Стальные профили стали незаменимыми при строительстве современных мостов, поскольку они обеспечивают высокую прочность при относительно небольшом весе. Это позволяет инженерам создавать более легкие конструкции, не жертвуя их грузоподъемностью. При использовании стали вместо обычного бетона объем применяемых материалов, как правило, сокращается примерно на 30%, при этом конструкции сохраняют высокую прочность под нагрузкой. Современные виды стали, с которыми мы работаем сегодня, обладают пределом прочности свыше 500 МПа, что дает возможность проектировать более тонкие балки и обтекаемые формы. Эти улучшения уменьшают сопротивление ветру, что особенно важно для гигантских мостов, пересекающих широкие реки или долины.
Мост Мийо, по сути, является визитной карточкой того, что можно сделать с высокопрочной сталью в наши дни. Его гигантский пролет длиной 2460 метров опирается на сталь марки S460ML, обладающую пределом текучести около 460 МПа и хорошо поддающуюся сварке. Эти свойства позволили инженерам собрать все элементы с невероятной точностью, при этом фактически использовав на 22% меньше стали, чем требовали бы традиционные методы. Глядя на эти гигантские опоры, достигающие высоты 343 метра, становится ясно, что без последних достижений в технологии стали такие высоты были бы просто невозможны. Примечательно в этом мосте не только его размер, но и то, как он демонстрирует, что современные материалы способны справляться даже с самыми сложными рельефами и погодными условиями.
Разработка новых сортов дуплексных и микролегированных сталей действительно расширила возможности при строительстве тех гигантских мостов с длинными пролетами, которые мы видим сегодня. Возьмем, к примеру, S690QL — она обеспечивает на 30 процентов лучшую усталостную стойкость по сравнению с обычной углеродистой сталью. Это означает, что проектировщики мостов теперь могут создавать непрерывные пролеты длиной более 1200 метров, используя балочные фермы, вместо того чтобы полностью полагаться на традиционные проекты висячих мостов, которые ранее были единственным вариантом для таких длин. Что делает эти современные сплавы еще более привлекательными, так это их состав, содержащий хром и никель, которые намного лучше сопротивляются коррозии по сравнению со старыми материалами. Для мостов, расположенных вблизи соленых побережий или в промышленных районах с сильным загрязнением, это означает значительно меньшие расходы на обслуживание в течение всего срока службы конструкции. Экономия средств только на ремонте часто оправдывает первоначальные вложения в эти высококачественные материалы.
Стальные конструкции имеют тенденцию быстрее разрушаться в прибрежных и промышленных зонах, где они постоянно подвергаются воздействию соленой воды, химических веществ с заводов и высокой влажности. На самом деле, в открытом море проблема становится особенно острой — коррозия возникаает там примерно в три раза быстрее, чем на суше. В качестве примера можно привести стальные мосты: ежегодные расходы на техническое обслуживание составляют около 740 000 долларов США только для каждого километра моста, подверженного воздействию соленого воздуха. Чтобы справиться с этой постоянной борьбой с ржавчиной, инженерам необходимо изучить более качественные материалы и защитные покрытия, которые сохраняют свою эффективность десятилетиями, а не годами. Некоторые компании уже экспериментируют со специальными формулами красок и жертвующими слоями, которые нейтрализуют коррозионное воздействие, прежде чем оно достигнет самой металлической конструкции.
В морских условиях соленый воздух нарушает защитные оксидные слои на стали, что приводит к питтинговой коррозии под действием хлоридов. В промышленных зонах сталь подвергается воздействию серной и азотной кислот, возникающих из-за загрязнения атмосферы. Исследования показывают, что мосты на побережье требуют в четыре раза более частого технического обслуживания, чем аналогичные конструкции в глубине страны, в основном из-за разрушения, вызванного коррозией.
Дуплексные нержавеющие стали сочетают в себе две разные структуры в своём металлическом составе — часть аустенитная и часть ферритная. Это сочетание обеспечивает примерно вдвое большую прочность по сравнению с обычной углеродистой сталью, кроме того, они лучше сопротивляются ржавчине и коррозии. В качестве практического примера можно привести сталь марки 2205. При испытаниях в соленом тумане она демонстрирует скорость коррозии менее 30 миллиграммов на квадратный дециметр в сутки, что намного лучше большинства традиционных материалов. Повышенная прочность позволяет инженерам проектировать детали со стенками меньшей толщины, уменьшая объём материала, необходимого для каждого компонента, без ущерба для срока службы изделий.
16-километровый переход Оресунд между Данией и Швецией на самом деле использует так называемую нержавеющую сталь типа «lean duplex» (в краткой форме — LDX 2101) в тех участках туннеля, которые находятся под водой. Особенность этого сплава заключается в том, что он позволяет уменьшить необходимую толщину материалов примерно на 25% по сравнению с обычной углеродистой сталью. И как вы думаете? Он отлично выдержал суровые условия Балтийского моря более двух десятилетий, практически не показав признаков износа. Это доказывает, насколько эффективными могут быть коррозионностойкие стали для важных конструкций, которым нужно служить в течение всей жизни.
Защита стали проделала долгий путь благодаря новым технологиям покрытия, таким как цинк-алюминий-магниевое покрытие (ZAM), которое может противостоять солевому туману в течение примерно 500 часов. Некоторые производители теперь используют эпоксидные грунтовки с добавлением графена, которые уменьшают проникновение воды примерно на 60 процентов, что означает, что такие покрытия служат намного дольше традиционных вариантов. Последние достижения в отрасли также связаны с плазменно-электролитическим оксидированием. Эти покрытия показали впечатляющие результаты в морской среде с почти полной защитой от коррозии после испытаний в лабораторных условиях в течение около 1 000 часов. Для компаний, работающих в прибрежных районах или в суровых климатических условиях, эти инновации представляют собой важный шаг вперед в защите своих активов от воздействия окружающей среды.
Сталь можно перерабатывать неоднократно, не теряя ее прочностных свойств, что делает ее особенно важной для строительства в рамках циклической экономики. Когда речь идет о повторном использовании стали вместо производства нового материала с нуля, цифры впечатляют. Согласно последнему отчету об устойчивом развитии за 2025 год, переработка позволяет сократить выбросы углерода примерно на 58% по сравнению с производством новой стали. Такая эффективность способствует сохранению экологичности нашей инфраструктуры, поскольку нет необходимости добывать столько же сырья каждый раз. Кроме того, каждый раз, когда сталь повторно используется, ее экологический след меньше, чем если бы производство продолжалось с самого начала. Поэтому сегодня многие архитекторы и строители обращаются к решениям с использованием переработанной стали.
Четвертый замещающий мост в Шотландии включал в себя большое количество профилей из переработанной стали, что значительно снизило выбросы, связанные со строительством. Его успех повлиял на то, что транспортные агентства Европы начали вводить минимальные требования к содержанию переработанных материалов в тендерах на строительство мостов, способствуя внедрению практик замкнутого цикла обращения с материалами в проектах гражданского строительства.
В наши дни факторы ESG играют все более важную роль при выборе материалов для реализации проектов в сфере общественных работ во многих регионах. Государственные учреждения все чаще требуют от подрядчиков предоставления оценок жизненного цикла материалов при подаче заявок на участие в тендерах, особенно они обращают внимание на сталь, произведенную в электродуговых печах, а не в традиционных доменных печах. Это имеет значение, так как электрические методы производства позволяют сократить выбросы углерода примерно на три пятых по сравнению с традиционными подходами. Помимо помощи в борьбе с изменением климата, такой подход оправдан и с инженерной точки зрения. Конструкции, построенные с использованием более экологичной стали, служат дольше и позволяют экономить деньги на протяжении всего срока эксплуатации, поэтому все больше муниципалитетов переходят на ее использование, несмотря на то, что начальные затраты кажутся выше.
Проектирование стальных мостов значительно изменилось благодаря цифровым инструментам, таким как информационное моделирование зданий (BIM) и автоматизированное проектирование (CAD). Например, при строительстве нового моста Таппан-Зи, BIM позволила выявить конфликты между компонентами в режиме реального времени, а также предсказать необходимое количество материалов, что сократило отходы примерно на 30%. Благодаря таким технологическим решениям инженеры могут запускать симуляции, демонстрирующие распространение напряжений по конструкциям, и корректировать стальные профили задолго до того, как какой-либо металл будет нарезан или сварен. Это означает, что они могут соответствовать строгим требованиям безопасности без необходимости повторного выполнения работ на строительной площадке.
Современные методы изготовления используют фрезерование с ЧПУ и автоматическую сварку для достижения допусков в пределах ±1,5 мм — это критично для важных компонентов, таких как двутавровые балки и полые профили. Высокопрочные низколегированные стали предпочтительны благодаря их свариваемости и устойчивости к усталости, обеспечивая сложные геометрии без ущерба для конструктивной целостности.
Изготовленные заранее стальные модули ускоряют строительство мостов, как это продемонстрировал проект Forth Replacement Crossing. Целые секции ферм производятся вне строительной площадки с использованием стандартизированных профилей, что сокращает время сборки на месте на 40%. Такой подход минимизирует задержки из-за погодных условий, повышает безопасность рабочих и гарантирует стабильное качество благодаря контролируемым заводским условиям.
Пустотелые профили из дуплексной нержавеющей стали обладают гораздо большей прочностью и значительно лучше сопротивляются коррозии по сравнению с обычными материалами. Предел текучести находится в диапазоне от 450 до 550 МПа, что намного выше, чем у углеродистой стали — примерно от 250 до 350 МПа. Благодаря этой повышенной прочности инженеры могут фактически уменьшить общий вес на 25–40 %, не снижая при этом грузоподъемность конструкции. Недавно опубликованные исследования показывают, что мосты, построенные из дуплексной стали, служат примерно в два раза дольше, прежде чем проявляются признаки усталостного повреждения, особенно это важно в местах, где естественным образом возникают концентрации напряжений, например, в консольных секциях, выступающих за опоры.
| Фактор | Дуплексная сталь | Углеродистую сталь |
|---|---|---|
| Структурная эффективность | 0,65-0,75 кг/мм² | 1,1-1,3 кг/мм² |
| Требования к обслуживанию | Минимальное за 50+ лет | Повторное покрытие каждые 15 лет |
| Долговечность материала | 120+ лет в умеренном климате | 60-80 лет при обслуживании |
Дуплексные стальные профили действительно имеют более высокую начальную стоимость, обычно на 20–30 % выше, чем у обычной углеродистой стали. Однако если посмотреть на ситуацию в долгосрочной перспективе, такие материалы в конечном итоге позволяют экономить деньги. Недавние исследования инфраструктуры 2025 года показали довольно впечатляющий факт: затраты на обслуживание мостов из дуплексной стали в течение пятидесяти лет составляют всего около одной восьмой части от аналогичных расходов на обычные конструкции. Это в первую очередь связано с тем, что такие мосты не требуют постоянного перекрашивания, что в отдельности может сэкономить от трех до пяти миллионов долларов США на каждый крупный проект моста. Кроме того, эти сооружения проводят меньше времени в нерабочем состоянии из-за ремонтных работ. С экологической точки зрения, почти всю дуплексную сталь (около 98 %) можно перерабатывать, а также она намного дольше служит до замены, что дает ощутимый эффект. Исследования показывают, что по сравнению с традиционными вариантами такой подход позволяет сократить выбросы углерода примерно на 35 % на километр сооружения. Таким образом, независимо от того, рассматриваем ли мы финансовую выгоду или воздействие на планету, дуплексная сталь обеспечивает значительные преимущества, которые продолжают накапливаться год за годом.
Основные преимущества использования стальных профилей в мостостроении включают превосходное соотношение прочности к весу, долговечность, устойчивость к коррозии и снижение затрат на материалы. Стальные профили также позволяют создавать более обтекаемые конструкции, что уменьшает сопротивление ветру, а также обеспечивают большую устойчивость благодаря возможности переработки.
Высокопрочная сталь, такая как марка S460ML, использованная в виадуке Мийо, позволяет точно собирать конструкции и требует меньшего количества материала благодаря высокому пределу текучести. Это приводит к снижению затрат и делает возможным реализацию более амбициозных проектов и сооружений, таких как высокие опоры виадука.
Современные стальные сплавы, такие как дуплексные и микролегированные стали, обеспечивают лучшую коррозионную стойкость и сопротивление усталости. Они содержат элементы, такие как хром и никель, которые улучшают долговечность, особенно в агрессивных средах, например, в прибрежных или промышленных зонах. Эти сплавы снижают затраты на техническое обслуживание и продлевают срок службы мостов.
Технологические инновации, такие как BIM, CAD, обработка на станках с ЧПУ и модульное строительство, позволяют добиться точности изготовления, уменьшить количество отходов и ускорить сборку. Эти технологии повышают безопасность, обеспечивают стабильность и сокращают задержки, связанные с погодными условиями во время строительства мостов.
Дуплексная сталь имеет более высокую начальную стоимость, но обеспечивает более низкие эксплуатационные расходы в долгосрочной перспективе. Она обладает более длительным сроком службы, поддерживает переработку и обеспечивает значительное сокращение выбросов углерода по сравнению с углеродистой сталью. Ее использование в мостовых проектах может привести к экономии средств и экологическим преимуществам со временем.
Copyright © 2025 by Bao-Wu(Tianjin) Import & Export Co.,Ltd. - Политика конфиденциальности
EN
