铝合金在桥梁领域的应用调研报告_铝合金材料调研报告

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铝合金在桥梁领域的应用

目录

目录................................................................................................................................I 1.综述.............................................................................................................................1 2.铝合金桥梁分类及实例.............................................................................................1 2.1民用桥梁..................................................................................................................1 2.1.1连续箱梁桥...........................................................................................................1 2.1.2桁架桥...................................................................................................................1 2.1.3拱桥.......................................................................................................................2 2.1.4悬索桥...................................................................................................................2 2.1.5高架桥...................................................................................................................2 2.2军用桥......................................................................................................................3 2.2.1应急拼装铁路站台...............................................................................................3 2.2.2应急机动栈桥.......................................................................................................3 2.3浮桥..........................................................................................................................3 2.4舟桥铝合金甲板......................................................................................................3 2.5铝合金桥面..............................................................................................................4 3.铝合金桥材料及结构件连接方式.............................................................................4 3.1材料..........................................................................................................................4 3.2材料生产方式..........................................................................................................5 3.3结构件连接方式......................................................................................................5 4铝合金桥结构设计标准.............................................................................................5

I 1.综述

由于铝合金具有强度重量比高，断裂韧度和疲劳强度高，耐腐蚀和稳定性好，可塑性、焊接性好等诸多优点，它在土木工程中的应用越来越广，在桥梁工程中也越来越引起人们的兴趣与重视。铝合金材料的研究及其在桥梁工程中的应用已经成为桥梁创新设计的重要方向之一。

国外铝合金应用于桥梁中的历史可以追溯到1933年美国匹斯堡史密斯菲尔德街桥上的铝桥面板；我国首座铝合金结构桥梁是杭州庆春路中河人行天桥，它2007年3月建成，所有铝合金型材均从国外进口，且桥梁结构由外资公司承建。

如今在桥梁领域铝合金主要应用于民用桥梁（尤其是人行天桥）、军用桥梁、浮桥、铝合金甲板和铝合金桥面等。

2.铝合金桥梁分类及实例

2.1民用桥梁

2.1.1连续箱梁桥

1）杭州庆春路中河人行天桥（图1）2007年3月建成，由外资公司承建，上部结构用德国进口的铝合金桁架结构箱梁，主桥材料为6082-T6铝合金，全长36.8米，仅重11吨。

图1

2）挪威福斯莫公路铝合金桥修建于1996年，压制件采用6082及6005型合金。桥面板由3室中空压制件组成，高0.123m，宽0.25m，压制件内部的4片腹板互成60°角，形成横向框架，与上翼缘板焊接在一起组成正交异性桥面板同时焊接在桥梁上缘。2.1.2桁架桥

1）德国施万贝尔桥建于1955年，该桥采用桁架体系。采用U形弦杆、I形支撑及I形斜杆，结构材料为6082-T6合金。桥面板由一些厚0.16 m的特制铝压件栓接形成，同时用冷拉铝合金螺栓栓接在纵梁上。这座人行天桥用铝25t。2）上海徐家汇人行天桥（图2）2009年9月29日投入使用，总工期仅37天。该桥由同济大学沈祖炎院士负责设计，主材为6061-T6铝合金，单跨23m，宽度6m，铝合金天桥自重仅150KN，最大载荷质量可达到50t。

3）北市西单人行天桥（图3）2008年7月20日投入使用。该桥铝合金上部结构为外资公司承建，主要铝合金型材均为国内产，为6082-T6铝合金。主跨全长38.1m，桥面净宽8m，总长84m。

2.1.3拱桥

加拿大阿尔维达拱桥建于1950年，主拱跨径88.4m，高14.5m。主梁由铝质纵梁和横梁组成，上面铺设钢筋混凝土桥面板。所有支座也均由铝合金制成。全桥总长153m，宽9.75m。采用2014-T6型铝合金，总重150 t。2.1.4悬索桥

意大利雷亚尔·费迪南多桥建于1998年，全桥长85 m，宽5.8m，其悬索体系由2道截面为矩形的铁索组成并通过圆柱形销钉连接在一起，竖向吊索间距为1.36m，吊索与纵梁的连接装置嵌在桥墩顶内部。纵梁采用7020-T6型铝合金，横梁则采用6060-T6型铝合金。纵梁选用由两水平弦杆与竖向构件连接形成的佛伦弟尔梁方案。2.1.5高架桥

美国克莱夫公路桥建于1958～1963年间，是世界上第一座焊接铝桥，是一座4连跨连续高架桥，全长67m，宽10.97m。上部结构由4片高度为965mm的焊接铝板梁以及横向支承与主梁用高强螺栓连接形成。该桥首次采用混凝土桥面板与铝质上部结构的体系。板材和角钢分别采用5083-H113和5456-H321型铝合金。该桥1993年由于道路枢纽改建被拆除。

图3

图2 2.2军用桥

现代战争瞬息万变、机会稍纵即逝，要求战备桥梁必须满足水陆快速机动灵活布置，适合各种复杂气象条件等要求，二铝合金结构桥梁正好满足这种要求。

铝合金桥在军事领域的应用主要有应急机动战备桥（应急机动栈桥）、应急铁路站台、铝合金应急路面和应急直升机停机坪等。2.2.1应急拼装铁路站台

湖北华舟应急轻拼装铁路站台主要由铝合金制成，用于铁路运输在无固定站台情况下，保障各类装备迅速实施装卸载作业。全套共18件，总重约2.2t，长度11.3m，宽3.56m。图4为示意图。

图4

2.2.2应急机动栈桥

目前用于装甲车的军用桥梁及多数战备桥梁常用铝合金制造。德国研制的铝合金拼接坦克桥由轧制铝板焊接而成，其中一部分是搅拌摩擦焊接，另一部分则是惰性气体保护焊接（MIG）。图5为示意图。

2.3浮桥

图5

我国生产铝合金浮桥的厂家主要有山东丛林铝材和东北轻合金等厂家，前者为码头用铝合金浮桥，后者为军用浮桥。东北轻合金有限责任公司2005年曾获得发明专利：“浮桥用铝合金型材的制造方法”。

2.4舟桥铝合金甲板

舟桥是用于在江河上架设浮桥或结构漕渡门桥的制式渡河保障装备，是陆军遂行渡河工程保障的图6

最主要装备。采用轻质高强度的铝合金作为舟桥的甲板（图6），可以有效减轻舟体结构白重，提高舟桥的水上机动性。

2.5铝合金桥面

铝合金桥面由多孔挤压型材相互连接在一起构成。空心型材质量轻、抗扭刚度大、预制容易，是各国应用的主要形式。图7为国外铝桥面板应用型材的几种典型形式。

图7 国外铝桥面板应用型材的几种典型形式 其中：a——单孔三角形型材及其组合形式 b——双孔三角形型材及其组合形式

c——三孔梯形型材组合形式 d——桁架式型材组合形式 e——桁架式型材组合形式

3.铝合金桥材料及结构件连接方式

3.1材料

根据国内外铝合金桥梁实例及铝合金型材自身性能，应用于桥梁的铝合金主要有6082和6061型，此外还有2014、5083、5456、6005、6060、6063、7005、7A05和7020等；型材热处理状态巨大多数为T6，少部分有H113和H312等，如上文中提到的美国克莱夫公路桥就采用5083-H113和5456-H321型铝合金。

3.2材料生产方式

铝合金浮桥和铝合金桥面多采用铝合金挤压型材，如东北轻合金有限责任公司生产的军用铝合金浮桥挤压型材挤压温度为320～450℃；铝合金人行天桥可以采用铝合金挤压方管型材和铝合金压制件。

3.3结构件连接方式

铝合金结构的连接方式有铆接、螺栓与焊接三种方式，焊接主要采用搅拌摩擦焊和MIG焊。

4铝合金桥结构设计标准

用于桥梁建设的我国铝合金结构件材料性能应满足GB5237《铝合金建筑型材》标准和GB50429《铝合金结构设计规范》。此外根据铝合金桥结构件的连接方式和用途，还应满足其他相应标准，如军用浮桥的焊接应满足JB4730《承压设备无损检测》标准等。