一、鋁合金

1.1 鋁和鋁合金

鋁是地球上最豐富的金屬元素，占地殼總量的7.5%。1808年，鋁是由英國漢弗里·戴維爵士發現，它是明礬的一種成分。鋁合金是在純鋁中加入適量其它元素如Si、Cu、Mg、Zn等即為鋁合金。

1.2 鋁合金應用范圍

▲目前鋁合金是工業中應用僅次于鋼材的金屬結構材料，廣泛地應用在各個領域，航空航天、高鐵、汽車工業、日常工具、電子產品、建筑和橋梁等行業中。

1.3 鋁合金的命名規則

▲美國鋁合金協會代表的編號系統普遍被接受，所以國內的鋁合金代號，基本和美國的一致。第五位字母：基礎狀態代號（GB/T16475－1996）：

T5—從成型溫度冷卻后人工時效。

T6—固溶處理后人工時效。

1.4 鋁合金的特點

二、在橋梁結構中的應用

2.1 國外的應用情況

▲國外鋁合金橋梁的一個應用序列

在2007年之前，國內橋梁還沒有鋁合金應用的先例。至2018年，鋁合金橋梁的建設已跨越85個春秋（1933——2018年），全世界已建成的鋁合金橋（公路橋、鐵路橋、過街人行橋）約390座，國外96%以上為公路橋，鐵路橋寥寥無幾，中國在2016年統計僅有62座，全為過街人行天橋。

▲這座橋是英國1948年建成的世界第一鋁合金橋：亨頓塢鋁合金開啟橋。長37m，寬5.64m。

▲1953年9月30日，在阿伯丁港，由伊麗莎白女王主持了開幕儀式，圣·克萊門特鋁合金橋，這座橋跨度只有30m，1975年退役并回收。

▲1948-1950年，加拿大魁北克省阿爾維達建成了一座鋁合金上承式拱橋,主跨88.6m,橋梁全長153m,橋面寬10.36m。到目前為止,該橋保持世界鋁合金橋跨度記錄,2013和2014年之間進行過維修和養護，并且仍在使用之中。

▲1956年,德國首次應用鋁合金修建了施萬貝爾桁架人行橋,跨度44.2m,寬5.1m。位于魯爾地區一條運河上,沒經過任何防腐涂裝處理,在強腐蝕環境歷經50余年,主體結構完好

▲1995年 挪威的福什穆橋，是首個用于公路的鋁合金箱梁。這座橋除了基礎可以說是全鋁合金橋，橋梁長38.5m，寬7.4m，分兩跨，雙向兩車道，梁高1.513m。

二十世紀九十年代后,隨著鋁合金材料工藝的進步和擠壓成形技術的成熟,鋁合金橋梁的研究建造又進入了新一輪高峰。

▲2003年，英國倫敦皇家芭蕾舞學校渴望之橋，建筑師威爾金索爾，也叫過街花橋，連接皇家芭蕾舞學校與皇家歌劇院，并提供舞蹈演員排練和表演。

▲設計由23個旋轉鋁框架鉸接組成，每個框架之間旋轉3.91°，這一組圖片是施工過程。這座橋的鋁框架外側用半透明的玻璃表皮裝飾連接，下面設置了一層橡木鋪裝，以適應人通行。

▲這是一個舞蹈演員穿越空間的隱喻，這是皇家歌劇院演出的建筑序曲——只是幾個舞步穿過花街。

▲2003.06，荷蘭阿姆斯特丹運河上，MVSA建筑事務所，威斯多克大橋；為行人和騎自行車的人使用。這是一個5m寬，48m長的橋。

▲2009年，澳大利亞，揚切普大橋，這座橋長143m，寬2.5m，在海邊，是一座全免維護的橋梁。

▲這座橋是為行人、馬和騎手設計的。這是一個18m單跨全鋁橋，3m寬，自重約7t或380kg/m。主構件是125mm和150mm矩形鋁型材，全焊接結構。

▲石油鉆井平臺人行天橋：設計和制造者，馬迪集團，2014跨徑46.3m，寬1.2m的箱型桁架，這座橋的自重僅為137t或296kg/m。

2.2 國內的應用情況

▲2007年10月,GB50429一2007《鋁合金結構設計規范》正式發布,2008年3月正式實施；2010年7月,JGJ/TZ16一2010《鋁合金結構工程施工規程》正式發布,2011年3月正式實施,在我國鋁合金結構建筑的設計和施工已經有據可依,正逐漸走向成熟。

▲杭州市慶春路中河人行天橋，該橋是中國首座鋁合金結構橋梁，2007年3月25日21時竣工，是德國公司設計、制造與建設的，所用鋁材也是從德國進口的，主材為6082-T6鋁合金。

▲杭州市延安路人行天橋

▲2007年9月29日投入運行的徐家匯人行天橋，由同濟大學沈祖炎院士團隊設計，外形類似外灘白渡橋，是國內首座完全自主設計、自行制造、自行建造與安裝的鋁合金結構橋梁，總工期僅37d。

▲西單人行天橋是北京市迎奧運重點工程之一，2008年7月8日投入運行，鋁合金上部結構為外資企業承建，大部分鋁合金擠壓型材國內生產，為6082-T6合金，鋁合金步道板等附件從國外進口，為6005-T6鋁合金，其中新建一號天橋呈“U”型，主跨38.1m，總長84m，橋面凈寬8m，新建二號天橋為“Z”型天橋，主跨32.7m，橋面凈寬6m。

▲杭州西湖 新解百天橋口字形人行過街天橋。2013年3月竣工，4月通行，全長217.55m,寬4.8m，重226t,承載能力4.3kN/m2。

▲杭州西湖 新解百天橋口字形人行過街天橋夜景效果

▲2014年5月27日，寧波第一醫院過街人行天橋開通。

▲南寧：中國過街人行鋁橋較多的城市，目前已建成41座，14年7座，15年13座，16-17年21座，據18年7月的招標信息，南寧18-22年投資5.4億，再計劃增加90座鋁合金天橋。將來應該是全球這類過街天橋較多的城市之一。

▲重慶市彩云湖天橋，高新區創新大道協信天驕城人行天橋。這座鋁合金橋于2015年竣工，是重慶市首座這類鋁合金橋，總長度約30m，跨徑26.4m，橋面凈寬4m。

▲甘肅省隴西縣鋁合金人行天橋：西北地區首座于2017年7月30日建成，僅歷時12h一次吊裝成功。橋面凈寬3.2m，總長約118m,這是中國體量較大的X形天橋。

▲內蒙古首座人行鋁天橋在呼和浩特建成

2017年7月21日,該橋跨度33m，橋寬3.4m，行人通行道凈寬3m，橋寬3.4m，橋下機動車凈空高5m。

▲北京市長安街-崇文門鋁合金天橋也稱東單天橋

原橋建于1999年，鋼結構橋梁銹蝕嚴重，于2017年11月拆除重建，2018年1月竣工通行。后的天橋為鋁合金桁架結構，橋梁全長58m，寬3.85m，單跨跨徑達到52m，是中國國內單跨最大的鋁合金桁架天橋。

▲2017年12月，桂林將新建12座鋁合金天橋，這座是樂群路口天橋。

除以上介紹的人行過街鋁合金天橋外，哈爾濱、黃巖等地也建成了一些這類橋梁。

▲烏蘭浩特神駿橋，全部為鋁合金結構，是目前世界上最長的鋁合金棧橋，2017年3月由土人設計，2018年1月竣工完成。

▲2018/01/31 福州首座鋁合金橋投入使用，天橋位于江濱西大道鼓樓區法院旁，周邊小區居民可通過天橋直達閩江公園。50m主橋吊裝只用了一晚，整座天橋平面布置為“一”字形梯道橋，主橋長約50m，橋面凈寬3m，兩側共設置2個梯道，凈寬3.6m。

三、在橋面鋪裝中的應用

3.1.國外的應用情況

▲美國雖然不是最早研制鋁合金的國家,但卻是最早(1933年)把鋁合金材料應用于橋梁工程中的國家。早在1933年，鋁橋面鋪裝代替建于1882匹茲堡史密斯菲爾德街大橋的木材和鋼橋面鋪裝，這個應用晚了建筑上使用鋁合金整整40年。

▲鋁在懸索橋修復中的作用，鋁的高強度和輕盈在早期懸索橋的修復中起著關鍵作用。

在法國，在1975年間，三座懸索橋已經用鋁鋪裝修復。這座是1937年建設的懸索橋，也用鋁合金橋面鋪裝替換原來的鋼橋面鋪裝。

▲1987，瑞典的SAPA開發了一種鋁擠壓系統以形成結構橋面鋪裝，主要目標是在現有橋梁上更換原來的木鋪裝和混凝土鋪裝。迄今為止，它已經在瑞典和挪威完成了近80個項目。

▲二十世紀九十年代之后還修建了大量鋁合金橋人行橋,1999年,英國修建了洛克梅多步行橋,為全長79.95m的斜拉橋,橋面板為蜂窩狀鋁合金擠壓板，厚度30cm，通過橫向預應力鋼束形成整體,整體結構美觀,很有特色。

▲由于高度限制，為了改善視野，這座懸索人行橋設計是在主梁兩側配備了支撐纜索，使得主梁顯得非常輕薄。該橋在河中有兩個橋墩，分三跨，81m+144m+108m，總長度為325m；橋面寬4m，采用鋁合金橋面板。

▲千禧橋，蓋茨黑德，英國：建筑師威爾金索爾，2001大名鼎鼎的蓋茨亥德千禧橋，共斥資約4400萬美金，總長度126m，最大跨徑105m，跨度8.0m，拱高50m，開工時間1998年，建成時間2001年9月17日。橋面鋪裝也采用的鋁合金鋪裝。

▲2009年美國芝加哥尼克爾斯橋，長190m，寬4.6m，橋面鋪裝也是鋁合金，長度2.5m，寬4.6m，拼裝結構。

3.2.國內的應用情況

國內鋁合金鋪裝都是和鋁合金桁架橋一起應用，專門的鋁合金橋面鋪裝各個高校和科研單位研究過，但是據查到的資料，還沒有完全應用和實施。

四、在橋梁護欄中的應用

▲卡斯特橋梁將陸續推出一系列鋁合金防撞護欄

五、橋梁建設為什么要用鋁合金

▲這個表是美國2016年一份調研報告中鋁合金橋梁費用的比例，深藍色的是需要投資的費用，淺綠色是后期的維護費用，淺藍色是后期回收費用，所以總體從全生命周期看，鋁合金橋占有很大的優勢。

▲這個表是美國一個橋梁行業協會，對鋁合金、木材、鋼結構、混凝土，后期維護費用的整體比較，也可看出鋁合金橋的優勢。

所以，未來鋁合金橋的發展將會越來越有優勢。