鋁合金在橋梁領域的應用調研報告

2021-03-04 09:54:08 字數 2605 閱讀 8450

由於鋁合金具有強度重量比高,斷裂韌度和疲勞強度高,耐腐蝕和穩定性好,可塑性、焊接性好等諸多優點,它在土木工程中的應用越來越廣,在橋梁工程中也越來越引起人們的興趣與重視。鋁合金材料的研究及其在橋梁工程中的應用已經成為橋梁創新設計的重要方向之一。

國外鋁合金應用於橋梁中的歷史可以追溯到2023年美國匹斯堡史密斯菲爾德街橋上的鋁橋面板;我國首座鋁合金結構橋梁是杭州慶春路中河人行天橋,它2023年3月建成,所有鋁合金型材均從國外進口,且橋梁結構由外資公司承建。

如今在橋梁領域鋁合金主要應用於民用橋梁(尤其是人行天橋)、軍用橋梁、浮橋、鋁合金甲板和鋁合金橋面等。

1)杭州慶春路中河人行天橋(圖1)2023年3月建成,由外資公司承建,上部結構用德國進口的鋁合金桁架結構箱梁,主橋材料為6082-t6鋁合金,全長36.8公尺,僅重11噸圖1

2)挪威福斯莫公路鋁合金橋修建於2023年,壓制件採用6082及6005型合金。橋面板由3室中空壓制件組成,高0.123m,寬0.

25m,壓制件內部的4片腹板互成60°角,形成橫向框架,與上翼緣板焊接在一起組成正交異性橋面板同時焊接在橋梁上緣。

1)德國施萬貝爾橋建於2023年,該橋採用桁架體系。採用u形弦杆、i形支撐及i形斜桿,結構材料為6082-t6合金。橋面板由一些厚0.

16 m的特製鋁壓件栓接形成,同時用冷拉鋁合金螺栓栓接在縱樑上。這座人行天橋用鋁25t。

2)上海徐家匯人行天橋(圖2)2023年9月29日投入使用,總工期僅37天。該橋由同濟大學沈祖炎院士負責設計,主材為6061-t6鋁合金,單跨23m,寬度6m,鋁合金天橋自重僅150kn,最大載荷質量可達到50t。

3)北市西單人行天橋(圖3)2023年7月20日投入使用。該橋鋁合金上部結構為外資公司承建,主要鋁合金型材均為國內產,為6082-t6鋁合金。主跨全長38.

1m,橋面淨寬8m,總長84m。

加拿大阿爾維達拱橋建於2023年,主拱跨徑88.4m,高14.5m。

主梁由鋁質縱樑和橫樑組成,上面鋪設鋼筋混凝土橋面板。所有支座也均由鋁合金製成。全橋總長153m,寬9.

75m。採用2014-t6型鋁合金,總重150 t。

義大利雷亞爾·費迪南多橋建於2023年,全橋長85 m,寬5.8m,其懸索體系由2道截面為矩形的鐵索組成並通過圓柱形銷釘連線在一起,豎向吊索間距為1.36m,吊索與縱樑的連線裝置嵌在橋墩頂內部。

縱樑採用7020 -t6型鋁合金,橫樑則採用6060- t6型鋁合金。縱樑選用由兩水平弦杆與豎向構件連線形成的佛倫弟爾梁方案。

美國克萊夫公路橋建於1958~2023年間,是世界上第一座焊接鋁橋,是一座4連跨連續高架橋,全長67m,寬10.97m。上部結構由4片高度為965mm的焊接鋁板梁以及橫向支承與主梁用高強螺栓連線形成。

該橋首次採用混凝土橋面板與鋁質上部結構的體系。板材和角鋼分別採用5083-h113和5456-h321型鋁合金。該橋2023年由於道路樞紐改建被拆除。

現代戰爭瞬息萬變、機會稍縱即逝,要求戰備橋梁必須滿足水陸快速機動靈活布置,適合各種複雜氣象條件等要求,二鋁合金結構橋梁正好滿足這種要求。

鋁合金橋在軍事領域的應用主要有應急機動戰備橋(應急機動棧橋)、應急鐵路站台、鋁合金應急路面和應急***停機坪等。

湖北華舟應急輕拼裝鐵路站台主要由鋁合金製成,用於鐵路運輸在無固定站台情況下,保障各類裝備迅速實施裝卸載作業。全套共18件,總重約2.2t,長度11.

3m,寬3.56m。圖4為示意圖。

目前用於裝甲車的軍用橋梁及多數戰備橋梁常用鋁合金製造。德國研製的鋁合金拼接坦克橋由軋制鋁板焊接而成,其中一部分是攪拌摩擦焊接,另一部分則是惰性氣體保護焊接(mig)。圖5為示意圖

我國生產鋁合金浮橋的廠家主要有山東叢林鋁材和東北輕合金等廠家,前者為碼頭用鋁合金浮橋,後者為軍用浮橋。東北輕合金有限責任公司2023年曾獲得發明專利:「浮橋用鋁合金型材的製造方法」。

舟橋是用於在江河上架設浮橋或結構漕渡門橋的制式渡河保障裝備,是陸軍遂行渡河工程保障的最主要裝備。採用輕質高強度的鋁合金作為舟橋的甲板(圖6),可以有效減輕舟體結構白重,提高舟橋的水上機動性。

鋁合金橋面由多孔擠壓型材相互連線在一起構成。空心型材質量輕、抗扭剛度大、預製容易,是各國應用的主要形式。圖7為國外鋁橋面板應用型材的幾種典型形式。

圖7 國外鋁橋面板應用型材的幾種典型形式

其中:a——單孔三角形型材及其組合形式

b——雙孔三角形型材及其組合形式

c——三孔梯形型材組合形式

d——桁架式型材組合形式

e——桁架式型材組合形式

根據國內外鋁合金橋梁例項及鋁合金型材自身效能,應用於橋梁的鋁合金主要有6082和6061型,此外還有2014、5083、5456、6005、6060、6063、7005、7a05和7020等;型材熱處理狀態巨大多數為t6,少部分有h113和h312等,如上文中提到的美國克萊夫公路橋就採用5083-h113和5456-h321型鋁合金。

鋁合金浮橋和鋁合金橋面多採用鋁合金擠壓型材,如東北輕合金有限責任公司生產的軍用鋁合金浮橋擠壓型材擠壓溫度為320~450℃;鋁合金人行天橋可以採用鋁合金擠壓方管型材和鋁合金壓制件。

鋁合金結構的連線方式有鉚接、螺栓與焊接三種方式,焊接主要採用攪拌摩擦焊和mig焊。

用於橋梁建設的我國鋁合金結構件材料效能應滿足gb5237《鋁合金建築型材》標準和gb50429《鋁合金結構設計規範》。此外根據鋁合金橋結構件的連線方式和用途,還應滿足其他相應標準,如軍用浮橋的焊接應滿足jb4730《承壓裝置無損檢測》標準等。

鋁合金材料在橋梁工程中的應用

摘要鋁合金具有重量輕 耐久性好以及容易加工等特點,應用於橋梁工程中具有很大的優勢。本文研究了鋁合金的材性力學特徵,分析了鋁合金作為一種新型建築材料應用於橋梁工程中的優點。在此基礎上回顧了國外鋁合金橋梁的主要發展歷程,闡述了鋁合金橋梁的現狀。最後討論了鋁合金材料應用於橋梁工程需要進一步研究的幾個主要問...

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