桁桥是结构最简单的桥梁,是利用板状的桁架,架设较短距离的桥梁,也是我们经常见到的桥梁。当架桥距离较长,桁架板变厚,桥梁结构变为桁架结构,成为桁架桥。框架桥是桁架与桥墩一体化的桥梁,具有较强的抗震性。
吊桥按照吊挂桁架的方式分为斜拉桥和一般吊桥。斜拉桥的结构是从混凝土钢结构的主塔上部或桥侧面的不同高度将钢缆拉在桥面的桁架上。依靠主塔、钢缆的强度和力的平衡支撑桥的桁架。在吊桥的两岸有大重量的桥基。桥基和桥基之间建造2个以上的主塔。主钢缆拉在主塔之间,吊索从主钢缆垂下将吊桥桁架吊住。主钢缆承受着吊桥的全部重量。吊桥长度越长,越需要使用高强度的无接头钢缆。
新日铁住金棒线材事业部为应对钢丝制造厂、钢缆制造厂、使用钢缆的桥梁建造单位等各方面关于提高设计自由度、提高生产效率、缩短工期、降低成本、以及CO2减排等多项要求,很早就推进高强度桥梁钢缆用线的开发。
桥梁钢缆用特殊钢钢丝的性能要求首先就是高强度。桥梁长度越大,一条主钢缆承担的负荷就越大。所以要求使用高强度桥梁钢缆用特殊钢钢丝。另一方面,在承重相同的情况下,使用高强度钢丝,可减小钢丝的断面面积,从而减少钢缆的自重,进而减少钢材的购入量、便于施工,缩短施工工期。
此外,由于钢缆自重减少,钢缆因自重引起的下垂高度变小,从而可降低主塔的高度。长大桥梁使用的钢缆多是平行线钢缆(PWS)。用许多条特殊钢线材制造的直径约5mm 的镀锌钢丝平行排列成六边形断面的钢缆股,然后将许多钢缆股编制成平行线钢缆。由于钢丝是互相平行排列的状态,所以,钢丝的力学性能原封不动地变成了钢缆的力学性能。因此钢丝的高强度化直接关系到钢缆的高强度化。
表1 桥梁钢缆用钢的主要成分以及钢丝强度
表1是桥梁钢缆用钢的主要类别、成分及钢丝强度。现在新日铁住金公司在钢丝厂的协作下,开发的2.0GPa级钢丝已商品化,开发的1.9GPa级钢丝已实用化,形成了世界最高强度级别钢丝的系列化。
新日铁住金公司开发钢的特点除了高强度,还有就是省略铅浴淬火处理(LP)。铅浴淬火处理一般在钢丝制造厂进行。钢丝制造厂进行线材铅浴淬火处理时要对线材加热,然后单线通过铅浴炉,使线材能够受到均匀加热和均匀冷却,但这成为提高生产效率的瓶颈。新日铁住金采用独自开发的在线直接铅浴淬火(DLP)技术,将轧制后的线材立即在线浸入盐浴炉内进行热处理。所以在钢丝制造厂可省略铅浴淬火处理,从而解决了钢丝制造厂的生产瓶颈问题,使生产效率显著提高,CO2排放量降低了50%以上,以及不使用环境法规限制物质Pb。
桥梁钢缆用特殊钢钢丝的另一个性能要求就是延性。由于DLP处理发生的转变温度低于LP 处理的转变温度,在线材表面生成了软质的贝氏体组织,因此线材表面组织成为贝氏体和珠光体的混合组织,使线材延性下降。新日铁住金对此进行了纳米级的解析。根据解析结果,在钢中添加B抑制贝氏体的生成,并且为了使加硼的效果稳定化,钢中还添加了Ti。经过这种对成分的精心设计,开发出高强度高延性的桥梁钢丝用线材。
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