鋁合金之所以在橋梁中得到廣泛的應用,主要是其具有較多鋼和混凝土結構所不可匹敵的優(yōu)點。正確認識鋁合金的性能特點不但能夠認清其在橋梁上得到廣泛應用的原因,而且能夠為鋁合金橋梁的設計給予幫助。
一、 物理、化學、力學性能
(1)密度:鋁合金的密度約為鋼的1/3左右,具有較高的比強度,有利于橋梁的減重,提高橋梁的負載能力。
。2)熱膨脹系數(shù):鋁合金的線熱膨脹系數(shù)為1.881×10-5/℃ ~ 2.360×10-5/℃,約為鋼和混凝土結構的2倍,因此,在設計使用中必須注意熱脹冷縮帶來的尺寸影響。
。3)耐蝕性:鋁合金能夠在自然條件下形成氧化膜,對內(nèi)部材料形成保護,具有良好的耐蝕性,無需進行表面涂層防護,因此具有高的服役壽命和低的維護費用。據(jù)有關文獻報道,在高鹽含量與污染物環(huán)境下,鋁材料、耐候鋼和低碳鋼的厚度腐蝕速率分別為0.0194mm/年、0.81mm/年和2.19mm/年。
。4)強度:與低碳結構鋼相比,常用5系和6系鋁合金的抗拉強度和屈服強度在110 - 350MPa間,力學性能可觀,而且隨著技術水平的提高,更高強度鋁合金材料的研發(fā)成為可能。
。5)焊接性能:與鋼相比,鋁合金焊合區(qū)力學性能損失較大,但通過優(yōu)化焊接工藝和結構設計可進行有效地彌補,如攪拌摩擦焊能夠很好地將鋁合金進行焊接并使焊合區(qū)力學性能保持或提高。
。6)疲勞性能:鋁合金的疲勞強度低于鋼,最初設計規(guī)定為鋼疲勞強度的1/3,但鋁合金可通過擠壓加工實現(xiàn)整體成形,避免焊接導致的疲勞強度降低,而且可使局部壁厚增大,從而降低應力的影響。
。7)韌性:鋁合金具有高韌性和低塑性斷裂抗力,與鋼相比,無明顯低溫塑性-脆性轉變特性,這一特點使其在某些低溫環(huán)境下應用非常有優(yōu)勢。
二、 經(jīng)濟性、環(huán)境影響特性
鋁合金結構橋梁造價雖然約為鋼或混凝土結構橋梁的兩倍甚至更高,但其可加工性強,加工費用低,維護費用低,服役周期長,總體費用算來,與傳統(tǒng)鋼或混凝土結構橋梁費用持平或略低。
鋁合金良好的耐蝕性無需定期的噴漆防腐維護,一定程度上減少了對環(huán)境的危害;整體結構組裝可大大縮短施工周期,縮短交通恢復期限;鋁合金回收能耗僅電解鋁的5%,可循環(huán)再次利用率大,回收率可達到90%以上(是鋼材回收率的5倍以上),基本和鋁錠價格差異不大,是典型的綠色環(huán)保材料。