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我國公路鋼橋的進與退

公路橋:規模龐大 發展不協調

  

 截至2014年底,我國已建成公路橋梁75.71萬座、4257.89萬米。據測算,公路橋梁已消耗鋼材1.36億噸,為支撐鋼鐵行業發展做出了應有的貢獻。但實際情況是,我國公路橋梁中,鋼結構、鋼—混組合結構橋梁,數量及其鋼材消耗量占比極小。統計顯示,全國鋼結構和鋼—混組合結構橋梁分別只有584座和1293座,數量占比僅為0.08%和0.17%,鋼材消耗占比僅為1.17%和1.55%,遠遠小于鋼筋混凝土橋梁。

  在發達國家,日本13萬座橋梁中,鋼橋約占41%;美國60萬座橋梁中,鋼橋占35%;法國鋼和鋼—混組合橋梁占比達85%。可見,我國鋼結構和鋼—混組合結構橋梁比例遠遠低于發達國家。

公路橋梁用鋼:總量有限 潛力無限
 

 近年來,我國每年新建公路橋梁2.8萬座左右,根據2009年的測算(當年新建橋梁2.73萬座),跨徑30米以上的橋梁(5383座)用鋼量合計為1649萬噸。另有2.2萬座小橋,按公路小橋跨徑和橋寬的中位數計(18米和17.5米),其用鋼量約為150萬噸。加上配套的支座、伸縮縫、安全設施及附屬設施等構件,公路橋梁每年可消耗鋼材2000萬噸左右,與鋼鐵行業產能(年12億噸)相比,橋梁用鋼總量有限,比例偏小,影響較小。

  如果在公路橋梁中加強鋼結構的推廣,將適用結構改為鋼結構或鋼—混組合結構,根據2009年的測算,行業全年可增加546萬噸鋼材消耗。同目前用鋼量相比,約提升1/3,如何進一步挖掘公路橋梁用鋼量的潛力,仍需要各方發揮各自的智慧、凝聚各方的合力。

鋼鐵行業:庫存較大 調節供需
  

 中國鋼鐵工業協會數據顯示,2016年1月,全國鋼材庫存731.13萬噸,環比減少50.6萬噸,下降6.47%,各類鋼材庫存環比全部下降。中國鋼鐵工業協會也表示,目前我國鋼材庫存總體處于可控狀態。需要指出的是,由于橋梁鋼板由鋼廠按相應的技術標準和尺寸規格定制,不便于流通,市場上較少有庫存。

  鋼鐵行業的根本問題是,國內與國際市場需求下降導致的產能過剩問題。數據顯示,至2015年,我國粗鋼產能約為12億噸,產能利用率不足67%。2015年粗鋼產量自1981年以來首次出現年度下降,同比下降2.33%。價格方面,各類鋼材價格持續下跌,長材價格下跌超過800元/噸,板材價格下跌超過1000元/噸。
  根據鋼鐵工業協會的調研和國外經驗,當國家人均鋼材擁有量超過10噸且每平方公里儲鋼達到2600噸時,行業將面臨重大轉型,而我國目前鋼材擁有量已達7.2噸/人和2182噸/平方公里(上述數據按我國自1949年以來鋼產量96億噸測算,人口按13.3億、國土按440萬平方公里計算)。因此,如何有效化解過剩產能,調節供需,建立適合我國國情的鋼鐵產業退出機制,是目前影響鋼鐵行業發展的根本問題。

橋梁工程的發展方向
 

 結構方面,混凝土結構自重大,結構效率低,當跨度增加時,抵抗自身重量所需材料倍增,導致下部結構工程量增加。而鋼結構自重小,材料效率高,可憑借較小的自重抵抗較大的外部作用。實際工程中,混凝土結構現場工序較多,質量難以控制,且其耐久性影響因素復雜、性能退化機理不明確。鋼結構具有材質均勻、比強度高、工廠化程度高、質量易控制的特點,且其安全儲備高、耐久性影響因素和退化機理簡單。因此,鋼結構橋梁的服役壽命易于保障。

  成本方面,混凝土橋梁原材料價格低廉,且能就地取材,加之其施工技術成熟、人工成本低。因此,混凝土橋梁的建設成本較鋼結構橋梁低。測算表明,60米以下中小跨徑混凝土橋梁造價,較鋼結構橋梁低490元/平方米至640元/平方米,但隨跨徑增大價差逐步縮小。從養護成本看,鋼橋比混凝土橋梁全壽命養護費用低200元/平方米左右。應當指出的是,得益于近年來鋼材價格走低的原因,鋼結構方案與混凝土方案價差有縮小趨勢。此外,隨著鋼橋的推廣,鋼板加工邊際成本將會降低,鋼板加工單價每減少1000元,鋼橋造價可降低200元/平方米。因此,考慮到未來發展,從全壽命周期來看,鋼橋與混凝土橋梁成本相差不大。
  環保方面,混凝土組分和生產工序較鋼材復雜。研究顯示,在全壽命周期內,混凝土結構平均每年的碳排放為82.52千克/平方米,而鋼結構平均每年的碳排放為75.62千克/平方米。
  能耗方面,混凝土結構為214萬千焦/平方米,而鋼結構為196萬千焦/平方米。可見,混凝土結構的單位能耗和排放都要高于鋼結構。此外,混凝土結構拆除形成的建筑垃圾,會對環境帶來較大沖擊,而鋼結構可循環利用,冶煉廢鋼較鐵礦石可節能60%、節水40%,減少廢氣排放86%、廢水76%和廢渣97%。鋼結構節能減排和無限循環利用的優勢是混凝土結構無法相比的。
  綜上所述,鋼結構橋梁結構性能優異,且具有顯著的環保優勢。雖然初期建設成本較高,但全壽命周期成本與混凝土橋梁相差不大。正因如此,發達國家近年來新建橋梁中,鋼橋占絕對優勢,當然這也和發達國家土地、人工及砂石利用價格較高有關。

鋼橋發展的新動力
  

 從外部環境看,隨著經濟下行壓力加大,市場需求回落,鋼材產能過剩問題凸顯。過剩產能將直接危及產業健康發展,甚至影響到民生改善和社會穩定大局。為此,國務院相繼出臺了若干指導意見(國發〔2013〕41號、國發〔2016〕6號),著力推動鋼鐵行業供給側結構性改革。作為鋼鐵消費產業,公路鋼橋的推廣可引導鋼鐵技術的發展,為鋼鐵供給側改革提供轉型方向,并能在一定程度上化解部分產能,為鋼鐵行業轉型提供緩沖期,符合“五大發展理念”的戰略內涵。

  從內部環境看,作為公路運輸的重要節點和樞紐,公路橋梁安全性和環保性是平安交通和綠色交通的重要組成部分。當前,在運營環境和自然環境的雙重影響下,我國混凝土橋梁現狀不容樂觀,大跨徑混凝土橋梁的開裂、下撓,小跨徑混凝土橋梁鉸縫失效、單板折斷、垮塌等問題普遍、頻發。

產業鏈完備
 

 鋼橋建設包括材料供給、設計、加工、施工、養護等五個環節。依托過去一個時期的公路橋梁建設,我國已經建立了相對完善的鋼橋建養全產業鏈,特別是蘇通大橋、崇啟大橋、港珠澳大橋等大型鋼橋的建設,提升了公路行業鋼橋的技術水平。

  材料方面,公路鋼橋用鋼以Q345D、Q370E、Q390D等常規鋼材為主。中國鋼鐵工業協會數據披露,公路橋梁各類鋼材和線材產能充足。此外,在產能過剩的背景下,以用戶需求為導向的特殊鋼材定制模式,已逐步被鋼鐵企業接受。
  設計方面,最新修訂的《公路鋼結構橋梁設計規范》(JTGD64-2015)和《公路鋼混組合橋梁設計與施工規范》(JTG/TD64-01-2015),已經頒布實施。
  加工方面,目前,橋梁鋼結構加工企業產能充足(>210萬噸)。隨著鋼橋的推廣應用,市場規模擴大,可逐步引導有能力的加工企業(如建筑鋼構企業、造船廠等)進入行業。
  施工方面,目前行業橋梁施工企業總體過剩,但除大型施工企業外,公路施工單位一般都不具備鋼結構的施工資質。市場需求是企業最直接的轉型動力。在需求的推動下,輔以政策引導,可加快橋梁施工企業向鋼橋的轉型,促進鋼橋施工裝備和標準的升級,確保鋼橋施工技術和人才在短期內跟上鋼橋的推廣進程。
  養護方面,同混凝土橋梁相比,鋼橋養護措施簡單、效應明確、易于操作,通過合理的引導和培訓,可在短期內,建立相對完善的鋼橋養護技術體系和養護隊伍。
建議
公路鋼橋推廣動力不足的根源,在于長期以來形成的慣性思維和地方保護主義。在短缺型經濟年代,鋼材缺乏,導致行業形成了混凝土結構優先的慣性思維,培養了大量的混凝土結構專業人才,并影響至今。混凝土與水泥產業可以直接拉動地方經濟,受地方保護主義的影響,業主通常會優先推薦混凝土結構。因此,為從根本上改變工程慣性思維和地方保護主義,需要行業從國民經濟、環境保護、節能減排、可持續發展等全局出發,出臺有針對性的指導意見,推動公路橋梁建設理念的提升。
  建議采取以下措施:盡快出臺指導性意見,從業主和設計單位做起,鼓勵在中小跨徑橋梁中采用鋼—混組合結構,在大跨徑橋梁中采用鋼結構,提升公路橋梁的使用性能,同時化解部分鋼鐵產能。
  充分認識鋼結構橋梁大規模推廣所面臨的各類風險,避免由于生產能力迅速擴展、技術水平參差不齊導致的橋梁防腐問題加重、鋼結構加工質量問題頻出造成的不良影響。
  加強鋼結構橋梁基礎理論研究,開展橋梁用鋼性能、鋼橋可靠度、疲勞可靠性、耐久可靠性及措施等研究。
  加強《公路鋼結構橋梁設計規范》和《鋼—混組合橋梁設計與施工技術規范》及相關規范的宣貫力度,開展鋼結構設計人員專項培訓,加快公路波紋鋼腹板橋梁設計規范和公路波紋鋼涵洞設計規范的編制進度,為大規模推廣應用奠定基礎。
  加快鋼結構、組合結構常規橋梁通用設計圖紙的研發,加強計算分析、繪圖程序的研發和鋼結構橋梁信息模型技術(BIM)的研發和應用,進一步推動橋梁標準化設計和加工,繼續挖掘鋼結構橋梁、波紋鋼腹板橋梁和波紋鋼涵洞的應用潛力。
  加強鋼結構專業技工人才的培訓,加快鋼結構橋梁專用施工裝備的研發,并編制配套標準規范,提高施工企業技術水平。
  引導建立公路鋼結構橋梁加工市場體制,培育公路鋼結構橋梁加工企業,降低鋼橋造價。
  注重鋼橋養護技術的研發,養護隊伍的培養,建立完善的鋼橋養護規范體系,保障鋼橋服役壽命。
  研究建立公路橋梁專用鋼材標準,研發公路橋梁專用鋼材和相關產品,提升公路鋼橋服役性能。
  開展鋼結構在既有公路橋梁加固改造中的應用研究,拓展鋼材在公路橋梁領域的應用范圍。



 

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