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1、国内外桥梁用钢现状简述摘要:国外已开发出屈服强度960MPa的高强度桥梁结构用钢,以及屈服强度690MPa的耐候桥梁结构用钢产品,均已在工程中实际应用;国内开发出与HPS70W接近的高性能桥梁结构用钢,并已实际使用,但产品在在可焊性、耐候性方面的差距较大。关键词:桥梁;结构钢;高性能前言随着桥梁建设地域的扩展,其面临的恶劣服役条件对桥梁结构用钢,在力学性能、工艺性能和耐候性能等方面提出了更高的要求,目前正沿着“碳锰钢→高强钢→高性能钢”的轨迹发展,应用于桥梁结构的高性能钢已成为目前各国研究热点[1]。1国外
2、桥梁结构用钢1.1高强韧性以往桥梁建设多采用碳锰钢,相同构件采用高强钢能够减小桥梁结构厚度以降低其自重,有利于增大跨距,改善施工和养护条件,加上钢桥的推广应用,刺激了桥梁建设对高强钢(屈服强度不小于345MPa)的市场需求并逐步替代碳锰钢(屈服强度接近235MPa),尤其在钢梁、钢桁等关键部位.美国在高强度桥梁结构用钢方面的研究起步较早,ASTMA709/A709M-11标准中涵盖了36(250MPa)、50(345MPa)、70(485MPa)和100(690MPa)强度级别,均已开发成功并实际应用于超过
3、200座桥梁,其中50级钢包括低合金钢和耐候钢,70级和100级钢为高耐候的HPS。1996年,美国田纳西州路马丁河湾公路桥采用HPS70W钢替代三根连续焊接钢梁原先设计使用的HPS50W钢,在满足各州公路及运输工作者协会桥梁设计规范要求的前提下,桥梁结构自重减轻了24%,建造使用钢材的费用降低了10%。美国宾夕法尼亚州福特城大桥混合采用HPS70W钢和HPS50W钢,在负力矩区域使用HPS70W钢,其余区域使用HPS50W钢,消除了钢梁腹板高度差并节约了纵向腹板栓连接的成本,据测算,该桥结构重量减小了20
4、%。由于100级钢的切割、焊接和加工对施工环境要求高,且价格高,实际工程中应用较少,目前桥梁建设以美标50和70级钢为主,未来50级耐候钢用量将大幅攀升[1]。 经多年努力,日本也开发出345、500、600、700和800(MPa)级钢用于桥梁建设,500MPa及以上级别钢均采用了微合金化成分。1960年,500MPa级钢在首次在桥梁建设中应用,1974年,大阪港大桥使用了超过6000t的700和800(MPa)级钢。目前,NKK公司采用热机械轧制(TMCP)技术生产出具备优良可焊性的980MPa级桥梁
5、结构用钢,但未实际应用。欧洲桥梁建设用钢选择依据欧洲桥梁建设用钢选择依据EN10025系列标准,涵盖了非合金钢、正火/热机械轧制细晶粒结构钢、耐候结构钢和淬回火钢,相继开发出355MPa级钢和460MPa-960MPa高强度钢,经过淬回火处理的S960QL钢(16mm厚钢板,屈服强度不低于960MPa)已在瑞典48号军用桥和德国因戈尔施塔特组合桥中使用。虽然,日本和欧洲已在高强度结构用钢方面做了很多工作,但缺少高耐候高强度结构钢产品,目前桥梁建设用钢目前依然以345MPa-500MPa级钢为主,高强度是未来
6、的发展方向[2]。1.2优良的加工性能采用大厚度和可变尺寸钢材有助于减少制作桥梁结构的焊接次数,降低成本、缩短周期并提升安全性。较低的预热温度和较高的焊接线能力热输入,是减低施工难度和有效措施,也是推动钢桥发展的技术保障。NKK公司开发的570MPa和750MPa级桥梁结构用钢板,厚度分别达到100mm和60mm,欧洲钢板供货长度达到36m,宽5200mm,厚250mm。变截面钢板(简称LP)在长度方向上厚度不同,以适应钢结构中应力变化,有助于减少钢材消耗并缩短焊接时间。JFE公司采用高精度油压式板厚控制技
7、术,已开发出8种变LP,极限宽度5000mm,长6m-2m,厚10mm-80mm,最大厚方向斜度为8mm/m,最大18吨。1995年日本首次使用,到目前为止,有16座大型桥梁使用LP钢板,使用量超过2500度。欧洲LP钢板有简单截面和复杂截面两类,已在德国和卢森堡边界上的某做钢桥上使用,最大厚度变化35mm。随着厚度增大与合金含量增加,焊接产生裂纹的倾向增大,如处理不当将严重影响结构的安全1970年,NKK公司采用TMCP技术,通过成分配比优化和淬火工艺控制,开发的570MPa(Pcm控制在0.20以下)和
8、780Ma(Pcm控制在0.23左右)级低预热型桥梁用钢,斜Y坡口常温焊接不出现裂纹,已应用于日本明石海峡大桥。JFE公司开发了具有低Pcm的490MPa和570MPa级大线能量桥梁结构用钢,产品厚度已达到100mm,采用100KJ/cm-120KJ/cm线能量焊接时,其焊缝的-5℃冲击功均值可达到170J。在焊接时可采用较低的预热温度和大线能量工艺,降低了施工难度并加快了进度,满足现代钢桥快速建造的要求。超低碳
