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【钢构知识】英国耐候钢钢桥技术
2020-02-21 14:12:57 作者:zjwcj 来源:钢结构设计
施工速度 
由于消除了工厂和现场喷涂操作,因此总体施工持续时间减少。 
外观漂亮 
耐候钢桥梁的美观经常与令人愉悦的环境融为一体,并且随着年份越来越美。
 环境效益 
避免了与油漆涂料中的挥发性有机化合物(VOC)排放相关的环境问题以及未来维护工作中的喷砂清理碎屑的处理。
 安全利益
 由于维护很少,与未来维护相关的风险显然最小化。 还避免了与初始涂装有关的健康和安全问题。 这些问题与钢箱梁的制造和维护特别相关,为了最大限度地减少内部通道要求(例如River Usk Crossing),耐候钢越来越多地被采用。
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River_Usk
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长期表现
耐候钢钢桥在英国有良好的记录。 TRL的一项研究表明,过去20年建造的耐候钢钢桥通常表现良好。遇到问题时,它们通常是特定原因引起的结果,例如桥面板接头泄漏,而不是耐腐蚀性能不足而引起。
使用限制
耐候钢适用于大多数地方。然而,与其他形式的结构一样,某些环境会导致耐久性问题。耐候钢在极端环境中的性能不会令人满意,在这种情况下应避免使用。
海洋环境
暴露于高浓度的氯离子,源自海水飞溅、盐雾或沿海空气中盐分,是有害的。盐的吸湿性对“绿锈”产生不利影响,因为它在金属表面上保持持续潮湿的环境。一般而言,耐候钢不应用于沿海水域2公里范围内的桥梁,除非可以确定,按照BS EN ISO 9223,空气中的氯化物含量不超过S2的盐度分类(即cl<300mg / m2 /天)。
耐候钢通常不应在距离海水2公里范围内使用,该指导意见来自BISRA(英国钢铁研究协会)在20世纪80年代中期的研究。他们测量了英国各地许多地方距离海岸不同距离的空气中氯化物含量,并发现空气中的氯化物含量在距离海岸约2公里的一致距离处显着减少。 CEGB(与输电塔相关)的实践显示了类似的结果。
但是,应该注意的是,空气中的氯化物含量(以及因此耐候钢的适用性)取决于桥址的微气候(即当地地形和盛行风向等),因此这个2km的数字不应被视为固定限制,它仅仅是基于可用数据的指导。
 
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除冰盐
在耐候钢钢桥上方和下方的道路上使用除冰盐,可能在极端情况下导致问题。 这种情况包括:那些含盐的径流通过泄漏的伸缩缝直接流过钢构件的情况,以及来自宽桥下道路的盐雾,其中产生了“隧道状”条件。 在极端情况下,建议对薄弱部位进行局部涂装。 然而,对于大多数耐候钢复合材料的通道(跨线)桥,盐雾不太可能成为问题,即使在5.3米的标准净空高度,现在也允许使用。 “隧道式”条件是指:狭窄下沉式路基及最小路肩宽度及垂直挡土墙,加之较宽的跨线桥及较小的桥下净空和全高度桥台,这两者组合而产生的。 在城市/郊区分离立交时可能会遇到这种情况。 极端的几何形状导致道路盐雾难以被气流消散,并可导致桥梁上过多的盐沉积。
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连续潮湿/潮湿的条件
形成粘附的“绿锈”需要交替的湿/干循环。如果不能发生这种情况,由于连续潮湿或潮湿的条件,耐候钢必须按类似于普通结构钢的腐蚀速率预期。例子包括耐候钢钢构件淹没在水中、埋在土壤中或被植被覆盖、。如果在这种情况下使用耐候钢,则应涂漆,涂装范围应延伸到水、土壤或植被的水平之上。
在水面上的桥面可能处于潮湿条件,尤其是它们特别宽或具有离开水面较低间隙。因此,建议在水上桥梁采用2.5m的最小水面净空,以避免这种潮湿条件。
大气污染
耐候钢不应用于存在高浓度腐蚀性化学品或工业烟雾(特别是SO2)的环境中。按照BS EN ISO 9223,污染等级高于P3(即SO2> 200mg / m2 /天)的环境将避免使用耐候钢。然而,这是一个极端的水平,在目前大气的工业污染限制下很少遇到。
过去曾对柴油烟雾对铁路耐候钢钢桥的长期性能的影响表示关注。虽然柴油烟雾含有空气中的硫化合物,但在一定范围内,它们实际上通过与钢中的合金元素反应形成不溶性腐蚀产物具有有益效果。
塔塔钢铁研究项目的数据显示,高度污染的工业(含硫)气氛中耐候钢的腐蚀速率平均为2微米/年,而传统结构钢的腐蚀速率为50微米/年。在这些自然暴露试验中,工业环境相对极端,即靠近工业焦化厂。
相比之下,通过列车产生的桥下的小气候不太可能产生类似的环境条件。当机车直接在桥下静止时,可以预期污染水平增加,但是暴露的持续时间和钢铁制品上的硫化合物浓度不可能超过200mg / m2 /天的限制。此外,来自柴油废气的沉积物的轻微油性也可以作为水的屏障并减少钢的腐蚀。
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板材
符合EN 10025-5 [1]的S355J0W,S355J2W,S355K2W耐候钢板在英国很容易获得,其尺寸与普通结构钢板相似。
截面形式
英国的耐候钢轧制截面形式比普通结构钢部分难以即时获得,对于少量数量尤其如此。安赛乐米塔尔(ArcelorMittal)确实提供了这样的截面形式,但他们的Arcorox手册中有一个关键句子 - “最低订购数量需要达成协议”。因此,强烈建议设计人员在早期阶段与制造商确认所需的耐候钢轧制截面的可用性。
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耐候钢中轧制型材可能缺乏,但对主梁的供应没有任何问题,因为它们可以用钢板来制造(即使是普通的结构钢,也很少使用轧制型钢)。然而,角钢、槽钢和空心截面通常用于普通结构钢桥上的连接构件,因此对于耐候钢钢桥,必须考虑替代方案。
可能的选择是:
1. 使用未上漆的普通钢材进行临时支撑,之后将其移除
2. 使用留在原位的经过涂装的普通钢支撑
3. 在梁高范围内使用平板支撑
4. 由耐候钢板制造角钢和槽钢
不幸的是,这些选项都不是理想选择。第一种选择在施工过程中引入了额外的危险,通常应避免。第二个选项增加了维护要求(还有其他危险)。第三种选择会妨碍永久模板和钢筋的放置,并且会增加所需的梁板高度。由于制造不对称截面的困难,第四种选择比使用轧制部分更昂贵(比使用轧制部分)。因此,目前关于这个问题的行业建议如下:
双主梁桥 
这种桥的性质决定它们只需要在中间支撑处进行支撑。 有时使用长度较短、轧制截面的“角支撑”,但最经济的解决方案是使用自行加工的、高度较大的 “I”梁。 
多主梁桥 
避免使用“X”或“K”支撑,并采用“H”形结构的“I”梁作为刚性横梁。 然而,对于深梁,可能需要制造角钢或槽钢来形成三角形支撑系统。 在这种情况下,这些可以高价制造。 钢结构承包商往往拥有丰富的知识和经验,并乐于协助设计开发。 建议与钢结构承包商尽早讨论,以便为特定项目实现最经济的耐候钢桥解决方案。
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Bracing
高强螺栓
用于桥梁施工的耐候级别预应力螺栓通常在英国可用(仅限M24尺寸),但通常情况下它们是从北美进口的(以英制尺寸,即1英寸)。因此,推荐的方法是设计采用M24螺栓的连接,但使用也适合1英尺螺栓的螺栓间距(即符合最小间距要求),因为这将最大化钢结构承包商可用的采购选择,即它们可以用1英寸螺栓代替M24(如果需要),不会对连接的布局或设计产生不利影响。

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