高強(qiáng)鋼輕量化波形梁護(hù)欄應(yīng)用分析

胡科甲

摘要：隨著鋼材在公路工程中大量的應(yīng)用，其材料性能也得到了大幅的提升。目前，在波形梁護(hù)欄使用過程中，Q235鋼材已經(jīng)不能滿足目前實(shí)際發(fā)展的需求。通過最新鋼材技術(shù)的發(fā)展，高強(qiáng)鋼輕量化波形梁護(hù)欄具有良好的應(yīng)用效果和優(yōu)勢(shì)。本文針對(duì)高強(qiáng)輕量化護(hù)欄的實(shí)際應(yīng)用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了詳細(xì)的分析，希望能夠?yàn)楦邚?qiáng)鋼輕量化波形梁護(hù)欄的使用提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)鋼;波形梁護(hù)欄;效益

波形梁鋼護(hù)欄是目前高速公路實(shí)施過程當(dāng)中的安全設(shè)施的重要組成部分，在我國(guó)廣大公路的運(yùn)行中起到了關(guān)鍵的作用。在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)下，波形梁護(hù)欄主要使用鋼材。為了提升鋼材的強(qiáng)度、等級(jí)和性能，需要減輕護(hù)欄的整體重量，從而達(dá)到節(jié)能減排、降低成本的目的。因此，輕量化的應(yīng)用對(duì)于波形梁鋼護(hù)欄的良好社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益實(shí)現(xiàn)具有重要的作用。本文針對(duì)高強(qiáng)鋼輕量化波形梁護(hù)欄進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

1現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)下的波形梁鋼護(hù)欄應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1我國(guó)波形梁鋼護(hù)欄的應(yīng)用現(xiàn)狀

經(jīng)過相關(guān)統(tǒng)計(jì)，在2015到2021年間，平均我國(guó)高速公路年增長(zhǎng)量達(dá)到了13萬公里。根據(jù)國(guó)家對(duì)于路網(wǎng)的規(guī)劃，到2035年，國(guó)家高速公路將達(dá)到16萬公里。因此，波形梁鋼護(hù)欄的應(yīng)用量激增，根據(jù)現(xiàn)有狀況的分析，每年至少有超過500噸的用量，因此用鋼量是非常巨大的。

1.2現(xiàn)有鋼護(hù)欄的優(yōu)化分析

依據(jù)規(guī)范對(duì)于高速公路波形梁鋼護(hù)欄的要求，其中規(guī)定其相應(yīng)的力學(xué)、化學(xué)指標(biāo)應(yīng)不低于Q235的相應(yīng)要求。即主要屈服強(qiáng)度應(yīng)大于235MPa。斷后伸長(zhǎng)率應(yīng)大于26%。但是該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)最早提出是在1995年。當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)主要應(yīng)用Q235鋼材，但是經(jīng)過多年的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)Q235鋼材不論在性能和生產(chǎn)、環(huán)保等空間方面都有一定的限制，已經(jīng)很難適應(yīng)目前的發(fā)展，因此應(yīng)進(jìn)行逐步的優(yōu)化。

高速公路波形梁鋼護(hù)欄主要由梁柱立板、防阻塊、加強(qiáng)梁等結(jié)構(gòu)組成，按照波形梁的寬度分為兩三波的護(hù)欄，兩波護(hù)欄主要規(guī)格為4320*310*85，立柱的規(guī)格為Φ114。而三波梁板的主要規(guī)格為4320*506*85，立柱的規(guī)格為Φ140。因?yàn)楹馁M(fèi)了大量的鋼材，不利于節(jié)能減排的應(yīng)用，因此應(yīng)進(jìn)行輕量化處理。

（3）因材料自重較大導(dǎo)致安裝的問題。4mm的波形梁鋼護(hù)欄質(zhì)量可以達(dá)到104公斤以上，這樣在安裝時(shí)就需要四個(gè)施工人員，對(duì)于人力物力要求較高，也較為不便捷。

（4）物流運(yùn)輸成本大。目前在波形梁鋼護(hù)欄生產(chǎn)過程中，其主要產(chǎn)自山東、江蘇等省份。在全國(guó)各地的應(yīng)用過程中，動(dòng)輒就需要幾百公里甚至上千公里的運(yùn)輸。常規(guī)的公路貨運(yùn)載重量不超過40噸，也給目前的運(yùn)輸工作帶來了較大的困難。

通過以上的分析，我們可以看出波形梁鋼護(hù)欄的輕量化趨勢(shì)勢(shì)在必行，其可以有效的減少環(huán)境的污染，同時(shí)也可以在后期施工的過程中，有效的保證其節(jié)能減排的效果和施工的便捷性。經(jīng)過理論的計(jì)算，通過加強(qiáng)鋼的強(qiáng)度有益于提高其整體的安全性，同時(shí)提高其生產(chǎn)率，也可以實(shí)現(xiàn)安全性能的提升。對(duì)于減少鋼材的使用，減少汽車尾氣的排放和人力、物力成本的耗費(fèi)都具有重要的作用。目前，隨著我國(guó)公路建設(shè)的不斷加快。高強(qiáng)度輕量化波形梁護(hù)欄的應(yīng)用市場(chǎng)前景廣闊，可以實(shí)現(xiàn)良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

2高強(qiáng)鋼輕量化波形梁護(hù)欄的技術(shù)特征

目前，傳統(tǒng)梁鋼護(hù)欄存在自重較大等方面的問題，中國(guó)交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)在2020年9月提出了新的高強(qiáng)鋼輕量化波形梁護(hù)欄的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在滿足安全性的基礎(chǔ)上，可以通過提高鋼材的強(qiáng)度，適當(dāng)減少護(hù)欄的厚度，以減少鋼材的浪費(fèi)和能耗的增加。這樣不僅可以對(duì)其制造和運(yùn)輸成本方面實(shí)現(xiàn)節(jié)約，同時(shí)可以有效的提升項(xiàng)目的整體性能。新的標(biāo)準(zhǔn)要求高強(qiáng)鋼輕量化護(hù)欄在主要結(jié)構(gòu)是梁板、立柱、橫梁、防阻塊等主要結(jié)構(gòu)的材料，使用高強(qiáng)度鋼力學(xué)和化學(xué)性能如下：屈服度大于700MPa，斷后伸長(zhǎng)率應(yīng)大于17%。同時(shí)，新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)波形梁高強(qiáng)度鋼材的尺寸、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)定。

3波形梁護(hù)欄輕量化對(duì)比分析

通過對(duì)目前高速公路波形梁護(hù)欄常用A、SB、SA三種防護(hù)等級(jí)的鋼材進(jìn)行分析。通過對(duì)新舊標(biāo)準(zhǔn)的材料規(guī)格和質(zhì)量進(jìn)行了對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，原有Q235方案當(dāng)中的鋼材使用為4018噸，輕量化之后使用的高強(qiáng)度鋼材為2530噸，預(yù)計(jì)工程可以實(shí)現(xiàn)鋼材的節(jié)約1488噸，輕量化率超過了40%。同時(shí)，對(duì)高強(qiáng)鋼的材料價(jià)格分析，其單價(jià)為Q235鋼材的1.3倍。如果使用高強(qiáng)度鋼材預(yù)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)材料成本節(jié)約超過600萬，造價(jià)降低率達(dá)到了20%。以本工程當(dāng)中的護(hù)欄總長(zhǎng)度82.7公里來看，可以實(shí)現(xiàn)明顯的經(jīng)濟(jì)效益提升。

4高強(qiáng)鋼輕量化波形防撞欄的優(yōu)勢(shì)分析

目前我國(guó)已經(jīng)對(duì)高強(qiáng)鋼輕質(zhì)護(hù)欄進(jìn)行了相應(yīng)的研究，通過了國(guó)家安全設(shè)施質(zhì)量認(rèn)證，目前有五個(gè)防護(hù)等級(jí)，全部可以滿足新團(tuán)標(biāo)的要求。在吉林、四川、江蘇、廣西等地的高速公路當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用，其與傳統(tǒng)的Q235鋼材相比具有以下優(yōu)勢(shì)：

4.1具有更好的性能

與Q235鋼材相比，高強(qiáng)度鋼屈服強(qiáng)度提高了665MPa，抗拉強(qiáng)度提高了375MPa，斷后伸長(zhǎng)率降低了9%，因此強(qiáng)度的提高大大提升了鋼護(hù)欄的防撞性能。同時(shí)斷后伸長(zhǎng)率的降低也有效的保證了高強(qiáng)鋼在不同氣候環(huán)境下抗高低溫的能力。

4.2節(jié)能環(huán)保性能優(yōu)良

高強(qiáng)度鋼護(hù)欄大大節(jié)約了鋼材的使用，可以實(shí)現(xiàn)30%到45%的輕量化率，有效的減少了在鋼材生產(chǎn)過程當(dāng)中的碳排放，對(duì)環(huán)境保護(hù)做到了很大的支持，有效的實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的效果。同時(shí)在運(yùn)輸過程當(dāng)中的節(jié)約可以有效減少汽車尾氣的排放。

4.3養(yǎng)護(hù)施工更加便捷

高強(qiáng)鋼輕量化材料對(duì)于后期的養(yǎng)護(hù)具有良好的促進(jìn)作用。有效的解決了目前SB級(jí)護(hù)欄在鋪裝后不能有效提升的缺點(diǎn)，一定程度上提升了工程施工的便捷性，降低了養(yǎng)護(hù)成本。

4.4具有更低的成本

在保證高強(qiáng)度鋼護(hù)欄安全性能的前提下，其單位造價(jià)更低，安裝效率也更高，因此具有良好的施工技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

5輕量化鋼護(hù)欄的應(yīng)用效益分析

通過對(duì)目前我國(guó)公路護(hù)欄現(xiàn)狀的分析來看，每年使用的Q235鋼材按普通公路11萬公里計(jì)算，每年約需330萬噸鋼材。而高速公路每年8000公里，這就需要每年提供500萬噸的鋼材。如果這樣大量的鋼材使用轉(zhuǎn)化為高強(qiáng)鋼輕量化護(hù)欄，即可實(shí)現(xiàn)良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)其應(yīng)用效益進(jìn)行了詳細(xì)的分析，分析結(jié)果如下：

5.1實(shí)現(xiàn)了良好的節(jié)能減排效果

每噸鋼產(chǎn)生2.1噸CO2的排放來進(jìn)行計(jì)算，每年可以實(shí)現(xiàn)碳排放減少350萬噸的效果。依據(jù)每噸鋼生產(chǎn)過程中消耗571公斤的標(biāo)準(zhǔn)煤來進(jìn)行計(jì)算。每年可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)為95萬噸，因此可以大幅的節(jié)約煤炭等不可再生資源，為節(jié)能環(huán)保創(chuàng)造良好的效益。

5.2降低運(yùn)輸成本

我國(guó)每年公路護(hù)欄的用量約為500萬噸，如果采用新型輕質(zhì)鋼，可以減少為335萬噸，按采用32噸運(yùn)輸車來進(jìn)行計(jì)算，輕量化后的公路護(hù)欄運(yùn)輸較傳統(tǒng)減少了51526輛，車輛的整體運(yùn)輸成本可以降低35%以上。同時(shí)，以柴油貨車為例，其柴油消耗量為0.06L/（t·km）。如果采用的運(yùn)輸車輛運(yùn)距都超過了1000公里，則可以減少CO2的排放量27萬噸。

5.3工程造價(jià)的降低

以傳統(tǒng)的Q235鋼材的護(hù)欄為例，其每噸造價(jià)為6600元。而高強(qiáng)度鋼每噸的造價(jià)為8600元，按照目前的用量來看，預(yù)計(jì)可以節(jié)約材料費(fèi)42億元，大大的提升了整體的經(jīng)濟(jì)效益。

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