【铝合金桥梁建设研究的文献综述3700字】

铝合金桥梁建设研究的文献综述引言introduction近几十年来，随着冶金技术的不断提高、科学研究的不断深入，具有良好强重比的铝合金材料在全世界范围内，特别是在发达国家得到大量应用。铝合金具有密度较其他金属较小、强重比高、抗氧化腐蚀的性能好、可焊接性能优良、后期运营维护费时所需要的费用较低和可回收循环多次使用等许多优势。在桥梁领域，铝合金人行桥具有重量轻巧、强度较高且方便工厂预制和运输吊装以及建设耗时短的优点，从而逐渐发展成当代城市人行天桥方案选用的的一种新兴选择[1]。但时铝合金材料的密度小使得成桥的质量过小造成在桥面上有行人荷载作用时会大幅度增加人行铝桥的结构附加质量，使得铝桥结构自身振动特性的改变[2]，使桥梁的振动问题更加严重。由于现在国内外关于铝合金人行天桥结构振动方面的规范都比较少，我国在铝合金人行天桥规程[3]和在城市人行天桥规范[4]的基础上，还要验算在桥面行人步伐荷载作用下的铝合金人行天桥振动特性。而国外是按照一般人行桥规范要求[5]来设计建造铝合金人行天桥。谢旭[6]等人采用桥面上行人步伐荷载作用下人桥竖向耦合计算对一桥梁结构的人致振动响应加以计算；P.Dey[7]根据铝桥的振动实验提出了铝桥的计算模型。1铝合金材料1Aluminumalloymaterial钢材是目前世界各国在桥梁领域较为常见的建筑材料，但是其有一个较大的缺陷——耐腐蚀性差。随着工业发展水平的提高，铝合金材料得以出现并得到了广泛应用。由于铝合金材料焊接性能良好、耐腐蚀性能优良、轻质高强和韧性高等特点[8]，在许多领域如军工制造、包装行业、航天航空等领域均得到了广泛的应用。随着人类社会的不断发展，对桥梁结构的要求越来越高，铝合金人行桥作为一种新型桥梁很好的迎合了人类发展的需求。铝合金材料由于具有容易加工制作、容易养护、耐久性良好以及重量轻等特点，使得铝合金结构在桥梁领域的应用越来越多。铝合金材料的密度较钢材较小，仅为钢材密度的三分之一;在尺寸一致的情况下，铝合金人行桥的自重仅为刚桥的一半。因此如果将铝合金材料用于人行天桥的上部结构不仅减少桥梁建造材料损耗，还可以大大降低结构自重，从而同时也降低了对地基承载能力要求，大幅度降低了地基的建造费用。此外，铝合金人行桥建成以后后期的维护运营费用相对于其他材料的桥梁而言很少，因此采用铝合金人行桥能够在很大程度上降低桥梁全生命周期的建设成本。与钢结构的桥梁相比，铝合金桥梁的优点有以下几点:(1)铝合金材料具有轻质高强的特点，因而可以使得铝合金桥梁的上部结构的质量较小，提高了桥梁的跨越能力，同时较轻的自重可以降低基础的承载能力要求，节省桥梁下部结构的建设成本。(2)铝合金桥梁构件质量轻巧，便于工厂制作加工以及运输安装。(3)铝合金桥梁密度较低，对于起重机械设备要求较低，可广泛应用于活动桥梁、可移动桥梁领域等，方便安装吊运。(4)铝合金材料与钢材相比具有很好的耐腐蚀性能。铝合金中的铝金属能够和氧气反应在其表面生成一层致密的氧化铝薄膜，这层薄膜能够有效防止内部金属的进一步氧化，在很大程度上提高了铝合金的抗氧化腐蚀的性能，有效降低了铝合金桥梁后期的防腐蚀和养护的成本。(5)铝合金材料便于回收且回收剩余价值高，有利于环保和可持续发展。此外，铝合金结构桥梁在采用合理的设计方案前提下，采用工厂预制桥梁构件、再运输吊装的方式建造时，其初期造价与钢结构桥梁所差无几。但是对比两者的全生命周期的成本时不难发现钢结构桥梁是远高于铝合金桥梁的，由此可见铝合金结构的桥梁较钢结构的桥梁更具竞争力。2国外铝合金桥梁建设2Foreignaluminumalloybridgeconstruction2.1加拿大铝桥建设(AluminumbridgeconstructioninCanada)上世纪五十年代，加拿大在赛右奈河上建起了一座单孔跨径长达90m的铝合金桥，该桥建设总共消耗铝合金材料163吨，相比于同型号的钢结构桥梁其重量还不到钢桥的一半。图2-1加拿大魁北克阿尔维达桥Figure2-1Avidabridge2.2美国铝桥建设(Americanaluminumbridgeconstruction)美国在上世纪五十年代末，在修建公路时人们开始注意到钢材价格的上涨和钢结构桥梁后期运营维护的费用使得钢桥全生命周期的成本过高，人们发现如果采用铝合金结构来建造桥梁时虽然初期费用较高，但是铝合金桥在工厂预制、吊运安装和后期的保养维护方面的优势来弥补。五十年代末至六十乃年代初美国共修建了7座铝合金桥，其中有四座修建在哈尔瓶塞长岛上。桥梁选用的铝合金是铝镁硅合金，其桥跨为24m，全桥仅在混凝土车道相接处涂刷油漆保护桥体，充分利用了铝合金材料耐腐蚀性能优越的特点。2.3挪威铝桥建设(Norwayaluminumbridgeconstruction)挪威于上世纪九十年代末在诺尔兰郡修建了本土第一座铝合金桥——福什穆公路桥，该桥梁的主梁结构采用的是两个箱梁，箱梁的上翼缘有作为桥面板使用，桥梁全长为39m。图2-2福什穆公路桥Figure2-2FushmuHighwayBridge2.4英国铝桥建设(AluminumbridgeconstructioninUK)上世纪四十年代末英国在萨色兰郡建立起了欧洲的第一座铝合金桥梁梅德韦河桥。该桥是一座用于跨越梅德伟河和铝合金人行桥，其跨径长达180m，主体采用悬索结构。图2-3梅德韦河桥Figure2-3MedwayRiverBridge2.5荷兰铝桥建设(AluminumbridgeconstructioninHolland)早在上世纪五十年代荷兰就在阿姆斯特丹建造了本土第一座铝合金桥梁。又于六十年代初在安娜保罗娜成功建造了另一座铝合金桥梁。此外，荷兰还将铝合金桥面板用于旧桥的改造，荷兰先后于1958年和1985年在阿姆斯特丹和鹿特丹两地完成桥面板的更换工作。1999年末至2000年初，荷兰又建造了两座铝合金桥梁，且均位于海尔蒙德，海尔蒙德公路桥就是其中的一座。图2-4海尔蒙德公路桥Figure2-4HelmondHighwayBridge3国内铝合金桥梁建设3Domesticaluminumalloybridgeconstruction我国于2007年3月建成了国内首座铝合金桥梁——杭州市庆春路中河人行天桥，该工程所用到的铝合金材料为6082-T6铝合金是从国外进口。通过5大预制组件的现场吊装才建成了整座人行天桥，主体呈现“工”字形形状，该桥梁的主跨结构长度取39m，其他的浮桥跨度位于15-25m之间不等，该桥桥下预留了供无轨电车和行人通行的净空空间，净空空间高度从4.8m到5.3m不等，天桥距离桥底2.5m至3.2m，也在很大程度上满足了行人的通行高度要求。此外，建设部门还在天桥的四个脚上安装了用于克服通行净空无法满足使用要求的这一技术难题的四对上下自动扶梯，很好地解决了中河路和庆春路在交叉路口处行人和机动车争道矛盾日渐严重突出问题。图3-1春路中河人行天桥Figure3-1ChunluZhonghepedestrianoverpass我国的第二座铝合金人行天桥是上海徐家汇区的一座人行天桥，该桥是我国第一座在技术上自行设计并且生产铝合金桥梁构件最后有本土企业吊运安装的的铝合金桥梁并正式于2007年9月正式投入使用，从生产建造到投入使用仅用了37天。该桥的设计师是任教于同济大学的沈祖炎，该桥的外形与外滩的白渡桥相似，建造该桥梁的主要作用是为了连接徐家汇地区的第六百货商场和太平洋百货商场。该铝桥的主体结构为单跨23m，桥面宽度为6m，桥梁的净高为4.60m，主桥的高度为2.60m。该桥在设计和材料的选取上充分利用了铝合金材料的轻质高强的特性使得该桥总质量仅仅只有150kN，但是其承载能力却可以高达50吨，远比“地下铁路上方建造人行天桥的总荷载必须在700kN以内”的标准水平安全系数高，有利于保障该地区地下铁路的安全运营。由此可见，随着地铁建设的发展起来，轻质的铝合金人行桥必然有着更高的建设意义。建设该人行天桥，不仅连接了各大商场，带来了更多促进经济发展的商机;同时，也缓解了该路段拥挤的交通现状。图3-2徐家汇人行天桥Figure3-2Xujiahuipedestrianoverpass我国建造的第三座铝合金桥梁是北京市的西单商业区的一座人行天桥，该桥是当今世界上最大的高强度铝合金人行天桥，该桥的主要铝合金建筑材料是由国内生产的6028-T6，并由外资公司建造桥梁的上部结构。该桥的主跨跨径为38.1m，桥面宽度为8m，主桥高度取的是4.1m，铝合金桥栏的净高高度为5.1m，总长度为84m。与杭州市庆春路中河人行天桥不同的是，该桥不仅配备了自动扶梯，还配备了一部专为残障人士服务的残疾人升降平台，充分体现出了我国社会主义社会对残障人这一弱势群体的关怀。该铝桥的新建的一号采用“U”型结构，其主要功能是将君太百货商场与中友百货商场连接起来;新建的二号天桥采用的是“Z”型结构，其主要的功能是将西单商场与西单国际大厦相连接。该人行天桥的顺利建立，不仅为提高西单的购物环境质量、促进西单的经济发展做出了贡献;同时，该桥作为交通系统的组成部分，该路段行人和机动车混行以及人流量分流的不合理所造成的交通拥堵的难题，使该区域的交通更加的方便、便捷，消除了原来存在的交通隐患。图3-3西单商业区人行天桥Figure3-3PedestrianoverpassinXidanbusinessdistrict参考文献reference[1]程晓东。新型铝合金结构在城市人行天桥中的应用[J]。桥梁建设，2007(6):38-41。[2]张治成，王晓峰，温敏。铝合金桁架人行桥动力特性研究[J]。低温建筑技术，2014(9):57-59。[3]中国工程建设协会标准。铝合金人行天桥技术规程：T/CECS471-2017[S]。北京：中国计划出版社，2017。[4]中国行业标准。城市人行天桥与人行地道技术规范：CJJ69-95[S]。北京：中国建筑工业出版社，1996。[5]PDEY，SNARASIMHANMASCE，SWALBRIDGEM。Evaluationofdesignguidelinesfortheserviceabilityassessmentofaluminumpedestrianbridges[J]。Journalofbridgeengineering，2017，22(1):04016109-1-15。[6]谢旭，钟婧如，张鹤，等。人-桥竖向耦合振动计算方法[J]。振动与冲击。2016，(5):108-114。[7]PDEY，ASYCHTERZ，SNARASIMHAN，etal。Performanceofpedestrian-loadmodelsthroughexperimentalstudiesonlightweightaluminumbridges[J]。Journalofbridgeengineering，2016，21(8):C4015005。[8]陈宝春，杨亚林，孙潮。铝桥的应用与发展[J]。世界桥梁，2004(02):68-70+77。[9]ZivanovicS，PavicA，ReynoldsP。Vibrationserviceabilityoffootbridgesunderhuman-inducedexcitation:aliteraturereview[J]。JournalofSoundandVibration，2005，279(1):1-74[10]ZivanovicS，PavicA，ReynoldsP。Human–structuredynamicinteractioninfootbridges[J]。ProceedingoftheInstitutionofCivilEngineers:BridgeEngineering，2005，158(4):165-177[11]陈政清，华旭刚。人行桥的振动与动力设计[M]。北京:人民交通出版社，2009[12]HansenAH，ChildressDS。Effectso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