这7座大桥见证新中国桥梁钢迭代升级之路

来源: 中国冶金报社  发布时间:2024-10-18

新中国成立75年来,我国桥梁建设取得了举世瞩目的伟大成就,已完成了从追赶先进到领跑世界的精彩变身,进入了世界桥梁建设强国的行列。新中国桥梁钢的发展与新中国桥梁建设紧密相联、相互成就,桥梁建设推动了桥梁钢发展,桥梁钢发展又支撑了桥梁建设,如今已携手领跑世界。新中国成立75年来,我国桥梁钢经历了从低碳钢到低合金钢再到高强度钢的发展过程,从最初依靠进口到只能生产16Mnq钢,再到现在实现世界最高等级桥梁钢Q690qE的成功应用,已跻身国际先进行列。

可以说,每一座大桥的背后,都离不开钢铁的有力支撑。正如中国钢铁工业协会党委书记、执行会长何文波所说:“在这个世界上,一切有力量、有高度的现代建筑和人工物体,无一不是钢铁的杰作。是钢铁支撑起这个世界,也是钢铁改变了这个世界。”中国钢助力中国桥成就了一项项世界之最,世界最长的跨海大桥港珠澳大桥、世界最大跨径拱桥天峨龙滩特大桥、世界最大跨度的斜拉桥常泰长江大桥、世界最大跨径全离岸海中钢箱梁悬索桥深中大桥、国内联长最长波形钢腹板梁式桥昭君黄河特大桥……

一座座桥梁跨越江河湖海,连通深山峡谷,造型各异,已成为各地的地标性建筑,打造出一张张亮丽的中国名片。

大江奔涌千帆竞,长虹飞架起宏图。新中国成立75年来,我国桥梁建设用钢大致经历了7个发展阶段。

我国第一代桥梁钢:武汉长江大桥采用由苏联进口的A3q桥梁钢

1957年10月15日建成通车的武汉长江大桥是新中国成立后在苏联专家参与下建成的第一座公铁两用大桥,不仅结束了数千年来长江天堑有舟无桥的历史,被称为万里长江第一桥,还实现了京广铁路南北大动脉的贯通,成为“新中国建桥史上第一座里程碑”。

新中国成立之初,百废待兴。1950年春,中央人民政府正式做出修建武汉长江大桥的决定。1953年4月,周恩来总理批准成立武汉长江大桥工程局。1955年9月1日,武汉长江大桥正式开工。1956年6月,毛泽东主席到湖北调研,看到大桥雏形初现时深有触动,创作了著名诗篇《水调歌头·游泳》, 其中的 “一桥飞架南北,天堑变通途”名句更是广为传诵。武汉长江大桥总长1670.4米,其中正桥8墩9垮,长1155.5米,每孔桥跨为128米。

武汉长江大桥为铆接结构,钢梁全部采用从苏联进口的A3q钢(Q235碳素钢)建造。A3q钢的屈服强度≥240兆帕,抗拉强度≥380兆帕。据了解,大桥采用了24805吨钢梁、百万颗铆钉,每一根米字形钢梁的立柱有16吨,4个斜杆每个有9吨,钢梁下悬重36吨、上悬重35吨。大桥可抵御8万立方米流量、3米流速的洪水,可抗8级以下地震和强力冲撞。A3q钢也被称为新中国第一代桥梁建设用钢。

我国第二代桥梁钢:鞍钢为南京长江大桥研制的“争气钢”——16Mnq桥梁钢

南京长江大桥

南京长江大桥是第一座由中国自行设计和建造的双层式公铁两用大桥,是新中国建桥史上的第二座里程碑。铁路桥全长6772米,公路桥全长4589米,由正桥、南北桥头堡和南北引桥组成。其中,正桥9墩10跨,长1576米,最大跨度为160米。

1960年1月,南京长江大桥开工建设。1968年9月30日,南京城万人空巷,5万多名军民齐聚长江两岸,汽笛声响,一列7节车厢的火车从大桥上平稳驶过,南京长江大桥铁路桥正式通车。同年12月29日,公路桥正式通车。至此,南京长江大桥全面建成通车。

南京长江大桥刚上马,就遇到了严重的困难。当时,中国还没有技术能力生产符合要求的钢材,国外企业也不愿提供。1961年下半年,国务院决定大桥钢梁所用钢材不再进口,采用国产同等性能的钢材替代,做到“用自己的钢,建自己的桥”。“钢铁长子”鞍山钢铁便挑起了此重担,在一无经验、二无技术资料的情况下,凭着艰苦奋斗的精神,鞍钢人研制生产出了16Mnq桥梁钢(Q345q钢),助力建成了这座举世瞩目的“争气桥”,这批钢材也因此被称为“争气钢”。

据悉,16Mnq桥梁钢具有良好的综合力学性能、焊接性能及低温冲击韧性,冷冲压及可切削性均好,和A3q钢相比,成分上仅多了一点锰,在具有与A3q钢同样好的塑性和焊接性的同时,屈服强度提高了50%左右,其屈服强度≥345兆帕,抗拉强度≥520兆帕。鞍钢生产的16Mnq高强度桥梁板填补了国内空白,1964年获得了国家新产品一等奖, 被称为新中国第二代桥梁建设用钢。

我国第三代桥梁钢:鞍钢等为九江长江大桥研发的15MnVNq桥梁钢

九江长江大桥为双层双线公铁两用桥,公路桥长4460米,铁路桥长7675米,其中正桥10墩11垮,长1806米,最大跨度达216米,被称为“新中国建桥史上的第三座里程碑”,先后获得国家优质工程鲁班奖和国家科技进步奖一等奖。

九江长江大桥建设一波三折,从开工到建成历时20年之久,是我国建设时间最长的大桥。九江长江大桥最早于1959年就进行过方案设计和比选,1960年因国民经济调整而搁置。历时10年之后,九江长江大桥被列为战备工程,其勘察规划再次提上日程,周恩来总理对大桥建设专门做了指示。1972年6月2日,交通部下达《九江长江大桥新建工程设计任务书》。1973年12月26日,九江长江大桥正式开工。1979年底,九江长江大桥正桥10个墩台施工完成后因经济整顿而缓建,1987年4月4日国家发文决定恢复大桥建设。1993年1月16日,九江长江大桥公路桥通车;1995年6月1日,铁路桥正式开通运营。

在建设期间,鞍钢为九江长江大桥研发生产出我国第三代桥梁建设用钢——15MnVNq钢(Q420qE钢),供应2万吨15MnVNq钢(武钢供应1万多吨16Mnq钢),填补了我国大跨度栓焊钢桥用优质高强度钢的空白。钢板最大厚度为56毫米,超过了当时国际铁路钢桥的规定,对焊接质量要求高,焊接难度大。为此,大桥采用了栓焊工艺,使铆接工艺从此退出了我国铁路钢桥建设的历史舞台。该钢种与16Mnq钢相比,虽然强度显著提高,屈服强度≥420兆帕,抗拉强度≥540兆帕,但采用加钒提高强度的方法,导致钢板低温韧性和焊接性较差,后来未得到推广应用。

我国第四代桥梁钢:武钢为芜湖长江大桥研发的14MnNbq桥梁钢

芜湖长江大桥是当时亚洲最大的公铁两用桥,被称为“新中国建桥史上的第四座里程碑”。1997年3月22日,芜湖长江大桥动工兴建, 2000年9月30日通车运营。芜湖长江大桥公路桥长6078.4米,铁路桥长10624.4米,其中正桥全长2193米,采用了主跨为180米+312米+180米的矮塔斜拉桥。

为解决15MnVNq钢板低温韧性和焊接性较差的问题,1997年,武钢和武汉大桥局合作联合为芜湖长江大桥研发出了第四代桥梁钢,即大跨度铁路桥梁用钢14MnNbq(Q370qE钢),用在主跨为312米的钢梁上。14MnNbq钢在16Mnq钢基础上采用降碳加铌微合金化技术研发,其屈服强度≥370兆帕,抗拉强度≥530兆帕,具有强度适中、板厚效应不明显、可焊性好、韧性及抗裂性好等特点。该钢种成为中国桥梁钢向高强高韧、抗断抗疲劳以及易焊接等高性能化方向发展的一个划时代品种,从此铌微合金化也根植于这一体系化发展之中。武钢一次拿到4.6万吨钢材共16亿元的订单。与用进口材料相比,大桥主体用14MnNbq钢可节约材料费1亿元。

我国第五代桥梁钢:武钢为南京大胜关长江大桥研发的Q420qE桥梁钢

南京大胜关长江大桥是京沪高速铁路的控制性工程之一,是世界上首座六线铁路大桥,也是世界上跨度最大、世界上设计荷载最大的高速铁路桥,被称为“新中国建桥史上的第五座里程碑”。南京大胜关长江大桥全长9273米,其中主桥长1615米,主跨为336米,跨度布置为108米+192米+336米+336米+192米+108米。

2006年9月14日,南京大胜关长江大桥正式开工建设。2011年1月11日,南京大胜关长江大桥沪汉蓉快速客运通道双线正式运营,标志着南京大胜关长江大桥正式投用。2011年6月30日,南京大胜关长江大桥京沪高速铁路双线正式运营。2017年12月6日,位于大桥两侧的南京捷运S3号线正式运营,标志着南京大胜关长江大桥六线全部投用。

南京大胜关长江大桥首次采用了武钢开发、在湘钢轧制的Q420qE(WNQ570)控温控轧高强度桥梁钢,是世界上设计速度最快、跨度最大的钢桁拱桥,是我国高速铁路桥梁建设的里程碑,Q420qE也被称为我国第五代桥梁钢。该钢采用国际上最新的HPS(采用低碳及合金化成分设计,利用控轧控冷+回火工艺开发高性能的耐腐蚀桥梁钢)设计理念,具有更高的强度、更好的韧性、较低的屈强比和优异的焊接性,其主要特点是板厚效应降低、焊缝强度和韧性提高、耐腐蚀能力增强。

我国第六代桥梁钢:鞍钢、武钢等为沪苏通长江公铁大桥研发的Q500qE桥梁钢

2014年3月1日,沪苏通长江公铁大桥(原名为沪通长江大桥)正式开工建设,于2020年7月1日正式通车。沪苏通长江公铁大桥是高速公路、客货混线铁路、高速铁路的“三合一”过江通道,是全国“八纵八横”高铁网中沿海铁路大通道的咽喉工程。大桥全长11.072千米(其中公铁合建桥梁长6989米),由主航道桥、天生港航道桥、横港沙水域桥、跨长江大堤桥梁、两岸引桥组成,采用主跨1092米的双塔三索面钢桁梁斜拉桥结构。该大桥不仅是目前世界上主塔最高(达到330米)的公铁两用斜拉桥,也是中国自主设计建造、世界上首座跨度超过1000米的公铁两用斜拉桥,被誉为“新中国建桥史上的第六座里程碑”。

沪苏通长江大桥的主跨超过1000米,因此对桥梁钢提出了更高的要求。2014年,鞍钢和武钢等为大桥研发试制出了第六代桥梁钢——Q500qE钢,后来成功应用于沪通长江大桥的关键受力部位。其中,鞍钢供应1.2万吨Q500qE桥梁钢(还有近4万吨Q420qE、Q370qE桥梁钢),武钢供应了1.8万吨Q500qE桥梁钢。此外,沙钢、南钢、湘钢、河钢舞钢等钢企也供应了不同等级的高强度桥梁钢。Q500qE桥梁钢具有高强度、高韧性、高止裂性的“三高”性能,意味着每平方米钢梁能承受的最大力为5000吨,相当于约2500辆轿车的重量。与Q345qE、Q370qE相比,在荷载相同的情况下,Q500qE钢板的使用厚度可以减少大约一半,工程用钢量降低,同时可以大大减轻桥的自重。其高止裂性可以有效防止桥梁钢板起裂源或破坏点所产生的脆性断裂扩大,能够快速止裂。

值得一提的是,在川藏铁路大渡河特大桥项目中,Q500q桥梁钢的应用最大厚度远超现有桥梁钢标准里的64毫米最大厚度范围。为攻克这一世界性难题,沙钢研发团队先后20余次调整轧制方案,最终不仅完成了64毫米的“极限挑战”,还成功实现96毫米厚高性能Q500q桥梁钢全球首发。

我国第七代桥梁钢:宝钢股份武钢有限为汉江湾桥研发的Q690qE桥梁钢

2017年9月29日,汉江湾桥(原名为武汉江汉七桥)启动建设,于当年12月动工建设,于2021年5月1日建成通车。汉江湾桥全长2754米,其中主桥长672米,主跨为408米,为三跨(132米+408米+132米)连续钢桁系杆拱桥,桥面标准设计宽度为47米,是目前汉江上最宽和跨度最大的桥梁。该桥从汉江上“一跨而过”,中间不再设桥墩,这是我国桥梁钢研发史上的一次新跨越,被誉为“新中国建桥史上的第七座里程碑”。

宝钢股份武钢有限为汉江湾桥研发的我国第七代高性能桥梁钢Q690qE,是国家“十三五”重点科研项目成果,被誉为中国桥梁钢“皇冠上的明珠”,是目前国际上桥梁应用的最高级别。相比Q500qE钢,其屈服强度级别由500兆帕大幅提升到690兆帕,屈强比、焊接性、低温韧性等关键技术指标均优于国际标准,能够极大增加桥梁主跨长度、降低桥梁主体自重。据了解,在同等条件下,采用第七代桥梁钢的桥梁将比采用第六代桥梁钢的桥梁自重轻15%~20%,能够大大降低施工难度和材料使用量。在国际上,这种高性能桥梁钢技术主要由日本、美国掌握,汉江湾桥首次应用Q690qE桥梁钢使我国桥梁钢追赶上了世界领先水平。



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