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窄窄的,长长的,弯弯的,高高的。一个全新桥型,抗十几级台风,通过时速120公里铁路货运。996米连续钢桁梁,宽仅为15米,其上是两座跨径360米的半月型拱肋,拱顶距水面100米。洪奇沥大桥就这样横跨在宽阔的水道上,亦刚亦柔,如诗如画。 洪奇沥大桥是在建南沙港铁路大桥之一。南沙港铁路则是粤港澳大湾区重要交通基础设施,是目前广州南沙自贸区唯一一条在建铁路,全长87.788公里,设计时速120公里。 2019年8月25日10时18分,洪奇沥大桥上两个半月型拱肋完成合龙,精度达毫米级,成功将钢桁梁柔性拱结构桥梁跨径提高到360米,创目前世界连续钢桁梁柔性拱铁路桥最大跨,合龙精度亦为世界之最! 那么,洪奇沥特大桥的“新”有哪些?“首先是设计新。”铁四院设计总体夏正春说,设计洪奇沥大桥,除实用性外,还特别强调与阡陌纵横的水道融为一体。既要柔美、抗台风,还要承受巨大的铁路荷载。“抗冲击力强的钢桁梁柔性拱是最佳设计。”夏正春说,这样可以将刚性梁和柔性拱巧妙结合起来,形成强劲的承载体系,充分发挥钢桁梁刚度大和拱肋受压的性能。 然而,因为洪奇沥特大桥要横跨两个水道的交汇处,河面宽阔,必须用大跨径柔性拱,设计2x360米跨径才能满足要求。而此前,世界最大同类结构桥梁为厦深铁路榕江特大桥,跨径220米。既要大型柔性钢拱跨,又要保证时速120公里重载铁路货运,按已有技术,只能加大桥梁连续钢桁梁的用钢。如此,不仅要加大桥梁本身的重量,还要推高建设成本。 如何减少桥梁自重?设计人员将目光盯上桥面上的道砟,创出第二个“新”,即新型混凝土轨道板。相比无砟,有砟经济性强,但重量很大,以往只在时速250公里的客运,才用无砟轨板,低速铁路一般采用有砟轨面。“为让高速列车顺利低速过桥,又不加重桥梁基础负担,中国国家铁路集团有限公司依托洪奇沥大桥,专门列出科技研究开发计划课题,即《板式轨道无砟桥面钢桁梁柔性拱桥关键技术研究》,研制出经济适用的轻型板式轨枕。”夏正春透露,这一技术成果直接节约成本9000万元。采用新型混凝土轨道板,不仅是大跨度桥梁桥面系的尝试,也丰富了桥面系的形式。 如何对冲桥梁柔性带来的巨幅震动?这便是设计的第三个“新”。铁四院在桥梁轨枕板底部粘贴了橡胶垫层,缓冲隔离,减小钢梁振动。“为便于维修,轨枕板与钢桁梁采用螺栓连接,也用橡胶垫进行隔离。”夏正春说。 为精准完成洪奇沥大桥钢桁梁合龙,铁四院根据合龙口的姿态,结合温度等环境条件进行了精准仿真计算,将合龙精度控制在5毫米内。“依托这一项目特点,申请国家专利11项、发表论文8篇。”夏正春说。 南沙港铁路预计2020年建成通车,届时,南沙港集装箱班列将直达欧洲。
近年来,在政府的高度重视和相关部门的支持配合下,道路的基础安全设施在不断的提升和完善。越来越多的道路根据需求对应安装了隔离护栏、防撞护栏等交安设施,有的人流量大的道路还架起了过街天桥。这些交通安全基础设施的完善,极大的方便了人们的出行,提高了交通安全指数,改善了交通秩序和城市风貌。 事实证明,安装了相应护栏和过街天桥等后,道路上发生的交通事故明显减少了,交通效率也得到显著提升。增加隔离护栏后,车辆乱掉头、乱停车、乱变更车道等现象减少了;用护栏对人行、车道进行有效隔离后,人车混行的乱象也基本得到了有效遏制。行人、车辆各行其道,减少了交通安全隐患。 当然,随着社会的不断发展和进步,道路护栏在保障安全性能的基础上也在不断提升其景观性。护栏颜色和样式的多变性,不断的打破人们对传统护栏的看法,真正做到与周边环境相和谐统一。护栏的材质也从过去的石材、铁艺、不锈钢等逐渐变化,铝合金材质的护栏逐渐进入大家的视线和生活。铝合金护栏因为其独特的性能优点逐渐被人们接受和喜爱,不管是在景观护栏还是防撞护栏方面,铝合金材质都独树一帜,其极高的可回收性也响应了社会绿色环保的号召,成为展示城市交通设施安全、文明、环保的新名片!
2018年10月28日上午10时08分,重庆市万州区一辆公交车与一辆小轿车在万州区长江二桥相撞后,公交车坠入江中,此次事故造成了15条鲜活生命的逝去。事故发生后,桥梁护栏不仅内侧的防撞梁被撞断一大截,外侧护栏也被撞掉了三四片。在对事故原因进行调查的同时,关于桥梁护栏的安全性能等问题也迅速进入大家的讨论话题。 由于既有桥梁的建设年代不同、防护等级不同,部分桥梁交通安全设施不完善,有的可能已经存在较大的安全隐患,对公路桥梁的安全防护设施进行提升改造已刻不容缓。 人行护栏应该具有保护行人安全、防止跌落危险的功能,其采用的制作材料必须坚固、耐久性好,结构设计必须安全可靠。当然,在确保安全性能的基础上,可对护栏进行景观性设计,使其造型、色调等与周边环境更加协调。 防撞护栏应具有阻挡功能、缓冲功能和导向功能,需要具有足够的强度、韧性,并与桥梁主体结构可靠连接。所有的护栏都要经过实车的碰撞试验,确保当护栏经受强烈的车辆撞击后即使扭曲变形,但不会断开。不管车辆从哪个角度撞击,都不会冲出护栏坠落桥外。 护栏防撞等级是根据道路等级、设计速度和事故严重程度等级来确定的。不同的等级由不同代码表示,防撞护栏的防护等级按防护能量划分为八级,见下表。 如果交通事故的最后一道防线——护栏的安全性能存在不足,很容易发生车辆越过护栏的情况,从而引发恶性事故。 卡斯特桥梁SS级铝合金防撞护栏实车碰撞试验 实车碰撞试验后的SS级铝合金防撞护栏现场图片
铝合金之所以在桥梁中得到广泛的应用,主要是其具有较多钢和混凝土结构所不可匹敌的优点。正确认识铝合金的性能特点不但能够认清其在桥梁上得到广泛应用的原因,而且能够为铝合金桥梁的设计给予帮助。 一、物理、化学、力学性能 (1)密度:铝合金的密度约为钢的1/3左右,具有较高的比强度,有利于桥梁的减重,提高桥梁的负载能力。 (2)热膨胀系数:铝合金的线热膨胀系数为1.881×10-5/℃~2.360×10-5/℃,约为钢和混凝土结构的2倍,因此,在设计使用中必须注意热胀冷缩带来的尺寸影响。 (3)耐蚀性:铝合金能够在自然条件下形成氧化膜,对内部材料形成保护,具有良好的耐蚀性,无需进行表面涂层防护,因此具有高的服役寿命和低的维护费用。据有关文献报道,在高盐含量与污染物环境下,铝材料、耐候钢和低碳钢的厚度腐蚀速率分别为0.0194mm/年、0.81mm/年和2.19mm/年。 (4)强度:与低碳结构钢相比,常用5系和6系铝合金的抗拉强度和屈服强度在110-350MPa间,力学性能可观,而且随着技术水平的提高,更高强度铝合金材料的研发成为可能。 (5)焊接性能:与钢相比,铝合金焊合区力学性能损失较大,但通过优化焊接工艺和结构设计可进行有效地弥补,如搅拌摩擦焊能够很好地将铝合金进行焊接并使焊合区力学性能保持或提高。 (6)疲劳性能:铝合金的疲劳强度低于钢,最初设计规定为钢疲劳强度的1/3,但铝合金可通过挤压加工实现整体成形,避免焊接导致的疲劳强度降低,而且可使局部壁厚增大,从而降低应力的影响。 (7)韧性:铝合金具有高韧性和低塑性断裂抗力,与钢相比,无明显低温塑性-脆性转变特性,这一特点使其在某些低温环境下应用非常有优势。 二、经济性、环境影响特性  铝合金结构桥梁造价虽然约为钢或混凝土结构桥梁的两倍甚至更高,但其可加工性强,加工费用低,维护费用低,服役周期长,总体费用算来,与传统钢或混凝土结构桥梁费用持平或略低。  铝合金良好的耐蚀性无需定期的喷漆防腐维护,一定程度上减少了对环境的危害;整体结构组装可大大缩短施工周期,缩短交通恢复期限;铝合金回收能耗仅电解铝的5%,可循环再次利用率大,回收率可达到90%以上(是钢材回收率的5倍以上),基本和铝锭价格差异不大,是典型的绿色环保材料。
铝合金结构桥梁自在国外兴起以来,得到了较为广泛的推广、研究和应用,其应用在国外已趋于成熟。虽然铝合金桥梁在国内的起步比较晚,但是应用也稳步前进。其广阔的发展前景可以从以下几点来分析:(1)传统观念的更正:有研究对比了铝桥、混凝土结构、钢结构桥梁的造价、维护费用、使用寿命、环境影响等因素,而且越来越多的工程实例也证实了铝合金的高造价金额可通过后期低维护费用等加以弥补。同时,也使国内外桥梁工程师对铝合金和铝型材的认识越来越深入。 (2)标准和规范:国内外有关铝合金结构桥梁设计标准和规范正在不断建立和完善中。国外的铝结构设计规范较多,而且更新也比较及时,如加拿大【CSA-S157】、欧洲规范【铝结构设计】、美国的【铝合金设计手册】。铝桥设计规范包括:美国的【AASHTO高速公路桥设计规范】、加拿大【高速公路桥设计规范(CAN/CSA-S6)】等。国内虽然对铝合金结构设计应用研究较晚,但发展也比较迅速,目前有《铝合金结构设计规范》(GB50429-2007)、上海市《铝合金结构设计规程》等。 (3)技术、合金及其性能研究:国内外对铝桥面板的研究已经较为成熟,而且应用也较为广泛。不断提高的材料研发水平,也为研发满足不同性能要求的新合金提供了技术保证。自20世纪末兴起的搅拌摩擦焊也为铝型材的性能保持提供了技术支持,使铝型材在铝桥面板、船舶甲板等方面的应用成为可能。在国内,2012年政府相继出台了《新材料产业“十二五”发展规划》、《有色金属工业“十二五”发展规划》和《铝工业“十二五”发展专项规划》。 (4)铝挤压行业的快速发展:由于铝型材的众多优点,其应用领域不断扩大。据有关资料显示,我国工业铝型材占铝型材总应用量约30%;同期欧洲、北美和日本的铝型材消费结构中,工业耗用比例分别达到为60%、55%和40%。但未来几年内,在市场主导和政府引导的共同作用下,将逐步向工业型材转型。 此外,铝型材本身拥有的众多特性也将成为其在桥梁上广泛应用的重要砝码。为了缓解国内越来越引人关注的交通压力,同时满足地铁建设要求的低地上压力的要求,更多的铝合金人行天桥、铝合金公路桥将会被设计使用。人们对铝合金的认识越来越深入,铝合金及铝桥设计规范不断完善,新材料、新合金、新技术发展迅速,铝合金挤压技术不断升级,国家政策的大力支持,这些都将为铝型材在桥梁上的应用推波助澜,为其广阔的发展前景提供保障。
由于铝合金具有密度小、强重比高、耐腐蚀、焊接性能好、维护费用低及可循环利用等诸多优点,在桥梁工程中越来越引起人们的兴趣和重视,铝合金结构桥梁成为桥梁建设的一种趋势。凭借铝合金优异性能和国外实践经验,铝合金结构桥梁在我国必将得到广泛的应用和发展。 国外铝合金结构桥梁的发展概况 世界第一座全铝合金桥梁建于1949年,跨越加拿大魁北克省阿尔维达塞右奈河上,该桥全长153m,宽9.75m,主跨长88.4m,拱高14.5m,在主跨两侧有几跨6.1m的连接孔,整个结构由2014-T6铝合金制成,到目前为止是世界上最长的铝桥。 1949年英国萨色兰郡建造欧洲第一座铝桥,从1949年-1985年,欧洲又建了35座铝桥。 荷兰建成一些可移动铝桥,其中最著名的阿姆斯特丹Riekerhaven桥,于2003年3月投入使用,是一座活动结构桥梁,在2003年赢得了欧洲铝行业奖。 我国铝合金结构桥梁的发展概况 杭州市庆春路中河人行天桥是我国首座铝合金结构桥梁,2007年3月建成,由外资公司承建,所有铝合金型材均从国外进口,主材为6082-T6铝合金。 上海徐家汇人行天桥工程是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,主材为6061-T6铝合金。2007年9月29日在徐家汇漕溪北路投入运行,总工期仅仅37天。 北京市西单商业区人行天桥工程是北京市迎奥运重点工程,与2008年7月20日投入试运行。铝合金上部结构为外资公司承建,主要铝合金型材均为国内生产,为6082-T6铝合金型材。铝合金步道等附件从国外进口,为6005-T6铝合金。目前是世界上最大的高强铝合金天桥。
铝合金人行天桥结构轻盈、样式美观,桥梁表面光洁,有利于城市景观多样化的发展;铝合金天桥的使用寿命长,耐脏耐旧,材料回收处理成本低,绿色环保;与此同时,铝合金天桥还具有防腐性能好、免维护等特点,后期养护和维修成本极低。 近年来随着我国产能过剩问题日益凸显,铝合金型材市场交投不佳,氛围较淡,上游支撑略坚,下游需求不足,市场现货成交有限,对价格缺乏有力支撑,场内认识心态不佳,铝合金天桥的产业间接拉动了下游市场需求。 铝合金天桥从重量、环保、维护等都要优于钢铁结构桥梁,未来市场替代空间很大。 铝的优势是传统钢铁无法比拟的,相同体积强度,铝的质量只有钢的三分之一,而且铝合金耐腐蚀性更强,每年维护费用降低90%,而且天桥使用寿命到期后,铝合金桥梁可以全部回收利用。目前国内每年计划新建、改建天桥大约500座,市场潜力巨大。 但是从目前我国铝合金人行天桥整体应用规模看,我国铝合金人行天桥还处于起步阶段,目前铝合金人行天桥在我国建设还非常少。 从现有人行天桥总体来看,主要建设还是处于商业密集区人行流量较大以及城市干道。从目前政府建设情况来看,人行天桥主要分布城市干道上方,人流密集商业区以及连廊。 从需求看,城市中心区商业区对铝合金人行天桥需求稍大,主要受施工进度、美观度及环保方面影响,城市中心施工有严格的时间及噪音限制,对工程进度有着严格限制,铝合金人行天桥无论在轻质、高强、耐久、工期短以及低维护等方面都比钢桥具有明显优势。 目前全球高附加值铝延压材产品的消耗占铝材消耗总量的33%,中国的比例仅为12%,远低于全球水平。目前国内高端铝压延材市场仍处于起步阶段,主要依赖进口满足市场所需。 中国交通的‘轻量化’刚刚起步,本土市场发展空间巨大,了解中国市场的中国企业大有可为。
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