我國(guó)橋梁鋼的發(fā)展與展望課件

1、我國(guó)橋梁鋼發(fā)展與展望1主要內(nèi)容 MAIN CONTENTS2發(fā)展特點(diǎn)典型工程 發(fā)展展望發(fā)展特點(diǎn)Part 14橋名武漢橋南京橋九江橋蕪湖橋天興洲橋大勝關(guān)橋圖片主跨（m）128160216312504336運(yùn)營(yíng)荷載2鐵4公2鐵4公2鐵4公2鐵4公4鐵6公4鐵2軌通車(chē)日期1957.101968.121996.092000.092008.092011.01鋼材(萬(wàn)t)2.446.655.687.164.618.40鋼材種類(lèi)A3q16Mnq15MnVNq14MnNbqQ370qQ420q我國(guó)橋梁用鋼發(fā)展歷程總體回顧5武漢長(zhǎng)江大橋（1957）南京長(zhǎng)江大橋（1968）九江長(zhǎng)江大橋（1996）蕪湖長(zhǎng)江大橋（2

2、000）武漢天興洲長(zhǎng)江大橋（2008）南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋（2011）250km/h300km/h主跨材質(zhì)連接方式設(shè)計(jì)車(chē)速15MnNVq016Mnq14MnNbqQ370qQ420q鉚接鉚接栓焊栓焊整體節(jié)點(diǎn)A3q總體回顧栓焊整體節(jié)點(diǎn)6我國(guó)橋梁用鋼發(fā)展特點(diǎn)成分設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝 九江長(zhǎng)江大橋的15MnVNq鋼和蕪湖長(zhǎng)江大橋的14MnNbq鋼碳含量一般在0.14%0.16%，而大勝關(guān)橋的Q420qE(WNQ570)鋼的碳含量最低可達(dá)0.02。碳含量降低，明顯提高了焊接性。 鋼的微合金化由最初的V微合金化轉(zhuǎn)變?yōu)镹b微合金化，并且Nb的含量逐步提高，Nb所發(fā)揮的作用也多樣化。 九江橋的15MnVNq鋼和蕪湖橋

3、的14MnNbq鋼采用正火工藝生產(chǎn)。大勝關(guān)大橋的Q420qE鋼采用TMCP工藝生產(chǎn)，鋼板軋后直接交貨，有效的提高了鋼板表面質(zhì)量。 生產(chǎn)工藝由最初的正火、控軋發(fā)展到TMCP?？傮w回顧7我國(guó)橋梁用鋼發(fā)展特點(diǎn)鋼板組織鋼板性能 九江橋的15MnVNq鋼和蕪湖橋的14MnNbq鋼均為鐵素體+珠光體組織，大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋用Q420qE鋼則為超低碳貝氏體組織。 鋼板組織由最初的鐵素體+珠光體組織發(fā)展到超低碳貝氏體組織或超低碳針狀鐵素體組織。 鋼板的屈服強(qiáng)度由345MPa提高到370MPa直至420MPa。板厚可達(dá)68mm。 15MnVNq要求u型缺口沖擊-40度不小于50J，而14MnNbq鋼低溫沖擊試樣采用

4、V型缺口，要求-40度不小于120J。 強(qiáng)度、低溫沖擊韌性和使用厚度不斷提高。總體回顧性能制造設(shè)計(jì)8橋梁用鋼研究橋梁用鋼研究9強(qiáng)度韌性足尺板厚拉伸試驗(yàn)小試樣拉伸試驗(yàn)典型應(yīng)力應(yīng)變曲線 屈服強(qiáng)度是金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時(shí)的屈服極限，抗拉強(qiáng)度是材料拉斷前承受的最大標(biāo)稱(chēng)拉應(yīng)力，屈強(qiáng)比是材料的安全儲(chǔ)備，也是塑性性能指標(biāo)。 韌性是指當(dāng)承受應(yīng)力時(shí)對(duì)折斷的抵抗能力。力學(xué)性能橋梁用鋼研究10焊接焊接示意圖門(mén)式多電極自動(dòng)焊接制造性能橋梁用鋼研究焰切火焰切割切割斷面11疲勞疲勞試驗(yàn)斷口疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)橋梁用鋼研究穩(wěn)定壓桿穩(wěn)定試驗(yàn)荷載位移試驗(yàn)曲線試驗(yàn)時(shí)材料屈服點(diǎn)幾何非線性起始點(diǎn)長(zhǎng)細(xì)比80典型工程Part 213武漢

5、長(zhǎng)江大橋主橋?yàn)?聯(lián)3128m的連續(xù)鋼桁梁，通行雙線鐵路，4車(chē)道公路。主桁材質(zhì)為從前蘇聯(lián)進(jìn)口的A3q，屈服強(qiáng)度不小于240 MPa，全橋用鋼2.44萬(wàn)噸，采用鉚接連接。它的建成標(biāo)志著我國(guó)初步具有建設(shè)大跨度鐵路橋梁的能力。 武漢長(zhǎng)江大橋（1957年）A3q典型工程14 南京長(zhǎng)江大橋主橋?yàn)?聯(lián)3160m鉚接連續(xù)鋼桁梁，通行雙線鐵路，4車(chē)道公路。主桁材質(zhì)為我國(guó)自主研發(fā)的16Mnq，屈服強(qiáng)度不小于320MPa，全橋用鋼6.65萬(wàn)噸。它的建成標(biāo)志著我國(guó)具有自主創(chuàng)新的鐵路橋梁技術(shù)。南京長(zhǎng)江大橋（1968年）16Mnq典型工程15 西陵長(zhǎng)江大橋是長(zhǎng)江上的第一座懸索橋，主跨900m，通行4車(chē)道公路。主梁為全焊接

6、鋼箱梁，材質(zhì)為16Mnq，屈服強(qiáng)度不小于320MPa，全橋用鋼7300噸。 西陵長(zhǎng)江大橋（1996年）16Mnq典型工程16 九江長(zhǎng)江大橋主橋主跨為1聯(lián)（180+216+180）m連續(xù)鋼桁梁拱橋，通行雙線鐵路，4車(chē)道公路。主桁材質(zhì)為我國(guó)自主研發(fā)的15MnVNq，屈服強(qiáng)度約為420MPa，采用栓焊連接，全橋用鋼5.68萬(wàn)噸。它的建成標(biāo)志著鉚接鋼橋退出我國(guó)新建橋梁工程的歷史舞臺(tái)。九江長(zhǎng)江大橋（1996年）15MnVNq典型工程17 蕪湖長(zhǎng)江大橋主橋主跨（180+312+180）m的雙矮塔雙索面斜拉橋，通行雙線鐵路，4車(chē)道公路。主桁材質(zhì)為我國(guó)自主研發(fā)的14MnNbq，采用厚板栓焊整體節(jié)點(diǎn)，全橋用鋼7

7、.16萬(wàn)噸。它的建成標(biāo)志著我國(guó)橋梁技術(shù)向全焊方向邁出了一大步。蕪湖長(zhǎng)江大橋（2000年）14MnNbq典型工程18 南京長(zhǎng)江三橋是國(guó)內(nèi)第一座鋼塔斜拉橋，主跨648m，通行6車(chē)道公路。主梁為焊接扁平封閉鋼箱梁，主梁鋼材為Q345q。主塔高215m，材質(zhì)為Q370q，全橋用鋼3.4萬(wàn)噸，其中Q370q 鋼材1.2萬(wàn)噸。它是世界上第一座弧線形鋼塔斜拉橋。 南京長(zhǎng)江三橋（2005年）Q370q典型工程19 蘇通長(zhǎng)江大橋是世界第一座主跨超過(guò)千米的斜拉橋，主跨徑1088m，通行6車(chē)道公路。主梁為全焊接扁平封閉鋼箱梁，材質(zhì)為Q345q和Q370q，屈服強(qiáng)度不小于345MPa和370MPa，全橋用鋼4.96萬(wàn)

8、噸。它的建成實(shí)現(xiàn)了千米級(jí)斜拉橋關(guān)鍵技術(shù)的突破，為世界斜拉橋技術(shù)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。蘇通長(zhǎng)江大橋（2008年）Q370q典型工程20 武漢天興洲長(zhǎng)江大橋?yàn)橹骺?04m的公鐵兩用斜拉橋，通行4線鐵路，6車(chē)道公路。主梁為三主桁栓焊鋼桁梁，采用Q370q鋼材，屈服強(qiáng)度不小于370MPa，全橋用鋼4.61萬(wàn)噸。它的建成實(shí)現(xiàn)了我國(guó)鐵路橋梁跨度從300米級(jí)到500米級(jí)的跨越，為鐵路斜拉橋技術(shù)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。天興洲長(zhǎng)江大橋（2009年）Q370q典型工程21 南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋主橋主跨為2336m連續(xù)鋼桁拱橋。通行6線鐵路，其中京滬高鐵設(shè)計(jì)車(chē)速為300km/h。首次采用了新研制的Q420qE控溫控軋高

9、強(qiáng)度橋梁鋼，全橋用鋼8.40萬(wàn)噸，其中Q420q鋼11000噸。它是世界上設(shè)計(jì)速度最快，跨度最大的鋼桁拱橋，是我國(guó)高速鐵路橋梁建設(shè)的里程碑。大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋（2011年）Q420q典型工程22 朝天門(mén)大橋?yàn)槿邕B續(xù)中承式鋼桁系桿拱橋，主跨552m。通行雙線輕軌，8車(chē)道公路。主桁采用Q370q和Q420q，屈服強(qiáng)度不小于370MPa和420MPa，全橋用鋼4.73萬(wàn)噸，其中Q420q 鋼9150噸。重慶朝天門(mén)大橋（2009年）Q420q典型工程23 泰州長(zhǎng)江大橋?yàn)橹骺?1080米的三塔雙跨鋼箱梁懸索橋，通行6車(chē)道公路。主梁采用Q345和Q370q鋼材，主塔材料為Q370q和Q420q，用鋼1.3萬(wàn)

10、噸，其中用Q420q鋼0.9萬(wàn)噸；全橋用鋼共計(jì)4.88萬(wàn)噸。它的建成實(shí)現(xiàn)了三塔懸索橋跨徑千米級(jí)的突破。泰州長(zhǎng)江大橋（2012年）Q420q典型工程24 港珠澳大橋是跨海大橋，全長(zhǎng)為49.968公里，通行6車(chē)道公路。主梁采用Q345q、Q370q、Q420q 和Q355NHD鋼材，全橋用鋼量約42萬(wàn)噸，設(shè)計(jì)壽命120年。是世界最長(zhǎng)的跨海大橋。該橋推進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)橋梁工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化建造。港珠澳跨海大橋（2016年）Q420q典型工程發(fā)展展望Part 3美國(guó)60萬(wàn)座橋梁，鋼橋占35%。日本13萬(wàn)座橋梁，鋼橋占41%。26國(guó)內(nèi)、外鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用現(xiàn)狀發(fā)展空間 我國(guó)公路橋梁將近78萬(wàn)座，鋼結(jié)構(gòu)橋梁占比

11、不足1.0%。 我國(guó)普速鐵路橋梁約有48000座，其中鋼橋不到1300座、鋼-混組合梁橋不到500座，合計(jì)占比約3.5%。27政策支持 2016年7月1日，交通運(yùn)輸部頒布了關(guān)于推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)，加強(qiáng)了政策層面的引導(dǎo)，決定推進(jìn)鋼箱梁、鋼桁梁、鋼混組合梁等公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)，提升公路橋梁品質(zhì)，發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)橋梁性能優(yōu)勢(shì)，助推公路建設(shè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。 指導(dǎo)意見(jiàn)提出7條重點(diǎn)措施：一是加強(qiáng)方案比選，鼓勵(lì)選用鋼結(jié)構(gòu)橋梁。二是合理選型，更好地發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)橋梁的優(yōu)勢(shì)。三是重視鋼結(jié)構(gòu)橋梁的構(gòu)造設(shè)計(jì)。四是全面提高結(jié)構(gòu)可維護(hù)性。五是推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化建造。六是完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)定額。七是加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)人才

12、培養(yǎng)。發(fā)展空間28規(guī)劃需求 最新公布的中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃顯示，到2020年，我國(guó)鐵路網(wǎng)規(guī)模達(dá)到15萬(wàn)公里，其中高速鐵路3萬(wàn)公里，形成八縱八橫的高速鐵路網(wǎng)，其中橋梁占據(jù)相當(dāng)比例，將進(jìn)一步推動(dòng)鐵路或公鐵兩用橋梁的創(chuàng)新發(fā)展，為橋梁鋼的持續(xù)應(yīng)用創(chuàng)造良好空間。 隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，尤其是國(guó)家對(duì)西南邊遠(yuǎn)貧困地區(qū)的政策支持，除了跨越長(zhǎng)江、黃河、海峽的大型橋梁，將出現(xiàn)更多復(fù)雜地質(zhì)條件下穿越深溝峽谷的大型特殊鋼橋，對(duì)橋梁用鋼以及施工技術(shù)都是挑戰(zhàn)。 “一帶一路”的實(shí)施將會(huì)進(jìn)一步加快我國(guó)橋梁“走出去”的步伐。發(fā)展空間29 滬通鐵路長(zhǎng)江大橋主橋采用雙塔三索面斜拉橋， 主跨1092m。通行四線鐵路，六車(chē)道公路

13、。鋼桁梁主體結(jié)構(gòu)首次采用了新研制的Q500qE控溫控軋高強(qiáng)度橋梁鋼，主航道橋用鋼13.95萬(wàn)噸，其中Q500qE鋼3.16萬(wàn)噸。采用Q500qE后，全橋用鋼量減少1.32萬(wàn)噸，節(jié)約費(fèi)用1.5億元。建成后將成為世界上跨度最大的公鐵兩用斜拉橋。 高強(qiáng)鋼滬通長(zhǎng)江大橋發(fā)展趨勢(shì)30 蕪湖長(zhǎng)江公鐵大橋是商杭高速鐵路的控制性工程，主橋?yàn)殡p塔雙索面鋼箱鋼桁結(jié)合梁斜拉橋，主跨588m。通行4線鐵路，8車(chē)道公路。主梁部分采用Q500qE鋼材，全橋用鋼8.15萬(wàn)噸，其中Q500qE鋼8703噸，采用Q500qE后，全橋用鋼量減少3740噸，節(jié)約費(fèi)用4488萬(wàn)元。 建成后將成為國(guó)內(nèi)最大的公鐵兩用矮塔斜拉橋。高強(qiáng)鋼蕪湖

14、長(zhǎng)江公鐵大橋發(fā)展趨勢(shì)31湖北四渡河大橋，2009年，主跨900米，距谷底560米；貴州壩陵河橋，2009年，主跨1088米，距谷底370米；湖南矮寨大橋， 2012年，主跨1176米，距谷底330米；清水河大橋， 2015年，主跨1130米，距谷底460米；貴州北盤(pán)江大橋，主跨720米，距谷底565米；今年9月10日合攏。將帶動(dòng)更多邊遠(yuǎn)地區(qū)的高山峽谷橋的建設(shè)。使橋梁用鋼承擔(dān)更多的社會(huì)責(zé)任。高山峽谷橋發(fā)展趨勢(shì)32東海大橋，2005年，32公里；杭州灣跨海大橋，2008年，36公里；青島膠州灣跨海大橋， 2011年，36.48公里；舟山大陸連島工程， 2009年，五座跨海大橋組成，48.16公里；

15、平潭海峽公鐵兩用橋，正在建設(shè)。將帶動(dòng)更多的跨海大橋的建設(shè)。對(duì)橋梁用鋼的耐候性等都是挑戰(zhàn)?？绾４髽虬l(fā)展趨勢(shì)33耐候鋼京廣鐵路巡司河橋 1989年，由鐵科院研究開(kāi)發(fā)，武鋼試制，原鐵道部專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，寶雞橋梁廠制造了三孔耐候鋼箱梁，鋼號(hào)為NH35q。作為試驗(yàn)，將一孔梁裸露使用，兩孔涂面漆。1991年投入使用，架設(shè)于京廣鐵路巡司河上，是我國(guó)第一座耐腐蝕鋼橋。但是由于多種原因，該鋼并沒(méi)有廣泛應(yīng)用。 目前，耐候鋼橋在美國(guó)、加拿大、日本、歐洲等國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，相關(guān)的規(guī)范指南文件也日臻完善。高性能耐候鋼具有可焊性好、斷裂韌性高、抗疲勞性能優(yōu)越、延性好、耐候性好等特點(diǎn)，使其具有突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和全壽

16、命周期經(jīng)濟(jì)性，是鋼橋發(fā)展的方向之一。發(fā)展趨勢(shì)34耐候鋼藏木特大橋 在建的拉林鐵路藏木特大橋?yàn)橹谐惺絻?nèi)傾提籃鋼管混凝土拱橋，全長(zhǎng)525.30米，主拱跨徑430米。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為時(shí)速160km/h的I級(jí)雙線鐵路，該橋采用Q420qENH和Q345qENH 高強(qiáng)耐候鋼，全橋均為免涂裝，建成后將成為我國(guó)第一座免涂裝耐候鐵路鋼橋，也將成為世界上最大跨度的鐵路鋼管混凝土拱橋。發(fā)展趨勢(shì)35耐候鋼大連普灣跨海橋 在建的大連普灣跨海橋主橋?yàn)椋?0+170+200+170+50）m中承式鋼箱提籃拱橋，全長(zhǎng)640m，通行8車(chē)道公路。該橋采用Q345qENH、Q345qENH-Z15和Q420ENH 耐候鋼，建成后將成為

17、我國(guó)首座耐候鋼大跨徑鋼拱橋。發(fā)展趨勢(shì)36中小跨度組合梁組合梁優(yōu)點(diǎn) 鋼混組合梁由于充分發(fā)揮了鋼和混凝土兩種材料的各自?xún)?yōu)勢(shì)，并能最大程度地實(shí)現(xiàn)工廠化制造、減少現(xiàn)場(chǎng)操作，因而具有整體受力經(jīng)濟(jì)和工程質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)，與鋼結(jié)構(gòu)比較，鋼混組合梁橋具有抗疲勞性好、剛度較大、節(jié)省鋼材、噪聲小等特點(diǎn)；與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有重量輕、強(qiáng)度高和韌性好，且施工方便等特點(diǎn)。 波形鋼腹板組合箱梁橋鋼箱-混凝土板組合梁橋發(fā)展趨勢(shì)37鋼桁腹板組合梁橋工字鋼-混凝土組合梁橋中小跨度組合梁國(guó)外現(xiàn)狀 鋼混組合梁橋在國(guó)外發(fā)展較為成熟。在歐洲、日本等國(guó)的橋梁建設(shè)中，鋼混組合梁橋占有重要地位。以法國(guó)為例，組合結(jié)構(gòu)橋梁最有競(jìng)爭(zhēng)力的跨徑范圍可達(dá)30110m，特別是6080m范圍內(nèi)，鋼混組合梁橋單位面積造價(jià)低于混凝土橋18%（統(tǒng)計(jì)得出），在40100m跨徑范圍的公路橋中，85%是組合結(jié)構(gòu)橋梁。發(fā)展趨勢(shì)38鋼桁-混凝土板組合梁橋鋼-混凝土組合箱梁橋中小跨度組合梁國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 我國(guó)從上世紀(jì)五六十年代即開(kāi)始采用組合梁的構(gòu)造形式，但長(zhǎng)期一段時(shí)間發(fā)展較慢。近20年來(lái)，鋼混組合梁橋在