕪湖長(zhǎng)江大橋橋建設(shè)后的10年時(shí)間里，14MnNbq鋼在全面滿足了鐵路橋梁建設(shè)的需要，得到了極為廣泛的應(yīng)用。2000年，14MnNbq鋼納入橋梁鋼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，成為Q370qE鋼。

正在建設(shè)的京滬高速鐵路南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋，是京滬高速鐵路和滬漢蓉鐵路于南京跨越長(zhǎng)江的越江通道，是我國(guó)鐵路橋梁史上的又一個(gè)里程碑，為六線鐵路橋梁，設(shè)計(jì)時(shí)速300km/h，是京滬高速鐵路的控制性工程。該橋具有大跨、重載、高速三大特點(diǎn)。主桁構(gòu)件最大軸力高達(dá)9000余噸，中主墩最大支座反力約15000噸。如果繼續(xù)使用傳統(tǒng)的14MnNbq鋼，則最大板厚必須使用到120mm，這將會(huì)給設(shè)計(jì)施工帶來(lái)極大的困難。為此，武鋼和中鐵大橋局聯(lián)合開發(fā)了WNQ570鋼，以滿足國(guó)家“十一五”重點(diǎn)工程——京滬高速鐵路南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋的工程需要。

與我國(guó)現(xiàn)有橋梁鋼相比，WNQ570鋼有以下特點(diǎn)：強(qiáng)度明顯提高，不區(qū)分板厚效應(yīng)，在12～68mm范圍內(nèi)，均要求Rm≥570MPa。而15MnVNq鋼和14MnNbq鋼在板厚為68mm時(shí)，僅為Rm≥530MPa或Rm≥490MPa。由于采用一系列精煉技術(shù)，同時(shí)隨著軋制力的提高，鋼板由傳統(tǒng)的最大使用板厚為50mm擴(kuò)展到68mm。在焊接材料上，，革新傳統(tǒng)的C-Mn、Si-Mn系焊材的焊縫強(qiáng)度僅在500MPa級(jí)別以下、焊縫低溫沖擊韌性僅能達(dá)到-30℃時(shí)48J的狀況，研制新型針狀鐵索體型橋梁用鋼的手工焊、氣保焊、埋弧焊焊接材料，焊縫強(qiáng)度大于570MPa，同時(shí)-40℃沖擊韌性可以達(dá)到48J以上。我國(guó)鐵路橋梁發(fā)展的標(biāo)志性工程見表1。

2.2 公路橋梁用鋼

由于公路橋梁的受力狀況和鐵路橋梁有諸多不同，因此，公路橋梁用鋼多選用Q345、Q370等鋼種，也有使用Q420的，但供貨技術(shù)條件中強(qiáng)度一般都是隨板厚的增加而遞減。鋼板的規(guī)格也比較薄，需求較大，該品種的競(jìng)爭(zhēng)主要集中在價(jià)格、鋼廠資源等方面。

2.3 跨海大橋用鋼

跨海大橋用鋼主要集中于管樁鋼、通航主橋的橋梁鋼、橋面護(hù)欄以及帶肋鋼筋，其中管樁鋼、通航主橋的橋梁鋼占鋼材總量的60%，僅管樁鋼就占其鋼材總量的50%左右。管樁鋼的材質(zhì)主要為Q345C，規(guī)格范圍為16～25mm之間，大部分為熱軋卷板，并采用螺旋焊管形式，跨海大橋的管樁用鋼量特別大，杭州灣跨海大橋就使用了武鋼生產(chǎn)的管樁鋼Q345C約39萬(wàn)噸。通航主橋的橋梁鋼的材質(zhì)主要集中于Q345D級(jí)別，規(guī)格為10～50mm之間，主要為平板產(chǎn)品；護(hù)欄用鋼的材質(zhì)為Q345D/Q390D，規(guī)格為4～25mm之間。上述三個(gè)產(chǎn)品種對(duì)鋼材的耐蝕性都有較高的要求，杭州灣跨海大橋甚至第一次明確提出了使用壽命100年以上的要求，因此，橋梁用鋼的耐蝕性能成為設(shè)計(jì)者選材的重要考慮部分。

3、國(guó)外耐候橋梁用鋼的發(fā)展

隨著大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁向全焊接結(jié)構(gòu)和高參數(shù)方向發(fā)展，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全可靠性要求越來(lái)越嚴(yán)格。這不僅對(duì)設(shè)計(jì)者提出了更高的要求，而且對(duì)鋼板質(zhì)量提出了更高的水準(zhǔn)，即不僅具有高強(qiáng)度以滿足結(jié)構(gòu)輕量化要求，而且還應(yīng)具有優(yōu)良的低溫韌性、焊接性和耐蝕性等，以滿足鋼結(jié)構(gòu)的安全可靠、長(zhǎng)壽等要求。

傳統(tǒng)的高強(qiáng)度橋梁鋼不僅沖擊韌性、焊接性、疲勞性較差，而且不能耐大氣、海水腐蝕。因此，國(guó)內(nèi)外材料工作者提出了高性能鋼(High Performance Steel，HPS)的概念。高性能鋼材主要是指材料的某項(xiàng)或幾項(xiàng)性能較傳統(tǒng)鋼材得到改善的鋼材，除了具備較高強(qiáng)度外，鋼材的焊接性能、低溫韌性，尤其是耐腐蝕性能有較大幅度提高。

近年來(lái)，應(yīng)用在橋梁上的高性能鋼已成為國(guó)際鋼鐵材料研究的熱點(diǎn)，如美國(guó)ASTM709中的HPS-70W鋼、HPS-100W鋼和日本的SMA570W系列鋼等。耐候橋梁用鋼作為高性能橋梁鋼的一個(gè)發(fā)展方向，在國(guó)外得到了較為廣泛的發(fā)展。

對(duì)于鋼材耐候性的研究，在上世紀(jì)初到60年代，人們注重不同合金元素對(duì)鋼材耐大氣腐蝕能力的作用，從而出現(xiàn)了以Corten鋼為代表的耐大氣腐蝕系列用鋼；60年代以后開始注重環(huán)境因素對(duì)耐候鋼表面腐蝕產(chǎn)物的影響，并闡明了耐候鋼抗大氣腐蝕機(jī)理。從90年代至今，很多研究者將目光轉(zhuǎn)向低成本、高強(qiáng)度、耐蝕性能更高的新型高性能耐候鋼開發(fā)，并且取得了一定成果。

  本文關(guān)鍵詞：我國(guó)橋梁用鋼現(xiàn)狀及耐候橋梁鋼發(fā)展，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。