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我国公路钢桥的进与退

公路桥:规模庞大 发展不协调

  

 截至2014年底,我国已建成公路桥梁75.71万座、4257.89万米。据测算,公路桥梁已消耗钢材1.36亿吨,为支撑钢铁行业发展做出了应有的贡献。但实际情况是,我国公路桥梁中,钢结构、钢—混组合结构桥梁,数量及其钢材消耗量占比极小。统计显示,全国钢结构和钢—混组合结构桥梁分别只有584座和1293座,数量占比仅为0.08%和0.17%,钢材消耗占比仅为1.17%和1.55%,远远小于钢筋混凝土桥梁。

  在发达国家,日本13万座桥梁中,钢桥约占41%;美国60万座桥梁中,钢桥占35%;法国钢和钢—混组合桥梁占比达85%。可见,我国钢结构和钢—混组合结构桥梁比例远远低于发达国家。

公路桥梁用钢:总量有限 潜力无限
 

 近年来,我国每年新建公路桥梁2.8万座左右,根据2009年的测算(当年新建桥梁2.73万座),跨径30米以上的桥梁(5383座)用钢量合计为1649万吨。另有2.2万座小桥,按公路小桥跨径和桥宽的中位数计(18米和17.5米),其用钢量约为150万吨。加上配套的支座、伸缩缝、安全设施及附属设施等构件,公路桥梁每年可消耗钢材2000万吨左右,与钢铁行业产能(年12亿吨)相比,桥梁用钢总量有限,比例偏小,影响较小。

  如果在公路桥梁中加强钢结构的推广,将适用结构改为钢结构或钢—混组合结构,根据2009年的测算,行业全年可增加546万吨钢材消耗。同目前用钢量相比,约提升1/3,如何进一步挖掘公路桥梁用钢量的潜力,仍需要各方发挥各自的智慧、凝聚各方的合力。

钢铁行业:库存较大 调节供需
  

 中国钢铁工业协会数据显示,2016年1月,全国钢材库存731.13万吨,环比减少50.6万吨,下降6.47%,各类钢材库存环比全部下降。中国钢铁工业协会也表示,目前我国钢材库存总体处于可控状态。需要指出的是,由于桥梁钢板由钢厂按相应的技术标准和尺寸规格定制,不便于流通,市场上较少有库存。

  钢铁行业的根本问题是,国内与国际市场需求下降导致的产能过剩问题。数据显示,至2015年,我国粗钢产能约为12亿吨,产能利用率不足67%。2015年粗钢产量自1981年以来首次出现年度下降,同比下降2.33%。价格方面,各类钢材价格持续下跌,长材价格下跌超过800元/吨,板材价格下跌超过1000元/吨。
  根据钢铁工业协会的调研和国外经验,当国家人均钢材拥有量超过10吨且每平方公里储钢达到2600吨时,行业将面临重大转型,而我国目前钢材拥有量已达7.2吨/人和2182吨/平方公里(上述数据按我国自1949年以来钢产量96亿吨测算,人口按13.3亿、国土按440万平方公里计算)。因此,如何有效化解过剩产能,调节供需,建立适合我国国情的钢铁产业退出机制,是目前影响钢铁行业发展的根本问题。

桥梁工程的发展方向
 

 结构方面,混凝土结构自重大,结构效率低,当跨度增加时,抵抗自身重量所需材料倍增,导致下部结构工程量增加。而钢结构自重小,材料效率高,可凭借较小的自重抵抗较大的外部作用。实际工程中,混凝土结构现场工序较多,质量难以控制,且其耐久性影响因素复杂、性能退化机理不明确。钢结构具有材质均匀、比强度高、工厂化程度高、质量易控制的特点,且其安全储备高、耐久性影响因素和退化机理简单。因此,钢结构桥梁的服役寿命易于保障。

  成本方面,混凝土桥梁原材料价格低廉,且能就地取材,加之其施工技术成熟、人工成本低。因此,混凝土桥梁的建设成本较钢结构桥梁低。测算表明,60米以下中小跨径混凝土桥梁造价,较钢结构桥梁低490元/平方米至640元/平方米,但随跨径增大价差逐步缩小。从养护成本看,钢桥比混凝土桥梁全寿命养护费用低200元/平方米左右。应当指出的是,得益于近年来钢材价格走低的原因,钢结构方案与混凝土方案价差有缩小趋势。此外,随着钢桥的推广,钢板加工边际成本将会降低,钢板加工单价每减少1000元,钢桥造价可降低200元/平方米。因此,考虑到未来发展,从全寿命周期来看,钢桥与混凝土桥梁成本相差不大。
  环保方面,混凝土组分和生产工序较钢材复杂。研究显示,在全寿命周期内,混凝土结构平均每年的碳排放为82.52千克/平方米,而钢结构平均每年的碳排放为75.62千克/平方米。
  能耗方面,混凝土结构为214万千焦/平方米,而钢结构为196万千焦/平方米。可见,混凝土结构的单位能耗和排放都要高于钢结构。此外,混凝土结构拆除形成的建筑垃圾,会对环境带来较大冲击,而钢结构可循环利用,冶炼废钢较铁矿石可节能60%、节水40%,减少废气排放86%、废水76%和废渣97%。钢结构节能减排和无限循环利用的优势是混凝土结构无法相比的。
  综上所述,钢结构桥梁结构性能优异,且具有显著的环保优势。虽然初期建设成本较高,但全寿命周期成本与混凝土桥梁相差不大。正因如此,发达国家近年来新建桥梁中,钢桥占绝对优势,当然这也和发达国家土地、人工及砂石利用价格较高有关。

钢桥发展的新动力
  

 从外部环境看,随着经济下行压力加大,市场需求回落,钢材产能过剩问题凸显。过剩产能将直接危及产业健康发展,甚至影响到民生改善和社会稳定大局。为此,国务院相继出台了若干指导意见(国发〔2013〕41号、国发〔2016〕6号),着力推动钢铁行业供给侧结构性改革。作为钢铁消费产业,公路钢桥的推广可引导钢铁技术的发展,为钢铁供给侧改革提供转型方向,并能在一定程度上化解部分产能,为钢铁行业转型提供缓冲期,符合“五大发展理念”的战略内涵。

  从内部环境看,作为公路运输的重要节点和枢纽,公路桥梁安全性和环保性是平安交通和绿色交通的重要组成部分。当前,在运营环境和自然环境的双重影响下,我国混凝土桥梁现状不容乐观,大跨径混凝土桥梁的开裂、下挠,小跨径混凝土桥梁铰缝失效、单板折断、垮塌等问题普遍、频发。

产业链完备
 

 钢桥建设包括材料供给、设计、加工、施工、养护等五个环节。依托过去一个时期的公路桥梁建设,我国已经建立了相对完善的钢桥建养全产业链,特别是苏通大桥、崇启大桥、港珠澳大桥等大型钢桥的建设,提升了公路行业钢桥的技术水平。

  材料方面,公路钢桥用钢以Q345D、Q370E、Q390D等常规钢材为主。中国钢铁工业协会数据披露,公路桥梁各类钢材和线材产能充足。此外,在产能过剩的背景下,以用户需求为导向的特殊钢材定制模式,已逐步被钢铁企业接受。
  设计方面,最新修订的《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64-2015)和《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》(JTG/TD64-01-2015),已经颁布实施。
  加工方面,目前,桥梁钢结构加工企业产能充足(>210万吨)。随着钢桥的推广应用,市场规模扩大,可逐步引导有能力的加工企业(如建筑钢构企业、造船厂等)进入行业。
  施工方面,目前行业桥梁施工企业总体过剩,但除大型施工企业外,公路施工单位一般都不具备钢结构的施工资质。市场需求是企业最直接的转型动力。在需求的推动下,辅以政策引导,可加快桥梁施工企业向钢桥的转型,促进钢桥施工装备和标准的升级,确保钢桥施工技术和人才在短期内跟上钢桥的推广进程。
  养护方面,同混凝土桥梁相比,钢桥养护措施简单、效应明确、易于操作,通过合理的引导和培训,可在短期内,建立相对完善的钢桥养护技术体系和养护队伍。
建议
公路钢桥推广动力不足的根源,在于长期以来形成的惯性思维和地方保护主义。在短缺型经济年代,钢材缺乏,导致行业形成了混凝土结构优先的惯性思维,培养了大量的混凝土结构专业人才,并影响至今。混凝土与水泥产业可以直接拉动地方经济,受地方保护主义的影响,业主通常会优先推荐混凝土结构。因此,为从根本上改变工程惯性思维和地方保护主义,需要行业从国民经济、环境保护、节能减排、可持续发展等全局出发,出台有针对性的指导意见,推动公路桥梁建设理念的提升。
  建议采取以下措施:尽快出台指导性意见,从业主和设计单位做起,鼓励在中小跨径桥梁中采用钢—混组合结构,在大跨径桥梁中采用钢结构,提升公路桥梁的使用性能,同时化解部分钢铁产能。
  充分认识钢结构桥梁大规模推广所面临的各类风险,避免由于生产能力迅速扩展、技术水平参差不齐导致的桥梁防腐问题加重、钢结构加工质量问题频出造成的不良影响。
  加强钢结构桥梁基础理论研究,开展桥梁用钢性能、钢桥可靠度、疲劳可靠性、耐久可靠性及措施等研究。
  加强《公路钢结构桥梁设计规范》和《钢—混组合桥梁设计与施工技术规范》及相关规范的宣贯力度,开展钢结构设计人员专项培训,加快公路波纹钢腹板桥梁设计规范和公路波纹钢涵洞设计规范的编制进度,为大规模推广应用奠定基础。
  加快钢结构、组合结构常规桥梁通用设计图纸的研发,加强计算分析、绘图程序的研发和钢结构桥梁信息模型技术(BIM)的研发和应用,进一步推动桥梁标准化设计和加工,继续挖掘钢结构桥梁、波纹钢腹板桥梁和波纹钢涵洞的应用潜力。
  加强钢结构专业技工人才的培训,加快钢结构桥梁专用施工装备的研发,并编制配套标准规范,提高施工企业技术水平。
  引导建立公路钢结构桥梁加工市场体制,培育公路钢结构桥梁加工企业,降低钢桥造价。
  注重钢桥养护技术的研发,养护队伍的培养,建立完善的钢桥养护规范体系,保障钢桥服役寿命。
  研究建立公路桥梁专用钢材标准,研发公路桥梁专用钢材和相关产品,提升公路钢桥服役性能。
  开展钢结构在既有公路桥梁加固改造中的应用研究,拓展钢材在公路桥梁领域的应用范围。



 

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