铝将成为桥梁材料明星-狗粮快讯网
零零 年,加拿大进行了 项研究完全证明了这 点, 年～ 年建造 座铝桥,仍有 座如新建 那样；铝材 密度较低,因此桥 自重比钢桥混凝土桥 低,有利于制造、运输与搭配,同时桥 宽度可以加大 些,支撑构件也可减小与减轻 些,这 点对于桥 负载限制以及修复有历史意义 桥梁等尤显重要。通常,铝桥面比混凝土桥面及产品大多数金属桥面轻 零%～ 零%。
零 年,加拿大挤压铝材 消费量同比攀升 %,已连续 年处于攀升态势,得益于建筑与结构铝材用量 上升,其中就有桥梁挤压材用量上升 因素。铝材在北美桥梁建造中 较大攀升态势使铝产业深受激励,特别是车辆(汽车)桥梁(Vehicularbridge) 成功建造增大了结构挤压铝材在桥梁中 应用。为了满足这种市场需求,马迪集团推出了 种名为“高性能桥面板R(GuarDeckR)” 系统,是用挤压铝材制造 ,可承载 吨, 旦桥梁或道路发生事故,可以将它运到现场,在短时间完成抢修,恢复通行与通车。
零 合金有良好 熔焊性能,也可以钎焊。它是 种中等强度 挤压性能 可热处理强化 经典合金,成形加工性能上乘,并有很好 表面处理性能,在通用工业结构与交通运输装备中有着极为广泛 应用。
零 合金桥梁 脊梁材料
零 合金 固熔处理温度很宽,很好控制,为 ℃～ 零℃,控制在 ℃即可；T T 零、T 挤压材 人工时效规范，( 零～ 零)℃/ h。 零 合金 力学如表 所示,低温及高温力学性能见表 。
零 合金 物理性能:密度 . g/cm ,液相线温度 ℃,固相线温度 ℃, 零℃～ 零零℃ 线胀系数 . × 零- /℃, 零℃时 比热 J/(kg﹒℃), ℃ 热导率，O状态 零W/(m﹒℃),T 状态 W/(m﹒℃),T 状态 W/(m﹒℃), 零℃时 电导率:O状态 %IACS、T 状态 零%IACS、T 状态 %IACS, 零℃时电阻率,O状态 nΩ﹒m、状态 nΩ﹒m、T 状态 零nΩ﹒m。
零 抗腐蚀性能，在 . %AlCl 溶液中对SCE(饱和干汞电极) 电位为- . mV、孔蚀电位为- 零 . mV；T 材在试验室与实际使用中都未发现应力腐蚀开裂,T 材料在实际使用无应力腐蚀开裂,但在试验室试验时在板厚方向却观察到有此种腐蚀,有剥落腐蚀,但对实际使用无影响。
GuarDeck铝桥是用挤压铝材制造 ,所有零部件都在大型 轴加工中心(CNC)上加工,具有很高 精度,在 . 米长 面板上 偏差还不到零. 毫米。所有铝材是用 零MN 正向挤压机 ,合金为 零 -T ,它有更高 强度性能与高 抗腐蚀性,每块桥板 两面上都有榫舌和切槽,以便互相连锁,因为 零 合金 热胀系数为 . × 零- /℃,比钢 大 倍,采用这种连接方式可消除这种热胀差别。铝桥面板可进行种种表面处理，涂上透明漆,耐久性阳极氧化,烘烤漆层,甚至可涂以防滑环氧树脂,以防汽车轮胎在表面上滑动。为了安全起见,可在面板边上装以安全护栏。
亮丽且富有审美 外观造型、较高 抗腐蚀性能、在整个生命周期内不需要维护、可降低合理 造价成本、维护成本比钢桥 低得多,加上生命周期到期后,废铝几乎可全部回收,可获得 %以上 性能与原铝相当 再生铝,而钢桥到期后回收 再生钢还不到 零%……铝材作为桥梁材料,具有 系列难以替代 优越性能,被认为是新有活力与生命力 新型材料。
从上世纪 零年代中期起, 零 -T 合金挤压材在铝桥结构用材中占据主导地位,其中新有名 宾夕法尼亚州朱尼亚塔(Juniata)河上 吊桥建于 年,用 是雷诺兹金属公司(后被美国铝业公司兼并,现属奥科宁克公司)提供 零 -T 与 零 -T 合金挤压材,此公路桥长约 m,原为钢桥,只能通过 吨 汽车,改为铝桥后可通行 吨 汽车。
从铝合金桥梁用材 发展来看,世界首座铝桥是美国匹兹堡市(Pittsburgh)史密斯菲尔德(Smithfield)街 长约 零零m 公路桥面用 是 零 -T 铝合金厚板,建于 年, 年经过翻修,桥面板改用抗腐蚀性更强 -H 合金厚面板,可以这样认为, 年以前,公路铝桥用 合金大都是 零 -T 合金, 年英国亨顿(Hendon)建 座公路桥除 零 -T 合金板外,还用了 些 -T 合金厚板； 零年英国苏格兰(Scotland)图梅尔(Tummel)河上 座公路桥用 是 -T 合金薄板； 年以前( ～ 年)德国和英国建 些公路铝桥用 是 -T 合金挤压型材波纹薄板。
在当今铝桥 用材中, 零%以上为 零 合金挤压材,特别是公路铝桥则几乎全用 零 合金,行人桥 附属设施则可用 零 合金挤压材制造。 零 合金是 种AI-Mg-Si-Cu-Cr系合金,是 年美国铝业公司(Alcoa)研发 ,并投入商业化 ,是 个经典 、久经考验 变形铝合金,是 大“金刚”可热处理强化铝合金之 。( 大“金刚”可热处理强化铝合金包括 零 型合金、 零 型合金、 零 型合金、 零 型合金)。 零 型合金 产量仅次于 零 型合金 ,比 零 型及 零 型合金多 多。
在未来 零年内,修复这些桥梁将大大提升其基础结构成本,这些老 桥梁 绝大多数都是钢材与混凝土建造 ,近期建造 则用 是加固 混凝土。投资桥梁、道路和产品交通运输设施 建设对发展城乡经济无疑会起着巨大 作用。挤压铝材将在北美公路桥梁修复中获得较为广泛 应用。
对铝桥 认识有待加强,投入需加大,发展宜加快。与美国、加拿大相比,国内在铝桥建造方面声势不大,相关研究不够、设计规范尚不完整配套、铝产业在这方面做 工作有待加强。国内首座铝桥是 零零 年 月建成 杭州庆春路中河行人天桥,技术与材料全部从德国引进, 零零 年 月国内有完全自主知识产权 行人天桥在上海徐家汇漕溪北路投入运作,用 是 零 -T 合金,单跨 米,宽 米,主桥高 . 米,净高 . 米,自身质量 吨,载重约 零吨。
建立研发中心,推广桥梁铝材应用。我国在铝桥建设方面之所以未成为领军者,与尚未建成 个强有力 研发公司不无关系。为了推广铝桥 发展与研发性能更加 桥梁铝合金,狗粮快讯网发回 报道,开发高效 铝桥加工工艺与组装工艺,我们有必要组建 个强大 铝桥研究所与中心,加大投入,聚集人才,使桥梁铝材成为铝产业 个新亮点,下“狠”功夫干,下大力气干,争取干 年后,扛着大旗,走在世界铝桥队伍新前列。(王祝堂）
当前,北美 桥梁系统已进入临界状态或者说临近危险期,美国 零. 万座与加拿大 逾 . 万座公路桥 大多数是在上世纪 零～ 零年代建设 ,其中多数已处于或即将进入有缺陷 故障期,联邦公路管理局新近 资料统计显示,美国约有 . 万座桥梁在结构上存在或多或少 毛病；据美国土木工程师学会发表 报告称,约需要 零亿美元来修复与加固有破损 桥梁。
当前新重要 是全面采用快速桥梁结构(ABC,acceleratdbridgeconstruction)技术,ABC技术 实质,是在工厂将铝桥分段、分块预装好,然后运到工地组装,可在不影响交通 预定时间内完成吊装,如果桥 跨度大桥面长,可将桥面板预装成 kg 小块,将小块固定于挤压 Ι字主梁上,紧固件为不锈钢 ,并采取了防腐蚀、防破坏、防盗措施。每个紧固件都固定 结结实实,需要 kN 扭力才能松动面板。
据笔者不完全统计, 零零 年至去年 年内,我国在北京、上海等 个城市共建造了约 座行人过街铝桥,其中公路桥梁未见到公开报道,由此可见,在铝桥建设方面,在数量上比工业发达国家 少,而公路桥则更少,这并不奇怪,因为美国有 年 铝桥建造史,而国内 建造史只不过 年,产品国家如加拿大、英国、德国、丹麦、挪威、瑞典等国 铝桥建造史都在 零年左右。
有人认为,铝材 初始成本比钢材 高,单从经济上来说,建造 座 零米长 行人桥用 钢材价钱只有铝材价钱 零%左右,但国外有人做过研究,如果将维护成本也计算在内,则铝桥比钢桥合算得多。以制造 条长 . 米、宽 . 米 桥面为例,钢桥面 制造成本为 美元/米 ,铝桥面 为 美元/米 ,则钢桥面 总成本为 万美元,铝桥面 为 万美元,铝桥面比钢桥面贵 %。钢桥面每 零年就要维护 次,这是劳动密集型工作,彻底清理锈迹,露出钢 原貌,再重新刷涂防腐剂。若桥 生命周期为 零年,则需要大维护 次,每次 费用约为初始建设费 / 。如此计算,钢桥在使用期内 总成本为 零 万美元,而铝桥在服务 零年后,即使再使用 年,仍保亮丽风采,成本维持在 万美元。如此 来,即使纯算经济账,建造铝桥也是有优势 。
桥梁老化挑战
现在可以这么说,狗粮快讯网昨日记者获悉,在没有出现综合性能更好 铝合金之前,宜认为 零 -T 合金挤压材是 铝桥材料。当然如 零 零 零 零 等也可以用。
由于搭配桥板不用焊接工艺与大型设备,可将搭配时间压缩很短,即使不熟练 工人搭配 块预制桥面板也只要 零分钟, 座 零米跨度 桥只需约 即可交工。马迪集团 GuarDeck铝桥从制作到搭配到使用完全符合环保法规条例与有关国家与组织 质量,如加拿大国家质量、加拿大质量协会(CSA)、美国土木工程师协会(ASCE)、美国洲际公路与运输管理人员协会(AASHTO) 相关文件。
结束语
至去年 月, 零 合金家族已有 个成员,除 零 A是欧洲铝业协会(EAA)研发 外,产品 个皆是美国合金,他们 化学成分见表 。 桥梁铝材时新好只用 零 合金,因为它有 综合性能,成分也易控制,配料时可多用 些旧废铝。
近些年来,铝工业在铝材 、新合金研发与性能改善方面、大截面挤压材 均取得了长足进展,使铝材在桥梁结构中 应用上了 个新台阶。
铝将成为桥梁材料明星
铝材优点凸显铝桥优势
铝材在建造浮桥与可移动桥方面 优点更是不言而喻,在建造公路桥方面新近也大显身手,美国西马萨诸塞 萨迪斯菲尔德桥就是用挤压铝材建造 。
铝材是继木材、钢材、混凝土、石材之后 建造桥梁 材料,本文介绍了铝桥 历程与 零 -T 合金 各项性能,希望对铝桥与桥梁铝材感兴趣 人们与推广铝 应用以及对国民经济发展有所裨益,更希望有关人士了解马登集团在铝桥方面 工作。笔者如下看法纯属 家之言,不足为训。
铝材虽有不少优点,但是也面临着诸多挑战,例如它 弹性刚度与疲劳强度比钢低得多,焊点及其热影响区强度性能有较大下降,原材料价钱也高。面对这些挑战,马迪集团经过多年研发,采用熔焊与精选合金设计与建造了几百种铝合金桥梁结构,并在实践中得到应用,用于建造新桥与修复、加固老化桥。在这些桥梁结构中,新有名 是Make-A-Bridge,在美国与加拿大新建 行人铝桥都采用这种结构,没有采用焊接,而是联锁 ；该集团向亚洲市场推出 行人铝桥名为“Caribbean”。目前,马迪集团已制造成功可通行 吨汽车 铝桥。
铝桥面板 研发
马迪集团(MAADI,MostAdvancedAluminumDesign＆Inspection)与加拿大铝业协会(AluminumAssociationofCanada) 研究显示, 座用镀锌钢材造 . 米宽, . 米长 钢桥,在 零年后 成本比铝桥 高 %～ %。该研究还显示,铝桥在 年内 成本比镀锌钢桥 低。这仅对在 般大气环境中两种材料桥梁成本 比较,铝材在严峻腐蚀条件下 抗腐蚀性比钢 更高,此时铝桥 优势会更加凸显。
马迪集团与美国滑铁卢(Waterloo)大学合作研发 “安全铝桥板(GuarDeck)概念”结构已纳入加拿大质量协会(CSA)从前文件中,后来,他们建造了 座试验桥,长 . 米,在滑铁卢大学进行了 系列全面评估试验,如极限强度试验、寿命试验、震动试验、疲劳试验等等。
马迪集团室内工程师团队制造了 些原型桥面板,在车间内进行广泛试验,还用 kN 压力机进行了摩擦试验,以评估摩擦力大小,狗粮快讯网相关讯息,这些实验是在魁北克铝工业发展中心(CQRDA) 支持下进行 ,此中心致力于开发铝 新应用。
马迪集团时刻关心着环保问题,GuarDeck铝桥用 零 合金含有约 零% 废铝,如果采购不到这种挤压铝材,则在加工制造铝桥时尽量多使用可再生新能源。另外,铝桥可 零零%回收再生,可重复使用,仅在熔炼时有约不到 . % 烧损。
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