近日,交通運輸部發布《關于開展公路鋼結構橋梁典型示范工程建設的通知》(以下簡稱《通知》),明確開展公路鋼結構橋梁典型示范工程建設。《通知》要求,鋼結構橋梁應按照“工業化制造、裝配化施工”要求組織建設,改進建設組織和質量控制管理方式,積極利用BIM(建筑信息模型)等技術手段改進質量管理;同時,要科學選擇橋梁結構型式,強化鋼結構構造設計。目前,全國各地正按照交通運輸部意見,在建設高速公路中均加大了鋼結構橋梁的推廣應用力度,部分項目采用了鋼結構高架橋的方案。今后,鋼結構橋梁建設將逐漸成為趨勢,而將要到來的“鋼橋時代”必然為“鋼需”帶來巨大增長空間。
8月2日,我國鐵路橋梁建設的標志性工程———成都至貴陽高速鐵路西溪河大橋實現鋼混結合橋梁的頂推合龍,標志著大橋主體建設完成。西溪河大橋全長493.6米,最高橋墩為60米,橋面至谷底的深度為260米,采用跨度為240米的上承式鋼管混凝土拱橋新結構,屬我國高鐵轉體橋梁的最大跨度,并首次在國內高鐵拱橋建設中創新采用了“連續拖拉式橋梁頂推”等技術。
加速推廣鋼結構橋梁勢在必行
鋼結構橋梁即采用鋼結構建造的橋梁,一般這種橋梁整體用鋼量達50%以上稱為“大型鋼結構橋梁”。其主體為合金鋼材,生產零部件后進行組裝和焊接。
鋼結構橋梁的優點很多。例如,鋼構件斷面小、自重輕、強度高,適于建造荷載很大的橋梁,鋼構件便于運輸和吊裝。由于鋼材有良好的塑性和韌性,鋼結構橋的抗震性能和抗風性能也更好。同時,鋼結構加工簡易而迅速,施工占地面積小,一些部件可在現場制作,安裝方便,施工周期短,而且鋼橋的安裝方式和鋼結構構件精度高的特點容易使鋼橋質量穩定,鋼結構橋梁在使用過程中也易進行加固、接高、擴寬路面等改造。此外,鋼橋中有許多孔洞與空腔,方便管線布置。
鋼結構橋梁上部結構主要包括鋼桁梁、鋼箱梁和鋼混組合梁3大類:鋼桁梁結構適應性強、結構受力明確、易于檢查維修,長期占據著特大跨徑橋梁的優勢地位,但其用鋼量較大,造價相對較高;鋼箱梁結構自重相對較輕,在橫風作用下穩定性好,但應力狀態復雜,箱梁內部檢測、維修難度較大,養護費用相對較高;鋼混組合梁結構發揮了混凝土材料的抗壓性能和鋼材的抗拉性能,回避了鋼橋面鋪裝的疲勞問題,但其結構自重較大,限制了其在特大跨徑橋梁的應用,在中等跨徑橋梁中優勢明顯。
隨著國內鋼結構橋梁建設技術逐漸進步,我國已經具備推廣鋼結構橋梁的物質基礎和技術條件,有能力推進鋼箱梁、鋼桁梁、鋼混組合梁等公路鋼結構橋梁建設,發揮鋼結構橋梁性能優勢,助推公路建設轉型升級。而且,我國鋼鐵總量增加,鋼鐵產品品種豐富、質量提高,這兩方面均達到了國際先進水平,與之應運而生的是工程鋼結構應用的普及和以鋼結構為依托的鋼結構企業的發展。據統計,我國已有30多家具有特級資質(該資質要求企業年產量超過5萬噸)、產品質量優良、管理科學的鋼結構制造企業,其制造水平達到了國際先進水平;30多家具有實力的鋼結構安裝企業承擔了國內重點大型鋼結構工程安裝,其新技術、新工藝、新設備層出不窮,其施工安裝水平也達到了國際先進水平。
因此,當前是推進鋼結構橋梁建設、提升公路橋梁建設品質的良好契機,推進鋼結構橋梁建設也是促進鋼鐵行業轉型升級的重要舉措。2016年,交通運輸部就發布了《關于推進公路鋼結構橋梁建設的指導意見》,明確要通過5年的努力,使我國公路行業鋼結構橋梁設計、制造、施工、養護技術基本成熟,技術標準更加完備,新建的特大、大跨徑橋梁以鋼結構為主,新改建工程中的常規橋梁,使用鋼結構橋梁的比例獲得明顯提升。
我國發展鋼結構橋梁還有很大空間
我國已成為橋梁大國,但相對于發達國家,我國鋼橋技術發展極不平衡:一方面是特大橋的高水準應用,另一方面是中小型鋼橋的低水準應用且總量很少。據統計,我國橋梁總數超過百萬座,而鋼橋總數量不足萬座。而在法國,鋼橋、鋼混組合橋梁占橋梁總量的85%,日本的這個比例約為50%,美國為30%。這個差距表明,我國發展鋼結構橋梁還有很大的提升空間。
近日,全球基礎設施中心發布最新《全球基礎設施展望》報告,預計2040年全球基建項目投資需求將增至97萬億美元,亞洲將成為全球基建需求最大的地區,2040年將需要投入52萬億美元用于基建。其中,中國的基建投資將達到約26萬億美元。在“十三五”期間,中國交通運輸總投資規模將達到15萬億元。而橋梁鋼結構工程是公路、鐵路和城市高架等交通基礎設施建設中的重點工程。
目前混凝土、預應力混凝土橋梁仍是我國的主導橋型,我國近年來混凝土用量已超過30億立方米,占世界混凝土用量的大部分,其耗用的砂、石料、水泥數量巨大,而水泥、骨料的生產以及產生的大量建筑垃圾也讓我國付出了巨大的環保代價。這使工程界開始更多關注鋼、鋼混組合結構橋。
據測算,公路鋼結構橋梁占比每提升10%,高性能橋梁用鋼年用鋼量將增加836萬噸。當前國內鋼橋的比例不足1%,而發達國家的平均水平為53%,如果我國的鋼橋比例能夠達到這個水平,由此拉動的橋梁用鋼大約在4160萬噸。
另外,相對于公路建設,鐵路建設過程中對于鋼橋的應用很可能速度更快一些。近年來,在我國新增鐵路路網中,高鐵的占比超過50%,根據國家鐵路局數據顯示,2016年全國鐵路投產新線3281公里,其中投產高鐵新線里程超1900公里;預計2017年將新建19條鐵路,共計3986公里,其中高鐵2200公里。這也意味著2008年~2017年累計新增的高鐵里程占到鐵路里程的54%。據了解,京津城際鐵路橋梁占線路長度的88%,廣珠城際鐵路橋梁比例更是高達94%。高鐵與鋼橋建設具有良好的產業協同性。由此可以預測,高鐵建設也會帶動鋼橋建設,進而產生更多用鋼需求。
隨著“鋼橋時代”的到來,高性能橋梁用鋼量將大幅度提升。