國內(nèi)外橋梁用鋼現(xiàn)狀簡述

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1、國內(nèi)外橋梁用鋼現(xiàn)狀簡述摘要:國外已開發(fā)出屈服強(qiáng)度960MPa的高強(qiáng)度橋梁結(jié)構(gòu)用鋼,以及屈服強(qiáng)度690MPa的耐候橋梁結(jié)構(gòu)用鋼產(chǎn)品,均已在工程中實(shí)際應(yīng)用;國內(nèi)開發(fā)出與HPS70W接近的高性能橋梁結(jié)構(gòu)用鋼,并已實(shí)際使用,但產(chǎn)品在在可焊性、耐候性方面的差距較大。關(guān)鍵詞:橋梁;結(jié)構(gòu)鋼;高性能前言隨著橋梁建設(shè)地域的擴(kuò)展,其面臨的惡劣服役條件對橋梁結(jié)構(gòu)用鋼,在力學(xué)性能、工藝性能和耐候性能等方面提出了更高的要求,目前正沿著“碳錳鋼→高強(qiáng)鋼→高性能鋼”的軌跡發(fā)展,應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)的高性能鋼已成為目前各國研究熱點(diǎn)[1]。1國外橋梁結(jié)構(gòu)用鋼1.1高強(qiáng)韌性以往

2、橋梁建設(shè)多采用碳錳鋼,相同構(gòu)件采用高強(qiáng)鋼能夠減小橋梁結(jié)構(gòu)厚度以降低其自重,有利于增大跨距,改善施工和養(yǎng)護(hù)條件,加上鋼橋的推廣應(yīng)用,刺激了橋梁建設(shè)對高強(qiáng)鋼(屈服強(qiáng)度不小于345MPa)的市場需求并逐步替代碳錳鋼(屈服強(qiáng)度接近235MPa),尤其在鋼梁、鋼桁等關(guān)鍵部位.美國在高強(qiáng)度橋梁結(jié)構(gòu)用鋼方面的研究起步較早,ASTMA709/A709M-11標(biāo)準(zhǔn)中涵蓋了36(250MPa)、50(345MPa)、70(485MPa)和100(690MPa)強(qiáng)度級別,均已開發(fā)成功并實(shí)際應(yīng)用于超過200座橋梁,其中50級鋼包括低合金鋼和耐候鋼,70級和10

3、0級鋼為高耐候的HPS。1996年,美國田納西州路馬丁河灣公路橋采用HPS70W鋼替代三根連續(xù)焊接鋼梁原先設(shè)計(jì)使用的HPS50W鋼,在滿足各州公路及運(yùn)輸工作者協(xié)會橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范要求的前提下,橋梁結(jié)構(gòu)自重減輕了24%,建造使用鋼材的費(fèi)用降低了10%。美國賓夕法尼亞州福特城大橋混合采用HPS70W鋼和HPS50W鋼,在負(fù)力矩區(qū)域使用HPS70W鋼,其余區(qū)域使用HPS50W鋼,消除了鋼梁腹板高度差并節(jié)約了縱向腹板栓連接的成本,據(jù)測算,該橋結(jié)構(gòu)重量減小了20%。由于100級鋼的切割、焊接和加工對施工環(huán)境要求高,且價格高,實(shí)際工程中應(yīng)用較少,目前橋

4、梁建設(shè)以美標(biāo)50和70級鋼為主,未來50級耐候鋼用量將大幅攀升[1]。　　經(jīng)多年努力,日本也開發(fā)出345、500、600、700和800(MPa)級鋼用于橋梁建設(shè),500MPa及以上級別鋼均采用了微合金化成分。1960年,500MPa級鋼在首次在橋梁建設(shè)中應(yīng)用,1974年,大阪港大橋使用了超過6000t的700和800(MPa)級鋼。目前,NKK公司采用熱機(jī)械軋制(TMCP)技術(shù)生產(chǎn)出具備優(yōu)良可焊性的980MPa級橋梁結(jié)構(gòu)用鋼,但未實(shí)際應(yīng)用。歐洲橋梁建設(shè)用鋼選擇依據(jù)歐洲橋梁建設(shè)用鋼選擇依據(jù)EN10025系列標(biāo)準(zhǔn),涵蓋了非合金鋼、正火/熱

5、機(jī)械軋制細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)鋼、耐候結(jié)構(gòu)鋼和淬回火鋼,相繼開發(fā)出355MPa級鋼和460MPa-960MPa高強(qiáng)度鋼,經(jīng)過淬回火處理的S960QL鋼(16mm厚鋼板,屈服強(qiáng)度不低于960MPa)已在瑞典48號軍用橋和德國因戈?duì)柺┧亟M合橋中使用。雖然,日本和歐洲已在高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼方面做了很多工作,但缺少高耐候高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)品,目前橋梁建設(shè)用鋼目前依然以345MPa-500MPa級鋼為主,高強(qiáng)度是未來的發(fā)展方向[2]。1.2優(yōu)良的加工性能采用大厚度和可變尺寸鋼材有助于減少制作橋梁結(jié)構(gòu)的焊接次數(shù),降低成本、縮短周期并提升安全性。較低的預(yù)熱溫度和較高的

6、焊接線能力熱輸入,是減低施工難度和有效措施,也是推動鋼橋發(fā)展的技術(shù)保障。NKK公司開發(fā)的570MPa和750MPa級橋梁結(jié)構(gòu)用鋼板,厚度分別達(dá)到100mm和60mm,歐洲鋼板供貨長度達(dá)到36m,寬5200mm,厚250mm。變截面鋼板(簡稱LP)在長度方向上厚度不同,以適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)力變化,有助于減少鋼材消耗并縮短焊接時間。JFE公司采用高精度油壓式板厚控制技術(shù),已開發(fā)出8種變LP,極限寬度5000mm,長6m-2m,厚10mm-80mm,最大厚方向斜度為8mm/m,最大18噸。1995年日本首次使用,到目前為止,有16座大型橋梁使用L

7、P鋼板,使用量超過2500度。歐洲LP鋼板有簡單截面和復(fù)雜截面兩類,已在德國和盧森堡邊界上的某做鋼橋上使用,最大厚度變化35mm。隨著厚度增大與合金含量增加,焊接產(chǎn)生裂紋的傾向增大,如處理不當(dāng)將嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全1970年,NKK公司采用TMCP技術(shù),通過成分配比優(yōu)化和淬火工藝控制,開發(fā)的570MPa(Pcm控制在0.20以下)和780Ma(Pcm控制在0.23左右)級低預(yù)熱型橋梁用鋼,斜Y坡口常溫焊接不出現(xiàn)裂紋,已應(yīng)用于日本明石海峽大橋。JFE公司開發(fā)了具有低Pcm的490MPa和570MPa級大線能量橋梁結(jié)構(gòu)用鋼,產(chǎn)品厚度已達(dá)到10

8、0mm,采用100KJ/cm-120KJ/cm線能量焊接時,其焊縫的-5℃沖擊功均值可達(dá)到170J。在焊接時可采用較低的預(yù)熱溫度和大線能量工藝,降低了施工難度并加快了進(jìn)度,滿足現(xiàn)代鋼橋快速建造的要求。超低碳