普蘭店海灣鋼箱系桿拱橋鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕設(shè)計

陳建榮 (遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院，遼寧沈陽 110166)

普蘭店海灣鋼箱系桿拱橋鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕設(shè)計

陳建榮
(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院，遼寧沈陽 110166)

文章以跨越普蘭店海灣的一座聯(lián)長640 m的五跨鋼箱系桿拱橋為例,介紹了海洋環(huán)境中多跨鋼箱系桿拱橋鋼結(jié)構(gòu)部分的防腐蝕設(shè)計。為同類型鋼橋防腐蝕設(shè)計提供參考。

鋼箱系桿拱橋；鋼橋防腐蝕設(shè)計；鋼材；涂料

位于海洋環(huán)境中的五跨鋼箱系桿拱橋，其所處強(qiáng)腐蝕自然環(huán)境和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，使得本橋鋼結(jié)構(gòu)面臨復(fù)雜的防腐蝕難題。本文詳細(xì)列舉了防腐蝕解決方案。

1 橋梁概況

普蘭店灣跨海橋主橋為5跨鋼箱系桿拱橋，其跨徑布置為50+170+200+170+50=640 m。主拱肋采用鋼箱截面，拱肋軸線總體內(nèi)傾9°。主梁為鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)。由邊縱梁、橫梁、小縱梁組成的縱橫體系，其上設(shè)混凝土橋面板。吊桿采用環(huán)氧涂層鋼絞線成品吊桿。系桿采用可更換式環(huán)氧涂層鋼絞線系桿。主跨理論跨徑200 m，矢高為61.54 m，矢跨比為1/3.25，設(shè)計拱軸線采用懸鏈線。次邊跨拱理論跨度為170 m，矢高44.46 m，矢跨比為1/13.82，設(shè)計軸線采懸鏈線。邊跨理論跨徑50 m，設(shè)計拱軸線采用懸鏈線。拱肋軸線總體內(nèi)傾9°。中跨拱肋及次邊跨拱肋均采用箱形截面，拱肋截面尺寸由拱頂?shù)?.0 m×3.0 m漸變到拱腳附近的3.0 m×4.5 m。橋型布置及橫斷面見圖1、圖2。

圖1 橋型布置(單位：cm)

圖2 典型橫斷面(單位：cm)

2 橋梁鋼結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計

2.1 耐腐蝕材料的選取

本橋為地方投資建設(shè)的一座規(guī)模較大的跨海鋼結(jié)構(gòu)橋梁，考慮到橋梁運(yùn)營后地方管養(yǎng)能力，地方不能成立專門隊伍對本橋進(jìn)行日常管養(yǎng)，防腐蝕設(shè)計是本橋設(shè)計的重點(diǎn)。

近些年，應(yīng)用在橋梁上的高性能鋼已成為國際鋼鐵材料研究的熱點(diǎn)，美國和日本等國在高性能鋼(HPS)方面投入了大量人力和物力進(jìn)行研發(fā)。如美國HPS-70W鋼、HPS-100W鋼和日本的SMA570W系列鋼等。耐候橋梁用鋼作為高性能橋梁鋼的一個發(fā)展方向，在國外得到了較為廣泛的發(fā)展。美國已經(jīng)建成約10 000座耐候鋼橋梁，并多為不涂裝使用。

遼寧省在幾座橋上已經(jīng)使用了耐候鋼，根據(jù)以前幾座橋的實踐經(jīng)驗，本橋采用了耐大氣腐蝕的鋼板。鋼材種類主要有Q345qENH、Q420qENH、Q345qENH-Z15。鋼板的熔煉分析成分見表1。

針對本橋的特殊情況，鋼橋制造單位跟高校和鋼廠研制了耐侯鋼板，同時焊劑廠家也研制了專門的耐候焊劑。保證焊劑的耐候指數(shù)達(dá)到6.0，焊接后鋼材的沖擊韌性滿足規(guī)范的要求。

表1 熔煉分析成分

注：1.按照Pcm = C + Si/30 + Mn/20 + Cu/20 + Ni/60 + Cr/20 + Mo/15 + V /10 + 5B計算Pcm。

2.耐大氣腐蝕指數(shù)I=26.01(%Cu)+3.88(%Ni)+1.20(%Cr)+1.49(%Si)+17.28(%P)-7.29(%Cu)(%Ni)-9.10(%Ni)(%P)-33.39(%Cu)2≥6.0。

2.2 涂裝方案

(1)本橋處于海洋環(huán)境中，原則上應(yīng)該使用耐海洋環(huán)境的耐候鋼，由于耐海洋環(huán)境腐蝕的耐候鋼成本太高，本橋采用較便宜的耐大氣腐蝕的鋼板與涂裝配套的防腐體系。

(2)本橋涂裝面積大、維修工作量大且工作條件惡劣、養(yǎng)護(hù)成本非常高，宜首選耐腐蝕壽命長的方案，以降低維護(hù)費(fèi)用。鋼結(jié)構(gòu)外表面及非封閉環(huán)境內(nèi)表面涂裝方案按大氣區(qū)腐蝕種類為C5-M級別選用長效型(1 5～25年)涂層配套體系。

(3)所采用的涂層體系要求達(dá)到耐鹽水性240 h 、耐化學(xué)品性能72 h 、耐鹽霧性能3 000 h 、人工加速老化性能 5 000 h 。鋼結(jié)構(gòu)部分附著力≥3 MPa (橋面為 5 MPa)。

(4)涂裝方案詳見表2～表4。

表2 主體結(jié)構(gòu)涂裝方案

表3 附屬結(jié)構(gòu)涂裝方案

表4 高強(qiáng)螺栓涂裝方案

3 結(jié)束語

(1)相關(guān)研究和實驗都表明耐候鋼具有良好的力學(xué)性能、可焊性和耐環(huán)境腐蝕性能，在遼寧省幾座大橋上的應(yīng)用也表明，采用耐候鋼后工程造價基本相當(dāng)或增加很少，而全壽命周期的成本卻大大降低了，因此耐候鋼值得在鋼結(jié)構(gòu)橋梁上大力推廣。今后我們將結(jié)合橋梁實際情況，逐步研究耐候鋼的不涂裝應(yīng)用，以進(jìn)一步降低初期成本，促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的發(fā)展。

(2)對于養(yǎng)護(hù)薄弱的地方鋼結(jié)構(gòu)橋梁，必須重視橋梁的防腐蝕設(shè)計。

U445.7+3

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[定稿日期]2016-10-14

[作者信息]陳建榮(1978～)，男，碩士研究生，高級工程師，專業(yè)為橋梁工程。