毛新平：提高强度和耐候性是“桥梁钢”未来发展趋势

我国“桥梁钢”经历了从国外进口到国产化的艰辛发展历程：万里长江第一桥——武汉长江大桥的建设钢材是从原苏联进口。从南京长江大桥开始，我国自主研发的第一代16锰桥梁钢派上了用场，被称作“争气钢”。后来，我国又研发15锰钒钛桥梁钢，用于九江长江大桥。1985年，国内又开发出国产第三代桥梁钢，即国产14锰铌钢，成功应用于芜湖长江大桥。此后，国内又开发了第四代、第五代桥梁钢……

“桥梁钢”的故事一直延续至今，“桥梁钢”是什么？与其他钢相比，它的特殊性表现在哪里？每座桥的钢材选择主要取决于哪些因素？为找到答案，桥梁建设报记者采访了中国工程院院士毛新平。

“桥梁钢”是什么？与其他种类的钢材相比，“桥梁钢”的特殊性体现在哪些方面？

毛新平：“桥梁钢”是按照用途来定义的，是指所有用于桥梁建设的钢材。相比于其他种类的钢材，其特殊性主要体现：其成分和制作工艺要根据桥梁设计、施工的具体需求来定制。在实际施工中，根据性质要求和使用部位的不同，“桥梁钢”具体可分为高性能桥梁钢板、耐候桥梁钢板、桥梁用复合板、高强度桥梁用缆索、高强度螺栓、功能化钢板等种类。

另外，“桥梁钢”的发展也有着特殊的地方。一些种类的钢材是为了某一桥梁工程专门研发，但经过工程实践后，这种钢材及其应用技术会形成一种普遍性方案。随着后续类似工程的建设和发展，这一方案将不断被更新，从而衍生出系列产品来满足不同工程的建设需求。

每座桥的钢材选择主要取决于哪些因素呢？

毛新平：钢材的强度会随着桥梁的跨度、荷载等要素变化而变化。因为桥梁不同部位的受力情况和服役环境不同，所以一座桥不可能只使用一种钢材，设计方会根据其结构类型和受力情况提出钢材需求。桥梁某个部位的钢材需要何种强度和厚度，将耐受什么环境等，都是我所在的材料研发所要综合考虑的。另外，在桥梁设计阶段，设计方也会和我们交流探讨，提前获知目前材料能研发到什么样的水平，从而合理制定设计方案。

和混凝土桥相比，钢桥具有哪些优缺点？

毛新平：从材料的基本特性上来讲，混凝土的作用是抗压，其抗压能力强，但抗拉能力较弱，混凝土比较“脆”。而钢结构的抗拉能力强，所以我们在很多设计中，都是使用钢混结构。比如一个柱子，外面用钢，里面灌混凝土。

具体条件下，用材也会不同。比如缆索材料肯定是钢；桥梁的大结构上，钢和混凝土要根据具体的受力情况综合考虑，不是让某一种材料“一统天下”，而是要发挥材料各自的优势，找出一个最优方案。

随着我国交通建设向海洋和高原等地区深入，桥梁抗腐蚀、抗寒和抗震等性能也需要不断提高，在这种趋势下，未来的“桥梁钢”会迎来哪些变化？

毛新平：“桥梁钢”是一个以钢材用途划分出来的概念，包含了很多不同的钢种，并且不同钢种在桥梁上的功能各不相同。因此，不同的桥梁对每一种钢材性能要求的侧重点也不尽相同。但总体来说，用于桥梁建设的钢材有两大发展趋势，一是强度不断提高，二是耐候性进一步提升。

钢材强度提高意味着，在满足桥梁结构受力要求的前提下，桥梁的钢结构可以变得更轻薄。其意义主要体现在两个方面：第一，建桥的用钢量减少，钢材生产中消耗的资源和排放的废弃物也会随之减少，这与国家绿色发展的总体要求是相符合的；第二，桥梁的自重更轻，桥梁的有效荷载会相应提高。

钢材耐候性提升意味着，桥梁的钢结构能够更好地经受桥址所处自然环境的考验。钢材在实际使用过程中一定会被不断腐蚀，即使是一般的风沙“碰”在钢材上都会造成损耗。但我们可以控制其腐蚀率，即通过技术手段将钢材每年被腐蚀的“量”控制在一定范围内，从而确保桥梁120年甚至150年的使用寿命。

对于桥梁钢结构的保护，传统的方法是在其外部刷一层抗腐蚀涂料。但随着建桥规模越来越大，涂装一次的人力、物力资源耗费剧增。为保证桥梁能在设计使用寿命内高质量服役，建议管养部门还需要隔一段时间补充涂装一次。

因此，提升钢材的耐候性，使其本身能够应对自然环境的考验，才是更加经济、可靠的方法。我们还应当注意的是，每个地区的环境特点都是不同的，对钢材的腐蚀情况也不同，在材料开发中，我们要根据不同腐蚀条件对产品进行个性化调整。

具体来说，在海洋性气候地区和高寒地区，桥梁钢会受到哪些影响呢？

毛新平：用于跨海大桥的钢材，不仅要能抗氯离子，还要耐高温、高湿热、高盐碱度等环境，而且不同的海域，这些环境要素也不同。用于极寒地区的钢材，则需要在低温环境下有较好的冲击韧性。温度越低，钢材抗车辆通行时产生的活荷载能力越差，就越容易发生断裂，这就是俗称的“变脆”，我们需要确保钢材在最低温的情况下，依然能够承受车辆通过时产生的活荷载。

钢的强度提高了，是不是也会催生出其他问题？

毛新平：我们要辩证的看待新技术和新材料的发展。比如，钢的强度提高了，断面可能会变小。从材料开发的角度来看，持续提高材料的性能是我们工程师应当要做的事情。同时，我们还要有一种尊重科学的精神和意识，少一点惰性，多一些对自然和科学的不懈探索，这也是我们每一个科技工作者应尽的职责。未来出现了“新问题”，我们就要提供一个更加科学、经济、绿色环保的解决方案，以此来满足新的建设需求。