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港珠澳大橋為什么能有120年壽命?

來(lái)源:本站  發(fā)布時(shí)間:2018年10月27日 作者:

被稱(chēng)為橋梁界“珠穆朗瑪峰”的港珠澳大橋正式開(kāi)通了。這座自開(kāi)工以來(lái)舉世矚目的大橋,全長(cháng)55公里,創(chuàng )造了400多項新專(zhuān)利、7項世界之最。港珠澳大橋的建成凝聚了多個(gè)領(lǐng)域單位和無(wú)數科技工作者的心血,最終120年使用壽命的中國標準驚艷了全世界。那么港珠澳大橋是靠什么擁有了這120年的壽命呢?今天小編帶大家簡(jiǎn)單了解礦冶領(lǐng)域為120年使用壽命作出了哪些貢獻。

世界第一大橋

全長(cháng)55公里的港珠澳大橋是世界上最長(cháng)的跨海橋梁工程,也是綜合建設難度最大、最具挑戰性的超級工程。這座大橋,跨越伶仃洋,東接香港特別行政區,西接廣東省珠海市和澳門(mén)特別行政區,首次實(shí)現了珠海、澳門(mén)與香港的陸路連接,極大地縮短了三地間的距離。通車(chē)后,駕車(chē)從香港到珠海、澳門(mén)所需時(shí)間從3個(gè)小時(shí)縮短至約45分鐘。



港珠澳大橋海上主體工程長(cháng)29.6公里,橋梁段采用鋼箱梁結構,總用鋼量達40余萬(wàn)噸,可用來(lái)修建近60座埃菲爾鐵塔。港珠澳大橋的施工面臨著(zhù)極為復雜的自然環(huán)境:全年三分之二的時(shí)間里刮著(zhù)6級以上的大風(fēng);每年約受到兩次臺風(fēng)襲擊;沿?;蚪^域鹽度高、腐蝕性極強。因此這對橋梁鋼的高強度、可焊性、耐久性、疲勞性等提出了極為嚴苛的性能要求。

鋼鐵技術(shù)

港珠澳大橋主體工程離不開(kāi)研發(fā)團隊的鋼材研發(fā)團隊,大橋大量應用了基于新一代控軋控冷工藝的高性能綠色橋梁鋼。

他們研發(fā)的新一代控軋控冷工藝,建立了以超快速冷卻為核心的細晶強化、析出強化和相變強化的綜合強韌化理論,使鋼材組織細化35%以上,析出相尺寸減少25%以上,有效滿(mǎn)足了橋梁鋼高強度和高韌性的需求。

通過(guò)優(yōu)化的成分設計+控制軋制+軋后超快冷冷卻這套組合拳,鋼材研發(fā)團隊在提高強韌性能的基礎上,降低了屈強比,滿(mǎn)足了橋梁的抗震和抗應變設計。依托超快冷裝備,采用在線(xiàn)熱處理替代離線(xiàn)正火熱處理,大幅度降低了碳當量,提高了焊接性能和韌性,解決了傳統正火橋梁鋼板焊后分層、韌性和表面質(zhì)量差等系列問(wèn)題,促進(jìn)了高性能橋梁鋼標準的升級換代。

新一代控軋控冷工藝的橋梁鋼板在使用過(guò)程中性能穩定性良好,表現出優(yōu)異的強韌性和焊接性能,鋼板尺寸精度高,表面質(zhì)量?jì)?yōu)良,各項指標均完全能夠滿(mǎn)足港珠澳大橋結構施工的使用要求。

耐久性技術(shù)

港珠澳大橋的基礎防護工程主要是對鋼管復合樁的防腐施工,鋼管樁位于海泥環(huán)境中,防腐涂層的破壞方式主要來(lái)源于打樁過(guò)程中的機械損傷、泥砂碎石磨劃傷和泥下腐蝕因素的長(cháng)期侵蝕、性能衰退等。

針對港珠澳大橋特定的海泥環(huán)境,中科院金屬所開(kāi)展了相關(guān)涂層的研發(fā)工作,通過(guò)調整涂層配方和改善涂裝工藝,降低了涂層的吸水率和溶出率,有效提高了涂層的抗滲透能力,增強了涂層與金屬的粘結強度。

僅僅依靠涂層防腐的防護手段想要實(shí)現120年耐久性設計要求是遠遠不能實(shí)現的,必須與陰極保護技術(shù)聯(lián)合使用。為此,科研人員針對該腐蝕環(huán)境和結構特點(diǎn),重點(diǎn)研究了鋼管復合樁在灌入不同地質(zhì)層后陰極保護面臨的難題,采取巧妙方法,選取極端邊界參數推算保護效果,即計算在土壤電阻率最大和最小兩種情況下陰極保護的電位是否能達到保護要求,并將此作為類(lèi)似工程陰極保護設計的一種手段,解決了復雜環(huán)境中陰極保護設計問(wèn)題。

抗疲勞關(guān)鍵技術(shù)

港珠澳大橋采用正交異型橋面板鋼箱梁,這種結構形式輕質(zhì)高強、施工速度快,但是其板件構件及受力特性復雜,最大的問(wèn)題是疲勞。大橋鋼梁的 研發(fā)團隊在正交異型鋼橋面板抗疲勞技術(shù)的重大突破最終解決了這一難題。

研究過(guò)程中,他們將重點(diǎn)聚焦在鋼箱梁最容易出現疲勞的幾個(gè)部位上。他們提出重中之重是確保在交變力作用下直接承受輪荷載的U肋和頂板之間焊縫的質(zhì)量。

U肋和頂板之間的焊縫長(cháng)達16米,要想保證百分之八十的熔透率,坡口鈍邊的精度是關(guān)鍵。為了得到精確的結果,團隊成員進(jìn)行了坡口鈍邊的小模型試驗三個(gè)月的時(shí)間里,僅一個(gè)模型就制作了34次。隨后成員們又進(jìn)行了加速加載實(shí)驗,截斷試驗件400萬(wàn)次加載,構件試驗件600萬(wàn)次加載,整個(gè)實(shí)驗耗時(shí)一年。

最終他們得到了精準的驗證結果,成功解決了因疲勞導致的裂縫這一國內外鋼橋行業(yè)共同的難題。

一項“超級工程”的背后是無(wú)數人的心血,一次次努力,一次次突破都為港珠澳大橋的正式開(kāi)通作出卓越貢獻。大家在為奇跡驚嘆的同時(shí),請不要忘記那些在背后默默奉獻的科研工作者們!


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