日本免涂裝耐候鋼橋關(guān)鍵技術(shù)

雷進(jìn)，楊大海，汪志甜

（1.安徽省交通控股集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230088；2.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

0 前言

耐候鋼，又稱耐大氣腐蝕鋼，含有少量Cu、P、Cr、Ni、Mo等合金元素，在大氣腐蝕條件下，其腐蝕產(chǎn)物和基體之間能夠形成一層致密、連續(xù)、合金元素Cu、Cr、P等富集的內(nèi)銹層。憑借該層銹的保護(hù)，該耐候鋼顯示出良好的耐大氣腐蝕性能。采用耐候鋼建造橋梁,可以降低鋼結(jié)構(gòu)橋梁服役過程中維修養(yǎng)護(hù)的要求，大大減少了直接維護(hù)費(fèi)用、中斷交通間接費(fèi)用，并延長使用壽命，同時(shí)能夠保護(hù)環(huán)境，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。

1 日本耐候鋼橋應(yīng)用研究現(xiàn)狀

日本國土絕大部分局域直接瀕臨海洋，大氣環(huán)境中含有大量的氯離子（Nacl含量在75%以上），公路鋼結(jié)構(gòu)腐蝕嚴(yán)重，因此，日本鋼橋的防腐尤其重要。日本最初是從美國引進(jìn)耐候鋼專利，并在1968年和1971年分別制訂了焊接結(jié)構(gòu)用（JIS G3114）和高耐大氣腐蝕（JIS G3125）兩種耐候鋼標(biāo)準(zhǔn)，屈服強(qiáng)度分別至460MPa和 355MPa。

1967年，日本建造了第一座無涂裝耐候鋼橋——愛知縣知多2號(hào)橋，1985年，日本制訂了《無涂裝耐候性橋梁設(shè)計(jì)施工要領(lǐng)》（以下簡稱《要領(lǐng)》），1993年對(duì)此進(jìn)行修訂[1]。隨后建成的吉瀨田切大橋和橫田川橋，該兩座橋?yàn)槿毡揪哂写硇缘哪秃蜾摌?，?007-2008年度日本土木學(xué)會(huì)最高獎(jiǎng)——田中獎(jiǎng)[2]。經(jīng)過四十多年的技術(shù)發(fā)展和工程應(yīng)用，日本目前已經(jīng)形成了耐候鋼制造、設(shè)計(jì)以及維修養(yǎng)護(hù)等各方面一整套較為完善的理論和應(yīng)用體系。在已建成的鋼橋中，耐候鋼橋已達(dá)到全體鋼橋的20%以上。裸露使用的橋數(shù)約占70%，銹層穩(wěn)定化處理使用的約占20%，涂漆的約占10%。

從發(fā)展趨勢(shì)來看，日本己將耐候鋼逐漸當(dāng)作一種普通橋梁用鋼來廣泛使用。為規(guī)范耐候鋼橋的應(yīng)用，日本從選材、設(shè)計(jì)、施工、安裝及維修養(yǎng)護(hù)等方面制定了相關(guān)的規(guī)范或指南，形成了較為完善的理論和實(shí)踐體系。

2 日本免涂裝耐候鋼橋適用范圍

在《要領(lǐng)》中指出免涂裝耐候鋼一般適用于鹽分較小區(qū)域，近海岸鹽分較大區(qū)域（例如在北部距太平洋2km內(nèi)的海岸、南部距日本海5km的海岸等），宜避免使用。日本對(duì)免涂裝耐候鋼進(jìn)行了限制，前50年的平均腐蝕速率小于等于6μm/a，但是現(xiàn)在規(guī)定免涂裝耐候鋼前100年的平均腐蝕速率小于等5μm/a[3]。日本將第一年的腐蝕損失厚度小于0.03mm作為耐候鋼的指標(biāo)[4]。

3 免涂裝耐候鋼橋構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

《要領(lǐng)》對(duì)耐候鋼橋設(shè)計(jì)中提出了便于排水及局部防腐構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)：①工字梁的下翼緣要求設(shè)計(jì)橫坡便于排水；②箱梁的下翼緣自由伸出肢寬要小，防止積水；③宜避免使用有填板的連接，不得已時(shí)填板的材料也要使用耐候性鋼材；④安裝在外側(cè)的加勁肋,在其下端設(shè)50mm以上的切口,以不影響泄水；⑤安裝在梁端部的伸縮裝置、支座以及它們的四周,均施以涂裝；⑥無論壓桿或拉桿，螺栓的最大中心距應(yīng)為表1中較小的值。

螺栓的最大中心距 表1

4 免涂裝耐候鋼橋施工技術(shù)

《要領(lǐng)》中對(duì)耐候鋼橋制造、運(yùn)輸及架設(shè)作出了規(guī)定，為保證形成免涂裝耐候鋼橋表面形成均勻穩(wěn)定的銹層，《要領(lǐng)》規(guī)定無涂裝橋梁的表面,應(yīng)產(chǎn)生穩(wěn)定均勻的銹層，一般涂裝作業(yè)采用噴丸(砂)法，清潔度達(dá)到Sa2。在堆放運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候，規(guī)定桿件要避免雨水的侵蝕。

5 免涂裝耐候鋼橋性能評(píng)估及養(yǎng)護(hù)

耐候鋼橋在設(shè)計(jì)使用壽命期間，在荷載和環(huán)境共同作用下，材料性能和結(jié)構(gòu)性能均隨時(shí)間發(fā)生變化，因此，日本針對(duì)建立了完善的評(píng)估辦法。首先，應(yīng)該對(duì)耐候鋼橋址環(huán)境條件和橋梁整體情況進(jìn)行一次評(píng)估，在一次評(píng)估的基礎(chǔ)上，對(duì)耐候鋼橋局部構(gòu)造進(jìn)行評(píng)價(jià)，并細(xì)化評(píng)分，必要時(shí)測(cè)定銹層厚度，根據(jù)以上情況進(jìn)行專家評(píng)分，評(píng)定銹層等級(jí)。

性能評(píng)價(jià)體系流程

日本耐候鋼橋梁管理者一般采取各種維護(hù)管理辦法確保橋梁生命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)其功能作用[5]。對(duì)耐候鋼橋常規(guī)養(yǎng)護(hù)重點(diǎn)在于對(duì)鋼表面灰塵垃圾、排水系統(tǒng)、連接部位等的檢查和維護(hù)，對(duì)銹層應(yīng)當(dāng)進(jìn)行評(píng)分，根據(jù)銹層等級(jí)的不同采用不同的處理方法（見表2）。

日本耐候鋼橋養(yǎng)護(hù)方法 表2

6 日本耐候鋼橋應(yīng)用中存在的問題

日本耐候鋼橋技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但仍然存在部分問題：①銹蝕層穩(wěn)定的統(tǒng)一判別標(biāo)準(zhǔn)未形成定論；②耐候鋼橋梁外表顏色單一，對(duì)景觀性有要求的區(qū)域適用性不強(qiáng)；③鹽分、水分較大、防凍劑較多的區(qū)域耐候鋼依然存在銹蝕問題。

7 結(jié)語

日本在耐候鋼橋的設(shè)計(jì)和建造方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，且從選材、設(shè)計(jì)、施工、安裝及維修養(yǎng)護(hù)等方面制定完整的理論體系。從日本豐富經(jīng)驗(yàn)來看，適宜的環(huán)境，合理的設(shè)計(jì)、構(gòu)造細(xì)節(jié)，施工、安裝注意事項(xiàng)以及正確的維修養(yǎng)護(hù)方式這些因素是能否成功應(yīng)用免涂裝耐候鋼橋的關(guān)鍵。但是，日本在耐候鋼橋應(yīng)用中也存在一些問題，我們國家在借鑒相關(guān)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意規(guī)避和解決相關(guān)問題。

我國雖為橋梁工程大國，但是關(guān)于耐候鋼在橋梁工中的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于發(fā)達(dá)國家，很大方面原因是由于使用耐候橋梁鋼的相關(guān)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還未建立或健全，嚴(yán)重影響設(shè)計(jì)者對(duì)耐候橋梁鋼選用的積極性，因此，呼吁國內(nèi)學(xué)者和有關(guān)部門早日制定耐候鋼橋設(shè)計(jì)、施工相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以促進(jìn)耐候鋼橋在我國的應(yīng)用。