鋁橋：城市的亮麗風景線

西鋁—西鋁鋁產業電訊：鋁材特別是擠壓鋁材在橋梁中的應用已有相當長的歷史，但用量不大，發展速度也不快，原因之一是鋁合金的強度還不夠高，不能滿足公路、鐵路橋梁的要求，常用的6xxx系合金擠壓型材的抗拉強度Rm只有250N/mm2，亟需研發一批強度>650N/mm2的高強度的鋁合金，以滿足承重路橋特別是軍用浮橋建設的急需，高強度與高抗蝕性鋁合金擠壓型材對建造浮橋有著特別重要的作用，舟橋部隊是強大的解放軍的一支重要組成部分，現行的6xxx系合金的各項性能對建造過街人行天橋來說卻是綽綽有余；二是鋁的價格比鋼材的高，使橋的造價上升不少，在一定程度阻礙了鋁橋的發展。

用擠壓鋁合金型材造橋優點多多

鋁合金擠壓型材是建造橋梁與浮橋的優良結構材料之一，尤其是對建造浮橋來說，在當前它是首選的材料，值得大力推廣，其基本優點可歸納如下：

密度低

約為鋼的1/3，鋁合金的密度約為2.7g/cm3，而鋼的密度卻高達7.8g/cm3。

6xxx系的強度性能可與低碳鋼的相當，因此比強度（強度質量比）、比剛度（比彈性模量）遠超過鋼材的。

抗腐蝕性能強

對雨水、海水與道路鹽份、泥漿的腐蝕可忽略不計，特別是5xxx系合金，因此不但建造完后不用刷油漆，在服務期間也不需定期維護。

韌性高

抗疲勞裂紋擴展能力很強，又無低溫脆性。鋁合金的強度與塑性均隨著溫度的下降而同步上升，可是90%以上的鋼都有低溫脆性，所以鋁合金是高寒地區造橋的上乘材料，北歐建了不少鋁合金公路橋。

可擠壓性能強

這一點對于建造橋梁來說很重要，因為其可以生產設計師所需要的斷面復雜的空心型材，增大承受負載的能力，而不必進行昂貴的切削加工，還可以生產變斷面型材。中國不但是鋁擠壓大國，而且已躍居世界鋁擠壓初級強國，截至2016年，已擁有擠壓力≥45MN的大擠壓機135臺，其中225MN、230MN、250MN的特大超級重型擠壓機4臺，可生產別國不能生產的超級大型材，為建造鋁橋創造了極為有利的條件。同時還可以擠壓又長又寬的前所未有的空心型材，可使橋梁的用材塊數減至最少，而且由于摩擦攪拌焊的應用，對于簡化制造工藝起了很大作用。由于大擠壓材的應用與其質量的相對較輕，可在工廠預制橋梁，有利于降低制造成本與運輸費用，縮短安裝時間，對交通影響大大減輕。

可回收性強

鋁是循環經濟最佳的金屬材料之一，鋁合金橋梁在使用期間無腐蝕損失，幾乎全部回收，同時廢鋁能耗僅相當于原鋁提取能耗的5%，對資源的循環利用、節能減排有著重要意義，具有重大社會效益。

鋁橋梁比鋼橋梁輕，有諸多不言而喻的優點。首先，最重要的是可以減輕上部結構的靜載荷，增加車輛裝載量，同時可以補償即抵消諸如鋼梁、電纜等對上部結構與橋基的不利影響；對大跨度橋梁來說還有更重要的意義，就是能使橋梁的總負載下降；在地震區減輕橋的靜負載可以降低地震施加的側向力，這種側向力的大小與橋的靜載荷成比例。

從橋的建造史上來說，混凝土橋是最便宜的，由于它的靜載荷大，在那些不適宜建造混凝土橋的地方，鋼橋就成為首選，橋面厚度200mm的混凝土靜負裝454kg/m2。鋼橋雖比混凝土橋輕不少，但造橋價卻高得多。建造這種鋼橋是一項艱辛的工作，是勞動密集型的，同時造價不菲。

鋁合金橋面比鋼橋面輕得多，橋面板下的加強勁與板是一整體，一次擠壓而成。鋁合金橋面質量一般為90.8kg/m2，比國際公路標準規定的承載能力高得多，因而鋁合金大擠壓材成為修整具有歷史意義橋梁的最具吸引力的材料，因為橋面靜貢載對這類橋梁至關重要。然而，鋁合金橋梁也有一些不足之處，不利于鋁合金材料在橋梁建造中的大面積推廣，主要問題是：

原始成本高

鋁橋的原始成本（最初投資）比其他材料高，通常根據對比材料的不同高25%~100%，但是鋁橋在造完后不需刷油漆，在以后的服役期間也不需要定期維護，因此若把維護費用也加以計算的話，則鋁橋在整個使用期間的總費用（投資與維護費之和）要低于鋼橋的，特別是在高寒地區，需用耐寒的無低溫脆性的合金鋼。

對鋁合金的認識不足

無論是過去還是現在，無論是橋梁工程師還是廣大群眾，對鋼材都耳熟能詳，可是對鋁材在工程方面的應用就不那么熟知了，因此，宜加強宣傳，不但要在學校培養人才方面提及鋁的應用，而且有關傳媒應在適當地區與時間加強介紹，提高人們對鋁及鋁應用的認知。

零件的連接

過去鋁橋是用鋁板制造的，采用螺接與鉚接連接零部件，上世紀90年代中期美國雷諾茲金屬公司（Reynolds Metals Co.，2005年被美國鋁業公司兼并）研制成功幾種擠壓橋梁鋁型材，主要是用焊接法連接。用螺接或常規焊接法連接的不足之處是，接頭的強度特別是疲勞強度比母材的低。后來，先進的摩擦攪拌法問世，為橋梁零部件的連接提供了優秀的連接工藝，可以焊接鋁-鋁，也可焊接鋁-鋼，焊縫的強度幾乎與母材的相當。

新型橋梁鋁材合金

橋梁鋁材經過85年的發展取得了重大進展，已從板材建造進入了以擠壓大空心鋁型材接焊橋體時代，現行的橋梁鋁材除傳統的6063、6061合金外，還有新研發的歐洲6082合金，1972年在美國鋁業協會公司注冊，成分（質量%）：0.7~7.3Si，0.05Fe，0.10Cu，0.40~0.10Mn，0.6~1.2Mg，0.25Cr，0.20Zn，0.10Ti，其他雜質每個0.05、合計0.15，其余Al；美國的7005合金，1962年在美國鋁業協會公司注冊，成分（質量%）：0.35Si，0.40Fe，0.10Cu，0.20~0.70Mn，1.0~1.8Mg，0.06~0.20Cr，4.0~5.0Zn，0.01~0.06Ti，0.06~0.20Zr，其他雜質每個0.05、合計0.15，其余Al；日本的7N01合金，其中N代表日本（Nippon），它的成分（質量%）：0.30Si，0.35Fe，0.20Cu，0.20~0.7Mn，1.0~2.0Mn，0.30Cr，4.0~5.0Zn，0.20Ti，0.10V，0.25Zr，其他雜質每個0.05、合計0.15，其余Al；7N01是一個優秀的可擠壓大型材的中高強度的鋁合金，它的物理性能：2.78g/cm3，液相線溫度620℃~650℃，線脹系數23.6×10-6/℃。

新型鋁合金的研制成功，摩擦攪拌焊的問世，大擠壓機的建設，為橋梁鋁材生產、橋梁建設創造了有利條件，在一定程度上降低了鋁橋的造價，對推廣鋁材在橋梁中的應用相當有利.

(重慶西鋁信達鋁產業股份有限公司宣傳部整理供稿)

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