1、铝合金在桥梁工程中的应用摘要：铝合金作为一种新型的高性能建筑材料，具有密度小、强重比高、耐腐蚀、焊接性能好、易于装配、维护费用低及可循环利用等诸多优点，在土木工程中的应用越来越广，在桥梁工程中的应用也越来越引起人们的兴趣与重视。本文介绍了国内外铝合金桥梁应用实例及科技研发状况，并针对铝合金结构桥梁发展中存在的问题，提出了建议。 中图分类号：TS912 文献标识码： A 1.概述 铝合金材料因为具有其强重比高、耐腐蚀、断裂韧性和疲劳强度高、焊接性能好等诸多优点，在机械、航天、航空、船舶、汽车制造、军工、包装、电子和电力等领域得到广泛应用。正是这些优点使得铝合金成为一种新型的建筑材料，开始应用于土
2、木结构当中。铝合金结构桥梁在欧洲和北美已经有了很多实例，中主要应用于桥面板、主梁等受力构件。在我国，铝合金结构桥梁目前只在城市人行天桥中采用。 2.国内、外铝合金桥梁发展概况 2.1 国外铝合金桥梁发展概况 铝合金在桥梁工程中的应用已有 80 多年的历史了。1933 年，美国最先将铝合金材料应用于史密斯菲尔德街桥的桥面板上1。1946 年，世界上第一座全铝合金结构的桥梁在美国纽约建成。此后，北美相继修建了一批铝合金桥梁，1946-1963 年间，共建造 9 座铝合金桥梁，其中 8 座目前仍在使用。 在欧洲，20 世纪 50 年代至 70 年代，由于钢材价格上涨，加之钢桥成桥后维修费用高，人们开
3、始寻找新的材料代替钢材，铝合金材料因其强重比高、耐腐蚀、维护费用低及可循环利用等特点符合了当时对桥梁结构材料的要求，使之铝合金桥梁得到了快速发展。其中德国在 1950 年-1970 年间，共建造铝合金桥梁 20 座，包括人行桥和公路桥。1964 年，英国在梅德斯通修建跨越 Medway 河的人行铝桥（悬索桥） ，跨径 180m，桥面板采用薄铝结构，用 6082-T6 铝合金制成，其他部分用 6063-T5 铝合金制成。采用倒 V 型钢架，纤细的桥身，碳纤维和不锈钢栏杆，使该桥异常轻巧，使整个桥轻盈的漂浮在 Medway 河上，加上铝合金材料的金属光泽，为整个桥增加了现代色彩，对视觉形成强烈的冲
4、击，令人耳目一新。该桥荣获多项欧洲设计奖项。法国在 20 世纪 70 年代初期，修建了 2 座公路铝桥，第一座位于蒙梅勒，跨越索恩河，最初该桥的上部结构采用钢木结构，目前已被全桁架结构所代替。第 2 座位于格罗莱，跨越罗讷河，跨径 174m，其中桁架主梁采用 6082R31 型铝合金，桥面板由原来的钢木组合结构替换为轻质混凝土结构【2】 。1998 年意大利借鉴法国两座桥改建的经验，对二战中受损严重的雷亚尔.费迪南多悬索桥进行了翻新，纵梁采用 7020T6 型铝合金，横梁采用 6060T6 型铝合金，目前该桥仍在正常运营。荷兰充分利用铝合金质量轻、运输方便的优点分别于 1999 年、2003
5、年在海尔蒙德和阿姆斯特丹建成一种别具风格的开启式桥，这两座桥分别于 1999 年和 2003 年获得“欧洲铝结构奖” 。在此基础上，荷兰为了研究运输基础设施的创新方法，设计建造了一座单车道漂浮式公路浮桥，设计车辆最大通行速度为 80km/h2。 1949 年，加拿大在魁北克省阿尔维达塞右奈河上建成一座单跨跨径达 90m 的铝合金桥，该桥桥墩高约 15m，整个结构由 2014-T6 铝合金制成，总质量 163t。与原计划修建的钢桥相比，重量减轻约 56%2。 2.2 国内铝合金结构桥梁发展概况 由于铝合金桥梁自身的特点很明显，我国已经开始关注铝合金桥梁的应用，2007 年德国合作，建成了中国第一
6、座铝合金桥杭州市庆春路铝合金人行天桥。该桥位于杭州市庆春路与中河路交叉口，该桥采用新型的铝合金桁架结构，平面布置为工字形，有五个不连续的桥梁通过两个平台连接组成。整座桥有德国桥梁工程师设计、安装，所有桥梁结构的铝合金材料也是完全从德国进口，因为是第一座铝合金桥，我国没有相关的经验及材料，引进这座全铝合金桥是为了以后自主设计和修建铝合金桥梁做准备。同年杭州市又一座铝合金人行天桥在环东公寓门口建成运营，该天桥主桥垂直跨国环城东路，桥下净高 5.0m，能满足电车的净高要求。 2007 年 9 月 29 日国内首座完全自主设计、自行生产、自行建造的铝合金结构桥梁上海徐家汇人行天桥工程在徐家汇漕溪北路投
7、入运行，该桥外形类似“白渡桥”连接徐家汇第六百货以及太平洋百货。主材为6061-T6 铝合金，单跨 23m，宽度 6m，主桥高 2.6m，桥净高 4.6m。铝合金天桥自重仅 150 kN，最大载质量可以达到 50t，远低于“地铁上建设天桥总荷载不得超过 700 KN”的标准，确保了该处地下地铁运行的安全且有效地缓解了该路段人行通道的拥挤状况。 2008 年 7 月，作为北京市迎奥运重点工程的西单商业区人行天桥工程投入试运行，铝合金上部结构为外资公司承建，主要铝合金型材（6082-T6 铝合金型材）均为国内生产，铝合金步道板等附件从国外进口，为 6005-T6 铝合金。其中新建一号天桥为“U”型
8、天桥，连接中友百货商场和君太百货商场，主跨为 38.1 m，桥面净宽 8.0m，主桥高 4.1m，净高为 5.1m，总长 84m，总面积为 1506m2，配置 8 部自动扶梯，一部残疾人升降平台，目前是世界上最大的高强度铝合金天桥；新建二号天桥为“Z”型天桥，连接西单商场和西单国际大厦，主跨为 32.7m，桥面净宽6 m，净高 5.2 m，总长 53.9m，总面积为 952.2m2，配制 4 部自动扶梯；该天桥造型追求时代感、形式简约，在满足安全性、实用性的同时，兼顾标志性、美观性、舒适性，体现人文气息，堪称人行天桥的经典作品。作为迄今为止世界上最大的高强铝合金天桥，该天桥成功解决了复杂环境下
9、铝合金结构桁架吊装难题，并制订 JQB-198-2008北京市西单商业区人行天桥工程铝合金上部结构施工质量验收标准(北京市建设委员会备案)，为今后铝合金结构桥梁施工验收提供了宝贵借鉴经验。 此外，在福建龙岩以及广西南宁等城市也相继设计建造了铝合金人行天桥。目前均运行良好。 3. 国内、外铝合金结构桥梁的科技研发概况 3.1 国外铝合金结构桥梁的科技研发概况3 2O 世纪 9O 年代，全世界几个重要的铝制造商承担完成了一项综合研究计划。该计划致力于寻找新的建造方法扩展铝的用途，其中包括铝合金结构桥梁计划，在美国已经取得了第一阶段成果。在美国的公路桥梁设计规范中专门有一章介绍铝结构。 根据全世界铝
10、合金结构桥梁在实际应用中的经验，波兰完成了一项开发并建造铝合金桥梁系统的研究计划。该研究主要目标是用挤压型板焊接在一起制造铝桥面板，并将研究成果应用于波兰的道路维修。 荷兰为支持铝桥的研究和促进铝桥的复兴，在 1999 年 9 月开始实施为期 3 年的“铝桥”工业项目。参与该项目的包括铝材生产商、设计院、政府、建筑单位和研究机构，已完成格罗宁的开启桥、温莱克司标准桥梁、现有桥梁的加长和桥面板维修与加固，取得了巨大成果。 3.2 国内铝合金结构桥梁的科技研发概况 虽然铝合金桥梁在我国的应用越来越多，但目前主要应用在城市人行天桥中，科技研发也比较欠缺，对了合金材料的性能研究较少，目前也没有关于铝合
11、金桥梁结构设计施工控制规程或规范。主要的科研成果有： （1）同济大学编制的 GB50429-2007铝合金结构设计规范颁布，极大的促进了铝合金结构在我国的应用。 （2）北京市西单商业区环境整治工程指挥部组织编写了 JQB-198-2008北京市西单商业区人行天桥工程铝合金上部结构施工质量验收标准 ，为指导铝合金桥梁施工验收奠定了基础。 4 铝合金结构桥梁发展中存在的问题及建议 4.1 国内铝合金桥梁发展中存在的问题主要有： （1）现有设计、施工规范落后铝合金结构的实际发展。 （2）铝合金材料自身弹模低、高温应力衰减严重，限制了其在大跨度结构中的应用。 （3）缺乏看待铝合金结构在环保可持续发展方
12、面的重要意义。 4.2 建议 （1）加大对发展铝合金结构桥梁的政策支持，并抓紧制定和完善我国的专业规范、规程。 （2）加强对铝合金结构桥梁的科研工作，可联合铝材生产商、科研院校、设计院、建设单位开展课题研究，解决当前铝合金结构自身的缺点，加快推进铝合金结构桥梁在我国的应用与发展。 （3）缺乏看待铝合金结构在环保可持续发展方面的重要意义。 5 结 语 铝合金结构桥梁在国外已经有了各种各样的应用实例，并且制定了相关的规范。而国内对铝合金结构桥梁的研究相对较少，并没有制定专业的规范，这很大程度上制约了铝合金桥梁在国内的发展。 我国目前已具备发展铝合金结构桥梁的基础条件，发展符合我国国情的铝合金结构桥梁对优化建筑业产业结构，提高产业整体水平、实现可持续发展等均具有重大意义。可以预测，铝合金结构桥梁在我国必将得到广泛应用和发展。 1 陈宝春，杨亚林，孙潮，铝桥的应用与发展；世界桥梁，2004,2. 2 Tomasz Siwowski. Aluminum BridgePast,Present and FutureJ.Structural Engineering International,SEI,2006,4. 3 姚常华，杨建国，吴利权，铝合金结构桥梁的应用现状、前景及发展建议；钢结构，2009,7.
