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中国的巨型大桥 香港新建的单跨斜拉桥寿命也许不像长城那样长,但其设计寿命也已长达120年。 By Carroll McCormick
镍杂志,2005年7月 -- 香港昂船洲大桥的桥面比葵涌货柜码头入口高75米,两个桥塔高290米,直入云霄。这座长度为1600米的大桥在2008年建成时将成为中国全球贸易活动的一个重要组成部分。
由于登上和维护桥塔的顶部非常困难,这促使Arup香港公司的设计者坚持主张120年的免维护寿命。为了满足严格的结构和表面加工的要求,英国伦敦Arup材料咨询公司选择了S32205双相不锈钢(含4.5%-6.5%镍)热轧板来建造桥塔顶部的120米。将使用约2000吨S32205双相不锈钢。
Arup公司同时还选定了S30400不锈钢钢筋(含镍8.0%-10.5%)用于混凝土桥墩和主塔的海水飞溅区。意大利的Cogne公司将提供2882吨最大直径为50毫米的钢筋。
Arup香港公司监督管理这项建设周期为四年的工程,负责所有工程(土建、结构、机械、电气和地下工程)以及与交通、风力、海洋相关的工作。COWI咨询工程师和BMT亚太公司为Arup公司提供支持。前田-日立-横河-新昌建造这一国际企业联合体获得了总金额为3.5亿美元的建设合同。瑞典的Outokumpu公司将提供S32205双相不锈钢和焊材。
大部分厚度为20毫米的S32205双相不锈钢曲面板,将被焊接和用螺栓连接起来构成桥塔的表面。钢板被焊接在一起形成适合吊装的断面尺寸。每个断面的顶部和底部有一个25毫米厚、130毫米宽的结构凸缘,这样相邻的部分可通过螺栓连接在一起。
接着,通过螺栓连接在一起的部件被吊装到位形成一个"罐"结构,再向其内浇注混凝土。大约4万个长度为300毫米、直径为16毫米的柱螺栓被焊在钢板背部,中心间距为300毫米,使钢板同混凝土结合得更牢固。负荷将从混凝土转移到桥塔的表面和凸缘处。
在选择表面建造材料时,设计者们认为:虽然碳钢具备所需的结构强度--450牛顿/平方毫米,但它达不到所需要的零维护的要求。Arup公司的项目材料专家Graham Gedge说:"奥氏体不锈钢的设计强度为300牛顿/平方毫米,达不到强度要求,所以不得不增厚,结果增加了重量、价格也更昂贵。而选用S32205双相不锈钢热轧板,可满足450牛顿/平方毫米的强度要求。"
不采用标准的奥氏体不锈钢还有一个原因:在这种被污染的海水环境中,要获得材料的长寿命,需要仔细控制材料的表面状态。对于这些材料所处环境的耐用性评估是C5M级,可能是国际标准化组织环境分类中最差的大气暴露环境。
对于设计者们所选定的表面,S32205是理想的。Gedge解释说:"S32205同其它备选材料相比,不易发生点蚀和锈斑,因此我们对最终表面加工的选择可以更灵活。最终表面粗糙度的控制变得不那么严格了,即使上面会沾上一些灰尘和盐粒。"
选择了无光、无方向性的表面,部分是从审美角度考虑,但主要是为了使加工简单化。Gedge说:"我们不希望在香港的海港树起两面巨大的镜子。另外,由于需要大量的焊接,因此选择一个加工后易于复原的表面是非常关键的。"
Outokumpu公司将对钢板进行抛光处理至一个标准的表面。当部件制成后,其表面采用氧化铝研磨剂进行喷丸处理,然后再用玻璃珠对表面进行处理,使锋利的氧化铝表面变钝。
为了在设计阶段确保成功,Arup公司同英格兰谢菲尔德的Ancon建筑产品公司签定合同,制造一个同真正桥塔结构表面一样大小的模型。苏格兰格拉斯哥的Barnshaw Bending公司对钢板进行冷弯成形处理,而英格兰Derby的Metal Improvement公司进行表面加工。
模型由两半构成,每半高1.75米,长7米,按计划制成曲面形。每半由对缝焊接而成的钢板组成,最后这两半用螺栓固定的凸缘连接到一起,此凸缘与实际结构将要采用的凸缘相同。
不锈钢钢板被冷弯成圆锥形(塔半径从S32205起始处的30米到顶部的27米逐渐减小),焊接、凸缘、柱螺栓和电缆通道等细节都一一仔细完成。
Gedge说:"模型使我们重新考虑凸缘连接,因为焊缝发生了大量的变形。我们改进了焊接方法,大大减少了变形,作了第二个较小的构件。我们最大的挑战是如何才能实现最小的变形和最高的结构强度。
模型同时使我们生产出所需的表面加工,确保焊缝处看上去不那么明显。我们相信可以在热轧厚板上获得这种表面。"
双相不锈钢桥塔和不锈钢钢筋的联合使用将使大桥变得更加持久耐用。
Carroll McCormick是蒙特利尔市的一名自由撰稿人
图片: Arup Materials Consulting

Graham Gedge Associate Director Arup Materials Consulting Arup Campus Blythe Gate Blythe Valley Park Solihull West Midlands B90 8AE United Kingdom
Tel: +44 (0)121 213 3431 Fax:+44 (0)121 213 3001 Mobile:+44(0)7711 696099 E-mail: graham.gedge@arup.com Web site: www.arup.com
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