我國橋梁建設呈現(xiàn)五大新趨勢
進入新世紀以來，為了突破制約經(jīng)濟快速發(fā)展的交通“瓶頸”，我國鐵路、公路投資迅速增長，帶動橋梁事業(yè)快速發(fā)展。“我國橋梁建設已走在世界先進行列，橋梁鋼結(jié)構制作、施工技術的創(chuàng)新和進步已為世界所公認。我國公路橋梁、鐵路橋梁，尤其是跨江跨海大橋建設都取得了舉世矚目的成就。例如，正在建設中的港珠澳跨海大橋是世界上最長、投資最多、施工難度最大的跨海橋梁項目，更是舉世矚目。世界最大跨度的單塔自錨抗震懸索鋼結(jié)構橋梁———美國舊金山新海灣大橋，所需的4.5萬噸橋梁鋼結(jié)構全部為“中國制造”。其中，鋼結(jié)構全部由我國的上海振華重工總承包制作，鋼材采用了河北鋼鐵集團舞鋼生產(chǎn)的A709M—HPS485W高性能橋梁鋼板。這是我國橋梁鋼結(jié)構制作和材料發(fā)展水平已獲得世界認可的有力證明�！痹�9月13日~14日召開的中國鋼結(jié)構協(xié)會橋梁鋼結(jié)構分會第四屆理事會成立大會暨第八次年會上，中國鋼結(jié)構協(xié)會秘書長劉萬忠談到我國橋梁建設的成就時充滿了自豪。
那么，當前我國橋梁設計和建設出現(xiàn)了哪些新的發(fā)展趨勢?為此，《中國冶金報》記者在會場專門采訪了橋梁方面的有關專家。他們認為，新的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
一是一橋多線式鐵路鋼橋成為發(fā)展主流。據(jù)中國鋼結(jié)構協(xié)會橋梁鋼結(jié)構分會常務副理事長兼秘書長、中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所研究員張玉玲介紹，為適應鐵路事業(yè)的蓬勃發(fā)展，滿足日益增長的鐵路運輸要求，同時為了節(jié)約航道資源，大型鐵路鋼橋一橋多線式橋(甚至公鐵兩用橋)已成為發(fā)展的主流。例如，已建成的武漢天興洲長江大橋為三片主桁、下層為兩線高速鐵路和兩線客貨混跑雙線共四線鐵路、上層為六車道公路的公鐵兩用斜拉橋，京滬高速鐵路南京大勝關長江大橋為三片主桁、兩線高速鐵路、兩線客貨混跑雙線外加兩線城鐵的六線鐵路鋼桁拱橋，京滬高速鐵路濟南黃河橋為兩片主桁、兩線高速鐵路、兩線客貨混跑雙線的剛性梁柔性拱橋，東新贛江特大橋為兩片主桁、四線客運專線的連續(xù)鋼桁梁橋。
二是向大跨度方向發(fā)展。“近年來，我國橋梁建設項目無論在跨度上還是在建設規(guī)模上，都實現(xiàn)了重大的突破�！敝袊摻Y(jié)構協(xié)會橋梁鋼結(jié)構分會理事長、中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所黨委書記兼副所長劉曉光在接受《中國冶金報》記者采訪時如此表示。他以斜拉橋為例加以說明。蘇通長江大橋(主跨1088米)、香港昂船洲大橋(主跨1018米)的建成，一下子使我國公路用斜拉橋的主跨長度跨越到了千米級別。蘇通長江公路大橋是一座100+100+300+1088+300+100+100米的雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，創(chuàng)造了世界最大跨徑、世界最高橋塔、世界最長斜拉索、世界最大規(guī)模群樁基礎等4項“世界第一”。此外，我國公鐵兩用斜拉橋的主跨長度也在向千米級別進軍。即將建成通車的合福鐵路銅陵長江大橋是一座下層為四線鐵路、上層為雙向六車道高速公路的兩塔五跨鋼桁梁斜拉橋，主跨630米，刷新了武漢天興洲長江大橋創(chuàng)造的紀錄———504米，是當今世界上最大跨度的公鐵兩用斜拉橋。正在規(guī)劃建設的滬通長江大橋也是一座下層為四線鐵路、上層為雙向六車道高速公路的雙塔五跨斜拉橋，主航道橋為168+462+1092+462+168米，主跨為1092米，建成后不僅將超越銅陵大橋成為世界上最大跨度的公鐵兩用斜拉橋，還將超越蘇通大橋成為“世界第一跨”的斜拉橋。
三是向重荷載方向發(fā)展�！拔錆h天興洲長江大橋可以同時承載2萬噸的載荷，為當今世界上載荷量最大的公鐵兩用橋�！迸c會專家介紹說。蘇通大橋全線采用雙向六車道高速公路標準，計算行車速度南北兩岸接線為120公里/小時，跨江大橋為100公里/小時，全線橋涵設計荷載采用汽車一超20級、掛車一120。
四是使用壽命更長�！懊绹f金山新海灣大橋的設計使用壽命長達150年，使橋梁的使用壽命一下子由以前的六七十年延長了一倍�！眲⑷f忠強調(diào)。延長橋梁的使用壽命，就是對橋梁建筑節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的最好詮釋。目前，我國正在開展新一輪大規(guī)模的橋梁建設，特別是跨江跨海大橋，設計使用壽命越來越長。如東海大橋、杭州灣跨海大橋、青島海灣跨海大橋都提出設計使用壽命為100年;港珠澳大橋的設計使用壽命則長達120年，可以抗擊8級地震。
五是更加注重造型美觀�，F(xiàn)在，我國的橋型、橋式是千姿百態(tài)、異彩紛呈。除上述提到的大橋之外，還有重慶至利川鐵路韓家沱長江大橋、黑瞎子島烏蘇大橋、哈大客運專線新開河特大橋、中朝鴨綠江界河公路大橋等，它們更像一座座空間藝術品，成為當?shù)氐臉酥拘越ㄖ怨庹f，未來，鋼結(jié)構橋梁設計更加重視建筑藝術造型，更加重視環(huán)境保護，更加注重與當?shù)爻鞘协h(huán)境和人文景觀的完美結(jié)合。
我國橋梁鋼亟須進一步升級
談到橋梁用鋼的發(fā)展趨勢時，與會專家認為，高強鋼橋以其優(yōu)越的技術經(jīng)濟性能將成為橋梁創(chuàng)新設計的發(fā)展方向。為了滿足現(xiàn)代橋梁結(jié)構在大跨度、重荷載、長壽命、環(huán)保、美觀等各方面提出的更高要求，我國應學習發(fā)達國家在高強鋼橋研究和工程實踐方面取得的經(jīng)驗，積極研發(fā)適合我國國情的高強鋼橋建造技術，提高鋼橋的技術水平。
為此，我國橋梁鋼也亟須進一步升級，加強高強度、高性能橋梁鋼的研發(fā)和推廣應用。專家指出，與發(fā)達國家相比，我國橋梁鋼強度等級還有一定的差距。當前，我國橋梁鋼主要采用Q345q和Q370q，而Q420q橋梁鋼也僅有南京大勝關長江大橋、合福鐵路銅陵長江大橋等少部分橋梁采用，500MPa級別的高強度、高性能橋梁鋼還沒有使用案例。國外發(fā)達國家大量使用500MPa級別的高強度、高性能橋梁鋼，如美國大量使用HPS485W、HPS690W等高性能橋梁鋼，日本大量使用BHS500W、BHS700W等高性能橋梁鋼，歐洲大量使用S460ML、S460QL、S690QL等高性能橋梁鋼。根據(jù)1999年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，日本高性能鋼已經(jīng)占所有橋梁用鋼量的22%，其中抗腐蝕鋼材占高性能鋼的將近70%，占全部鋼鐵產(chǎn)量的15%。而有關數(shù)據(jù)顯示，在我國所有鋼結(jié)構中，高強鋼使用的比例只有1%。因此，研發(fā)和推廣高強鋼、高性能橋梁鋼有利于滿足橋梁工程環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的需求，有利于減輕鋼橋的自重，實現(xiàn)減量化用鋼。
不過，我國高性能橋梁鋼開發(fā)和應用正在緊鑼密鼓地進行。據(jù)劉曉光透露，目前，中國鐵道科學研究院正在為Q500qE高性能橋梁鋼應用進行前期的基礎性研究�！皬脑囼灲Y(jié)果來看，鞍鋼研發(fā)的Q500qE高性能橋梁鋼總體性能很好，現(xiàn)在問題主要在焊縫的性能上�！必撠烸500qE高性能橋梁鋼應用前期試驗研究的中國鐵科院鐵建所研究員田越這樣告訴《中國冶金報》記者。他說，由于強度提高和晶粒細化，Q500qE高性能鋼母材的Kc(斷裂脆性)指標普遍高于Q370qE和Q345qD橋梁鋼。不過，Q500qE高性能鋼焊縫，32毫米板厚的Kc指標與Q345qD橋梁鋼大抵相當，但稍低于Q370qE橋梁鋼;50毫米板厚的Kc指標要好于Q370qE橋梁鋼，44毫米板厚的Kc指標與Q370qE橋梁鋼相比有高有低。所以，他建議進一步加強對Q500qE高性能鋼的焊縫性能的改善研究。據(jù)《中國冶金報》記者了解，正在規(guī)劃建設的滬通長江大橋有可能采用Q500qE高性能橋梁鋼。
與此同時，高性能橋梁鋼在公路鋼橋中應用的前期基礎研究也在進行。據(jù)從事該項目研究的相關人士介紹，為了在公路橋梁中推廣和安全應用高強度鋼材，他們以河北鋼鐵集團舞鋼采用調(diào)質(zhì)處理工藝生產(chǎn)的HPS485W橋梁鋼為對象進行了研究。試驗研究結(jié)果證明，舞鋼HPS485W橋梁鋼是一種綜合性能優(yōu)越的新型橋梁結(jié)構鋼。與傳統(tǒng)橋梁用鋼相比，HPS485W高性能橋梁鋼強度高，沖擊韌性高，韌-脆轉(zhuǎn)變溫度低，斷裂韌性優(yōu)越。他們認為，鑒于優(yōu)越的抗斷裂能力，HPS485W高性能橋梁鋼可優(yōu)先用于低溫地區(qū)以及承受高應力和復雜應力的鋼結(jié)構橋梁。
觀察
我國橋梁鋼未來用量倍增不是夢
近年來，隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國交通建設事業(yè)發(fā)展迅猛，帶動了新一輪大規(guī)模的道路橋梁建設，從而拉動了橋梁的用鋼需求。那么，現(xiàn)在我國橋梁鋼結(jié)構年需求量到底達到多少呢?據(jù)《中國冶金報》記者在采訪中了解，目前沒有一個非常準確的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。不過，在接受《中國冶金報》記者采訪時，中國鋼結(jié)構協(xié)會秘書長劉萬忠給出了一個大概的比例。“2011年，我國鋼結(jié)構產(chǎn)量達到3000萬噸，占我國用鋼總量的5%左右。其中，橋梁鋼結(jié)構大概占我國鋼結(jié)構總量的8%~9%。”按此比例推算，我國橋梁鋼的年用量大概為240萬噸~270萬噸。
未來，我國橋梁鋼需求還有多大的增長空間呢?與會專家指出，“十二五”期間，我國公路、鐵路建設仍在快速推進，我國仍處在大規(guī)模建橋階段，跨江跨海大橋方興未艾，這必然會進一步帶動橋梁用鋼需求增長。以正在建設的港珠澳大橋為例，大橋長49.968公里，總投資達到720多億元，僅鋼材需求就預計高達111萬噸，其中鋼筋用量46萬噸(橋梁14萬噸、隧道31萬噸、隧道人工島1萬噸)、橋梁鋼板或型鋼用量65萬噸(橋梁53萬噸、隧道11萬噸、隧道人工島1萬噸)。
據(jù)劉萬忠介紹，盡管近10多年來，鋼結(jié)構橋梁發(fā)展很快，但鋼橋所占的比例仍很低。在興建的橋梁中，鋼結(jié)構橋梁只占1%左右，絕大部分還是鋼筋混凝土橋梁。而美國鋼結(jié)構橋梁占33%，日本鋼結(jié)構橋梁占41%。一位業(yè)內(nèi)專家給《中國冶金報》記者這樣算了一下：如果按照日本鋼橋用鋼在鋼材總用量中占1%的比例，我國橋梁的年用鋼量就應達到700萬噸，現(xiàn)在連一半都沒有達到，今后還有很大的發(fā)展空間。
另外，劉萬忠還特別指出，我國鐵路建設實現(xiàn)跨越式發(fā)展，新建的高速鐵路大多以橋代路，其中80%都是預應力鋼筋混凝土橋梁，用鋼橋替代的潛力很大。對此，與會專家接受《中國冶金報》記者采訪時都認為難度很大，關鍵在于鋼結(jié)構橋梁的造價遠遠高于預應力鋼筋混凝土橋梁，并且鋼結(jié)構橋梁的防腐維護成本也很高。不過，劉萬忠表達了不同的看法。比如，住房鋼結(jié)構，現(xiàn)在已開發(fā)出了與鋼筋混凝土住房造價差不多的鋼結(jié)構住宅，關鍵是我們在鋼橋替代方面缺乏深入的“產(chǎn)學研用”聯(lián)合研究和探索。他同時強調(diào)，我國現(xiàn)在具備了發(fā)展鋼橋的條件：我國連續(xù)十幾年保持世界第一產(chǎn)鋼大國的地位，鋼產(chǎn)量已達到7億噸，不缺鋼材。再加上現(xiàn)在鋼材價格持續(xù)低迷，發(fā)展鋼結(jié)構橋梁的成本大大降低。促進包括橋梁鋼結(jié)構在內(nèi)的鋼結(jié)構行業(yè)發(fā)展，一是可以緩解當前鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能過剩的壓力;二是符合綠色環(huán)保、節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟的要求，達到使用壽命后可以作為廢鋼資源加以循環(huán)回收利用，有利于我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。而對于維護成本高的問題，劉萬忠也表示，現(xiàn)在鋼廠開發(fā)的耐候鋼完全可以解決這一問題，可以保證幾十年不用維護。
對于如何促進橋梁鋼結(jié)構發(fā)展的問題，方繼在與《中國冶金報》記者交談時表示，發(fā)展鋼混橋不失為一個較為理想的方案，即在主橋或關鍵橋段都采用鋼結(jié)構，引橋或非關鍵部位仍采用預應力鋼筋混凝土橋梁。這樣既可以使工程的造價降下來，又能推動橋梁鋼結(jié)構的發(fā)展。目前，幾乎所有的特大橋都是正橋采用鋼橋、引橋采用預應力混凝土橋的形式。
鏈接
Q370q成為橋梁建設用鋼主力不銹鋼復合橋面板有望推廣
——從合肥南環(huán)線經(jīng)開區(qū)特大橋探窺我國鐵路大橋建設用鋼現(xiàn)狀
在本次會議期間，《中國冶金報》記者有幸參觀了將要竣工的合肥南環(huán)線經(jīng)開區(qū)鋼桁梁柔性拱特大橋，從中一窺當前我國鐵路大橋的用鋼情況。
Q370q橋梁鋼成為橋梁建設的主力鋼種
一下車，只見由藍色鋼梁組成的主橋架矗立在面前，正中間頂著一個弧形的紅色橋拱，橋下的預留地是用來建合寧高速公路的，整個大橋如同一條巨龍臥在4根巨大的混凝土橋墩上，氣勢非常宏偉，成為合肥城南的一道亮麗風景線。據(jù)承建該橋的中鐵四局集團鋼結(jié)構有限公司總工方繼介紹，這座大橋長461米，高80米，是一座下承式、等高、連續(xù)、鋼桁梁柔性拱橋，是滬漢蓉高速鐵路引入合肥鐵路樞紐的重點控制工程。該橋主跨229.5米、柔性拱矢高45米，在我國同類型橋梁中目前居于首位。
該工程項目負責人張雪松在接受《中國冶金報》記者采訪時透露，整座大橋用鋼量達到1.35萬噸，其中用于主桁整體節(jié)點焊接的鋼材采用了Q370qD橋梁鋼，板厚超過40毫米的鋼材采用了Q370qE橋梁鋼，用于上平縱聯(lián)、橫聯(lián)和橋面系縱橫肋的鋼材均采用Q345qD橋梁鋼。這是我國鐵路大橋建設用鋼現(xiàn)狀的一個“縮影”，Q370q橋梁鋼已經(jīng)成為我國橋梁建設的主力鋼種。
這或許還可以從韓家沱長江大橋和銅陵長江大橋等橋梁用鋼中獲得證明。韓家沱長江大橋為一座鐵路用的81+135+432+135+81米雙塔雙索面鋼桁梁斜拉橋，是重慶至利川鐵路上技術含量高、設計施工難度大的控制性工程。據(jù)該工程項目負責人曾永平介紹，其主桁和橋面板均采用了Q370qD橋梁鋼，最大厚度達到50毫米。即將投用的合福鐵路銅陵長江大橋是一座公鐵兩用的90+240+630+240+90米兩塔五跨鋼桁梁斜拉橋，下層為設計時速250公里的合福鐵路雙線和時速160公里的合廬銅鐵路雙線共四線鐵路，上層為設計時速100公里的雙向六車道高速公路。據(jù)負責此工程設計的中鐵大橋勘測設計院集團公司副總工萬田保介紹，銅陵長江大橋主要采用了Q370qE、Q420qE橋梁鋼，總用量達到7.8萬噸，其中絕大部分都是Q370qE橋梁鋼。
鐵路橋面采用不銹鋼復合鋼板值得鋼廠關注
在經(jīng)開區(qū)特大橋參觀時，還有一個用鋼情況引起了《中國冶金報》記者的特別關注，那就是它的橋面鋼板。據(jù)介紹，經(jīng)開區(qū)特大橋在材料使用方面的一個創(chuàng)新點，就是它在我國鐵路客運專線中首次采用了321-Q345qD不銹鋼復合正交異性橋面板，有效地解決了橋面的防水保護問題。不銹鋼復合鋼板由兩部分疊成，底層是14毫米厚的Q345qD橋梁用結(jié)構板，上層是3毫米厚的321不銹鋼板，具有抗高溫高壓、耐腐蝕性強的特點，可有效延長橋面的使用壽命。
有關專家表示，隨著鐵路鋼橋正交異性鋼橋面板的應用，道砟和鋼板之間的防水保護成為一個影響橋梁耐久性的關鍵問題。目前，鐵路鋼橋面往往要鋪上一層混凝土防水保護層，通常采用剛性防水保護層，如京滬高速鐵路南京大勝關長江大橋采用高筋高性能混凝土防水保護層，福廈鐵路木蘭溪大橋采用了聚丙烯纖維高性能混凝土防水保護層;而東新贛江特大橋進一步創(chuàng)新，采用了環(huán)氧瀝青混凝土柔性防水保護層。鐵路鋼橋要求保護層能在正常應用過程中不破碎、不崩潰、不老化，從而能夠有效保護鋼橋的橋面主體結(jié)構，因此成為橋梁建設的一個難點�，F(xiàn)在，經(jīng)開區(qū)特大橋直接采用不銹鋼復合鋼板，不用再做防水保護層。這是我國鐵路鋼橋在使用新材料方面的一個創(chuàng)新，值得大力推廣應用。這一用鋼趨勢值得相關的鋼鐵企業(yè)關注和重視。不過，有關專家也指出，這種不銹鋼復合鋼板推廣應用的難點在于對焊接的要求比較高。
來源：中國冶金報
