现状
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校统计显示,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3 5%;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,影响较校
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80 0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。
推广
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校从养护成本看,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。
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》(J TG D64-2015)和《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》(J T G/T D64-01-2015),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矗
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。( 来源: 《中国公路》 作者:文/中国公路桥梁钢结构应用及推广调研组 赵君黎 李文杰 冯苠 )