● 摘要

介绍了耐候钢在钢桥梁上的应用优势、我国耐候钢桥梁的发展历程以及免涂装耐候钢桥梁的制造关键技术，并阐述了拉林铁路藏木雅鲁藏布江大桥免涂装耐候钢桥梁的研发情况，对大力推广免涂装耐候钢桥梁亟待解决的问题进行了探讨。

耐候钢具有优良的耐大气腐蚀性能，为普通碳素钢的2～5倍，且使用时间愈长，耐蚀作用愈突出。1964年美国首次将耐候钢应用到钢桥梁上，现在美国的耐候钢桥已占到全部新建钢桥的50%以上。世界上多个国家在钢桥梁上广泛推广应用耐候钢，日本的耐候钢桥占全部钢桥的20%，加拿大在新建的钢桥中有90%使用耐候钢。我国耐候钢桥的建造起步较晚，但随着国民经济的迅速发展和对外技术交流的深入开展，高性能耐候钢在钢桥梁上的应用已引起国内有关部门的高度重视，并陆续建设了一些示范工程，当然，也有一些技术难题需要研究解决，随着耐候钢桥建造成套技术的研究和工法的形成，其市场前景十分广阔。

耐候钢在桥梁上的应用日益广泛，尤其是免涂装耐候钢桥，可大大节省涂装费用、有利环保、缩短施工周期，同时，极大地降低了桥梁运营期间的维护成本(全寿命周期具有较好的成本优势)，因此，在适宜的环境建造免涂装耐候钢桥，具有显著的优点。图1为免涂装的耐候钢桥。

图1 免涂装的耐候钢桥

对于耐候钢的研究，我国最早始于20世纪60年代，1965年试制出09MnCuPTi耐候钢，并制造了我国第一辆耐候钢铁路货车。经过“六五”、“七五”攻关，研制出以09CuPTiRE、09CuPCrNi为代表的耐候钢，且已大规模生产，仍然应用于铁路车辆上。

1989年底，在铁道部郑州铁路局公务处的大力支持下，由铁道部科学研究院研究开发、武钢试制、铁道部专业设计院主持设计了三孔耐候钢箱梁桥，架设于京广铁路(武汉段)巡司河上，钢号为NH35q，其中，一孔梁裸露使用、两孔梁涂装使用，这是我国第一座耐大气腐蚀钢桥，也是我国对耐候钢在桥梁上应用所做的早期研究，在1991年投入运营，两三年后出现了起层掉皮等现象，这应该与南方雨水多、排水考虑不周等有很大关系，但当时并没有组织相关专业人员认真分析原因并采取科学合理的解决方案，而是直接改用涂装方案，从此，对耐候钢桥敬而远之，并导致我国耐候钢桥的建造出现了20多年的停滞期。

近年来，随着钢铁冶金技术的进步和对外交流的增多，推广应用耐候钢桥梁的呼声越来越高，又有设计者重新考虑耐候钢桥的建造问题，并在耐候钢桥梁的推广应用方面取得了一定的成果，先后建成了沈阳后丁香大桥、咸阳渭河公路大桥、西藏墨脱大桥等，随着拉林铁路藏木雅鲁藏布江大桥、官厅水库公路大桥这两座有代表性的免涂装耐候钢桥梁的建造，逐步形成了免涂装耐候钢桥建造的配套材料、成套技术和施工指南，标志着我国对免涂装耐候钢桥认识的加深和建造技术逐步走向了成熟，为大批量推广应用奠定了基础。

3.1对结构细节的设计要求

耐候钢的锈层稳定化过程与钢材的化学成分、使用环境和构造等条件有关，若使用不当，破坏了稳定锈层的生成条件，耐候钢锈层就会产生“老化”、起层、脱落、甚至剥离现象而减薄。实践证明，长期高湿(相对湿度大于60%)的海岸地带和大气污染地区都不太适宜建造免涂装耐候钢桥。因此，在规划和设计免涂装耐候钢桥时，必须充分考虑架桥地点的位置，确保共能够处于通风条件好且干湿交替的环境中。

相关文献曾对日本免耐候钢桥进行调查研究，在日本免涂装耐候钢桥梁中，工字形梁桥(结合梁)占73%，箱形梁桥占16%，桁架梁桥占11%。其中结合梁桥占多数。对于钢桁梁桥，节点多又容易积水，且排水不畅，不建议建造免涂装耐候钢桥；钢板组合梁有利于发挥钢和混凝土各自的性能特点，且没有积水隐患，比较适合建造免涂装耐候钢桥。在构造上应考虑避免灰尘的堆积和积水，桥面板、伸缩缝排水管应做到不漏水，雨水和露水要有合适而通畅的排水通道，并特别提出了免涂装耐候钢桥的注意点，如：钢梁下翼缘设计也要考虑排水坡、对高强螺栓拼接的两杆件之间预留缝隙以利排水，还要求构件到水面有合理的距离，以防止飞溅水使钢构件长时间处于潮湿状态。

3.2对焊接材料及焊接性的要求

钢结构焊接的难易程度与钢板板厚、碳当量等有关。耐候钢因加入了较多的合金元素，理论上碳当量较高，其焊接性比同级别的结构钢要差。目前，国内耐候钢桥应用属起步阶段，对桥梁用耐候钢焊接性的分析与研究较少。为了满足耐候钢桥裸露使用，一方面，要求焊材和母材的强韧性、成分匹配；另一方面，焊接材料的耐候性也必须保证。

3.2.1对焊接材料要求

免涂装耐候钢与普通桥梁钢的最大区别是耐候性的要求，美国ASTM G101《低合金钢耐候性能评估标准指南》给出了通过化学成分评价耐腐蚀性的方法，见式(1)，该式是基于钢的化学成分预测暴露于不同大气环境下15.5 a后低合金钢的腐蚀情况数据，指数I越大，钢的耐腐蚀性能越好。

耐大气腐蚀指数计算式为：

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

(1)

免涂装耐候钢焊接材料的开发应同时满足力学性能、耐候性、可焊性要求。其中，耐候性评价可通过熔敷金属耐腐蚀性指数分析(I≥6.0或6.5)，也可通过焊材熔敷金属的相对腐蚀率试验。

3.2.2对焊接性的要求

依据相关标准进行免涂装耐候钢及匹配焊材的焊接性试验研究，包括：碳当量及冷裂敏感指数分析、斜Y型坡口焊接裂纹试验、热影响区最高硬度试验。

1)冷裂敏感指数分析。焊接冷裂纹敏感指数Pcm用于含碳量不大于0.18%、抗拉强度为400～900 MPa的低合金高强度钢冷裂纹敏感性评定与预测。当Pcm大于等于0.25%时，有冷裂倾向。

Pcm计算式为：

Pcm=[C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B]×100%

(2)

2)斜Y型坡口焊接裂纹试验。主要用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区的冷裂纹敏感性。试验方法参照GB 4675.1—1984《焊接性试验 斜Y型坡口焊接裂纹试验方法》，分别进行手工电弧焊和埋弧自动焊的斜Y型坡口试验，通过检测接头表面及根部裂纹率评价耐候钢材的冷裂敏感性。

3)热影响区最高硬度试验。一般用以评定钢材热影响区的冷裂倾向。按照GB 4675.5—1984《焊接性试验 焊接热影响区最高硬度试验方法》，在室温或预热状态下，采用免涂装耐候钢板进行钢板表面堆焊，通过测定焊接热影响区的最高硬度值HVmax，相对地评价耐候钢材冷裂倾向。

3.3锈层稳定化处理

耐候钢最经济的使用方式是裸露使用，但是，如果不经过锈层稳定化处理，一般要经过3～10 a表面锈层才能逐渐稳定。另外，免涂装耐候钢桥梁，在生成保护锈层过程中，锈水会流出，影响美观且钢板会减薄。因此，为了短时间内在其表面形成稳定锈层，需要对其表面进行锈层稳定化处理。

常用的处理方法有：

1)周期水浸法。喷砂除锈后的杆件进行浸水处理，起初每周至少2次，一个月后每周一次，连续进行3个月，维持干湿交替状态，使杆件表面生成致密均匀的锈层，如：美国阿拉斯加桥杆件周期性浸水，见图2。

图2 钢构件周期性浸水

2)周期喷淋(水)法。对喷砂除锈后的杆件喷淋锈层稳定剂，每天1次(下雨天不用处理)，至少进行1个月，使杆件表面生成致密均匀的稳定锈层，如：新西兰桥、拉林铁路藏木雅鲁藏布江大桥。

随着国务院《关于钢铁行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》以及交通运输部“以供给侧改革加快推进公路钢结构桥梁建设、促进公路建设转型升级”等指导意见的推出，给公路中小跨度和市政桥梁大力推广钢结构或组合结构桥梁带来了契机，而在适宜地区建造免涂装耐候钢桥，兼顾了环保及全寿命周期成本较低的优势，具有广阔的发展前景，但成熟完善的设计、施工及运营管养指南以及正确的认识和必要的投资必不可少，应引起各方的重视。

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