雙相不銹鋼建造橋梁

1、 1932年起,世界上將雙相不銹鋼用于制造大設(shè)備。本文列舉9個雙相不銹鋼造橋的例子。其中建于我國香港的昻船洲大橋，橋塔高298m，塔頂以下118m為雙相不銹鋼建造。此外，由于焊接技術(shù)的提高,用雙相不銹鋼在我國武漢和上海等地已批量建造了164m長的化學(xué)品船等結(jié)構(gòu)物。證明了現(xiàn)有工廠的工藝水平足以建造大橋梁。本文并介紹了雙相不銹鋼入級鋼種的一般特性、不同用途結(jié)構(gòu)物的鋼種選擇和焊接工藝選擇。最后建議橋梁工程師向冶金行業(yè)提出研制雙相不銹鋼斜拉索和懸索。 關(guān)鍵詞： 橋梁結(jié)構(gòu)鋼 雙相不銹鋼 箱梁 斜拉索 懸索1前 言1932年，雙相不銹鋼第一次用于制造一臺大型冷卻器（圖1），成為用雙相鋼制造大設(shè)備的首例。但

2、是，由于制造大型的船舶和橋梁需要焊接，焊縫自然冷卻，一般不進行熱處理。因此，不易控制住相的析出，析出過多便會降低防腐蝕能力。所以經(jīng)過2030年并沒有造大橋和大船。近年研究成果：調(diào)整母材含氮量；控制焊縫的熱制度以得到需要的冷卻速度；配制合適的填充材料以及保護氣體的正確配比，得到耐腐蝕的焊縫1。才可以開始建造大橋和大船。圖1 1932年雙相鋼第一次用于制造大設(shè)備（冷卻器）用不銹鋼造橋，尤其是用雙相不銹鋼造橋需要比較高的焊接水平。在開工前，需要對鋼材、焊接材料、焊工和焊接工藝進行工藝評定。船廠建造過比較大的雙相不銹鋼船，這為在船廠建造雙相不銹鋼橋梁創(chuàng)造了很好的條件。船廠應(yīng)用的雙相不銹鋼建造大船的實例

3、：供出口的、載重量為18500t的化學(xué)品油船瓦萊麗（Valerie）號，總長164.34m、船寬23m、型深12.8m，該船貨艙為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層采用雙相不銹鋼，與外層碳鋼結(jié)構(gòu)焊連接。該船貨艙的結(jié)構(gòu)除了有通常的橫隔艙壁之外還有縱隔壁，將該貨船分為左右對稱的16個整體重力液貨艙和兩個污液艙，可同時運送18種不同的液貨。整體貨船的雙殼、雙底結(jié)構(gòu)對變形控制的要求比橋梁的箱梁更嚴(yán)格，該船每艘使用1200t雙相不銹鋼。通常把船體看作一條焊成整體的梁，這條梁重約4000t。該船首批建造6艘2。1994年，武昌造船廠在西陵長江大橋（懸索橋）招標(biāo)時一舉中標(biāo)，至今，該廠已建造了40 座橋梁的箱梁。船廠建造箱梁過程

4、中，采用造船用的特種型鋼球扁鋼、在船廠內(nèi)工廠化生產(chǎn)箱梁分段、水運到工地吊裝、在工地上用環(huán)縫將分段焊成整根主梁-等一系列船橋通用的材料和工藝方法，均得到逐漸推廣使用。體現(xiàn)出橋梁建設(shè)低成本、好質(zhì)量、高效率，并在某些方面達到前所未有的技術(shù)水平。 2世界上用雙相不銹鋼建橋的實例2.1瑞典，斯德哥爾摩的阿佩特橋(Apate-bridge)3阿佩特橋位于斯德哥爾摩市中心的一個居民點，是一座人行橋，與周邊環(huán)境很協(xié)調(diào)，好象隱沒在兩岸的綠化帶與綠色運河水中。斯德哥爾摩市是一個海港城市，運河通海、分布市內(nèi)。阿佩特橋橫跨思克拉（Sickla）運河，環(huán)境兼有海洋大氣和城市大氣的特征，除了有鹽水之外，還有冬天灑放的融冰

5、鹽。建橋環(huán)境腐蝕條件嚴(yán)峻，但建橋又要求景觀好，所以用雙相不銹鋼建造是非常合適的。該橋長62m，除行人外還預(yù)定通行救急車輛。此外，還要求最短服役壽命為120年、比較低的維修成本，還要求建成一個吸引人的景觀。現(xiàn)在，橋建得十分輕巧美觀。當(dāng)然，這與雙相不銹鋼的高強度以及設(shè)計建造的高水平有關(guān)。此橋劃為3個分段，用2205雙相不銹鋼在車間預(yù)制，然后在現(xiàn)場用浮吊安裝，焊接成一體。橋的型線非常流暢光順，由于強度高，精心設(shè)計，用鋼量較少，成本也較低。建造成本僅比碳鋼高3040%，預(yù)計碳鋼橋的建造成本加上在服役期間幾次涂裝的費用，要高于這個成本。但用雙相不銹鋼建橋的初投資要大一些。圖2a 瑞典，斯德哥爾摩的阿佩特

6、橋（效果圖）圖2b 瑞典，斯德哥爾摩的阿佩特橋（正影）圖2 c 瑞典，斯德哥爾摩的阿佩特橋（側(cè)影、欄桿）2.2西班牙的梅諾卡 (Menorca) 橋位于西班牙大陸東海岸的外邊、地中海的梅諾卡島上，有一座橫跨阿爾堅達(Algendar)河的梅諾卡橋，這是歐洲第一座因環(huán)境苛刻、碳鋼腐蝕嚴(yán)重，在使用了30年后，改用雙相不銹鋼重建的橋梁。該橋原為多跨梁式橋，現(xiàn)為單跨中承拱橋，拱上部設(shè)計為人行道分隔，橋長55m。承重部件完全用2205雙相不銹鋼建造（路面用增強水泥），構(gòu)件采用雙相不銹鋼中厚板，應(yīng)用等離子切割成具體的形狀與尺寸，焊接坡口處也經(jīng)過精心加工。圖3a橫跨阿爾堅達河的(Menorca)梅諾卡橋（側(cè)

7、視）圖3b 橫跨阿爾堅達河的梅諾卡橋（仰視）2.3 西班牙畢爾巴鄂（Bilbao）市的人行橋（Footbridge）位于西班牙北部、大西洋東岸、靠近法國的畢爾巴鄂市，是一個海港城市，河渠縱橫，臨街而修，有一條跨運河的人行小橋是用雙相不銹鋼修建的。此橋用的是2304雙相不銹鋼，由于此鋼號屈服點比2205低一級（400450MPa），鎳、鉻元素用得比2205 多（鎳的含量為6.55.5%；鉻的含量為2522%；），因此該鋼號現(xiàn)在用得比較少。圖4a 西班牙畢爾巴鄂（Bilbao）市的人行橋（側(cè)視）圖4b 西班牙畢爾巴鄂（Bilbao）市的人行橋(仰視)2.4 新加坡的行人景觀橋新加坡是東南亞的一個國

8、家，也是一個港口城市，西面是馬六甲海峽，東北方向與我國的南沙群島相望，海洋大氣環(huán)境、氣溫較高腐蝕情況比較嚴(yán)峻。新加坡又是一個旅游勝地，計劃用雙相不銹鋼建造免維修的、永遠閃閃亮的行人觀光橋是順理成章的事情。該行人景觀橋計劃于2008年建成，設(shè)計時擬選用2304或2205鋼號。該橋位于新加坡的馬溫拿灣（Marina bay），結(jié)果建成于2010年4月。圖 5a 海洋灣（Marina bay）的行人景觀橋（效果圖） 英國約克郡(York)于2001年用2205雙相不銹鋼建成的千年紀(jì)念橋,是行人景觀橋。 圖 6a 英國的約克郡（York）千年紀(jì)念橋行人景觀橋圖6a英國約克郡不銹鋼橋橋面2.6 中國香港

9、昂船洲大橋塔頂用雙相不銹鋼建造4 中國香港昂船洲大橋為斜拉橋，全長1596m，主跨長1018m，兩邊各有4跨約70m的邊跨（見圖8a）。該橋橫跨藍巴勒海峽，位于香港市區(qū)，背景為繁忙的集裝箱碼頭，除了需要抵御嚴(yán)峻的海洋腐蝕環(huán)境之外，還是一座具有多項美學(xué)特點的地標(biāo)性建筑物。設(shè)計使用壽命為120年，所以用雙相不銹鋼建造是設(shè)計工程師必然的選擇。圖7 中國香港昂船洲大橋，橋塔上部118m為20mm厚雙相不銹鋼板內(nèi)澆混凝土香港昂船洲大橋采用雙獨柱塔，橋塔高達298m，塔頂部以下118m為不銹鋼結(jié)構(gòu)（見圖7），選用2205鋼號的雙相不銹鋼（最頂部5m為玻璃），20mm厚的雙相不銹鋼板作為外表，內(nèi)澆灌800m

10、m厚的混凝土圓形塔壁，兩者之間用剪力鍵連接。塔內(nèi)一層一層地安放斜拉索的錨固箱。由英國安康公司（Ancon Building Products Ltd.）焊接預(yù)制了一個模型，其中包括：雙相不段銹鋼外板、雙相不銹鋼組件和剪力鍵。 圖8b 同左，塔頂外表 圖8c 同左，塔頂外表圖8a中國香港昂船洲大橋塔頂（鋼號2205）圖8d 同左，焊縫圖 7 中國香港昂船洲大橋塔頂2.7 挪威山區(qū)步行橋挪威山區(qū)，在一個叫里克荷佛珊（Likehofossen）的地方，采用LDX2101雙相不銹鋼建造了一座步行橋。該橋橫跨于小溪之上，其環(huán)境是有雨和雪融化的水，交通不便，要求減少維修保養(yǎng)，乃采用不銹鋼。此橋窄而長，設(shè)計者選擇雙相不銹鋼首先是因為其高強度。所選用的LDX2101牌號雙相不銹鋼的特點是便宜而強度高，它的屈服強度是屬于450MPa級的，但所含合金元素較少（中限值）：鉻21.5%，鎳1.5%，鉬0.3%。因此它的成本系數(shù)僅為0.49（ 成本系數(shù)是以鋼號“1.4301”的奧氏體不銹鋼作為1進行計算的。歐洲鋼號 1.4301就是原蘇聯(lián)鋼號“1T”,中國叫鉻18鎳8，簡稱18-8）。由于2101的含氮量為0.22%，耐腐蝕性較好，因