Высокопрочная сталь снижает затраты в современных мостовых проектах

Представьте себе мир, где строительство мостов не только значительно снижает затраты, но и повышает производительность и экологические преимущества. Это видение теперь стало реальностью благодаря появлению высокопрочной стали (HPS) и атмосферостойкой стали, которые революционизируют область мостостроения, предлагая более экономичные, долговечные и экологически чистые решения.

В 1992 году Американский институт чугуна и стали (AISI) объединил усилия с Центром военно-морских исследований Carderock и Федеральным управлением автомобильных дорог (FHWA), чтобы разработать превосходную альтернативу для мостовой стали. Это сотрудничество, объединившее экспертов из области производства стали, проектирования мостов, производства, сварки, государственных органов и академических кругов, привело к созданию высокопрочной стали (HPS), новаторского материала.

По сравнению с традиционными мостовыми материалами, HPS может снизить затраты до 18%, одновременно уменьшив вес до 28%. От концепции до практического применения HPS потребовалось всего пять лет, чтобы получить широкое распространение по всей территории Соединенных Штатов. Серии HPS 100W, HPS 70W и HPS 50W позволяют создавать мосты, которые не только более экономичны, но и прочнее, легче и более устойчивы к атмосферной коррозии. Кроме того, они обладают исключительной усталостной прочностью и долговечностью.

Значимость и инновационность HPS были отмечены в 1997 году, когда Фонд исследований в области гражданского строительства (CERF) присудил премию Чарльза Панкова за инновации совместной команде AISI, ВМС США и FHWA — свидетельство преобразующего воздействия материала.

Инженеры-мостостроители отдают предпочтение атмосферостойкой стали за ее выдающиеся характеристики, экономичность и экологические преимущества. Этот тип стали содержит специальные легирующие элементы, которые позволяют ей образовывать плотный защитный слой ржавчины (часто называемый «патиной») в подходящих атмосферных условиях. Этот слой эффективно останавливает дальнейшую коррозию, значительно продлевая срок службы моста.

Первый мост из атмосферостойкой стали в США был построен в 1964 году, он пересекал шоссе Нью-Джерси. Со временем он продемонстрировал замечательную долговечность и производительность.

Использование неокрашенной атмосферостойкой стали обычно экономит не менее 10% первоначальных затрат и не менее 30% затрат в течение жизненного цикла. Первоначальная экономия достигается за счет устранения необходимости в покраске, в то время как долгосрочная экономия обусловлена исключительной долговечностью материала. Инспекции мостов, находящихся в эксплуатации от 18 до 30 лет, показывают, что атмосферостойкая сталь показывает исключительные результаты в большинстве сред.

Атмосферостойкая сталь также предлагает заметные экологические преимущества. Устраняя необходимость в первоначальной покраске, она снижает выбросы летучих органических соединений (VOC), связанных с покрытиями на масляной основе. Кроме того, она позволяет избежать необходимости удаления покрытия или утилизации загрязненных отходов дробеструйной обработки в течение срока службы моста, что еще больше повышает ее экологичность.

Многие конструктивно дефектные мосты в США представляют собой мосты с коротким пролетом, обычно длиной от 20 до 140 футов. Все эти мосты можно заменить долговечными, экологичными и экономичными стальными мостами. Благодаря современным модульным системам стальной мост теперь можно установить менее чем за 48 часов, сводя к минимуму время строительства и нарушение дорожного движения.

Чтобы в полной мере оценить преимущества HPS, рассмотрим следующее:

• Более высокая прочность: HPS имеет более высокое предельное напряжение текучести, чем традиционная сталь, что позволяет уменьшить использование материала и сделать конструкции легче, что снижает затраты и требования к фундаменту.
• Превосходная свариваемость: Отличная свариваемость HPS упрощает изготовление и установку, снижая риск дефектов сварки.
• Повышенная прочность: HPS поглощает больше энергии, повышая устойчивость к ударам и усталости — критически важный фактор для долгосрочной работы в суровых условиях.
• Улучшенная коррозионная стойкость: Некоторые марки HPS превосходно работают в агрессивных средах, таких как морская или промышленная среда, продлевая срок службы моста и снижая затраты на техническое обслуживание.
• Более низкое содержание углерода: HPS обычно имеет более низкий уровень углерода, что повышает свариваемость и прочность.

Уникальные свойства атмосферостойкой стали делают ее выдающимся выбором:

• Не требуется покраска: Защитная патина устраняет необходимость в покраске, экономя затраты и техническое обслуживание.
• Самовосстановление: Поврежденные слои ржавчины могут регенерироваться, сохраняя коррозионную стойкость.
• Эстетическая привлекательность: Естественная патина гармонирует с окружающей средой, предлагая визуально приятную отделку.
• Экологичность: Избегая покраски, она снижает выбросы ЛОС и отходов.

Несколько проектов подчеркивают успех этих материалов:

• Мост I-270 (Миссури): Построенный с использованием HPS 70W, этот мост позволил добиться значительной экономии материалов и затрат.
• Виадук Люксембург: Его патина из атмосферостойкой стали дополняет природный ландшафт, создавая поразительный визуальный эффект.
• Мост Милл-Ривер: Сочетание HPS и атмосферостойкой стали обеспечило прочность, долговечность и экономическую эффективность.

Хотя эти материалы предлагают много преимуществ, инженеры должны учитывать:

• Факторы окружающей среды: Производительность атмосферостойкой стали зависит от местной влажности и воздействия соли.
• Методы сварки: Для обеспечения качества сварных швов требуются специализированные методы.
• Стандарты проектирования: Соблюдение нормативных требований обеспечивает безопасность и надежность.

Высокопрочная сталь и атмосферостойкая сталь представляют собой преобразующий скачок в мостостроении. Снижая затраты, повышая долговечность и уменьшая воздействие на окружающую среду, они прокладывают путь к более безопасной и устойчивой инфраструктуре. По мере развития технологий эти материалы будут продолжать играть ключевую роль в формировании будущего строительства мостов.