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고급 알루미늄 합금 소재: 교량 건설 도입을 위한 혁신적인 선택
2024-04-18 09:52:59
과학기술의 급속한 발전과 도시화의 가속화로 인해 도시교통의 중요한 부분인 교량은 설계와 시공방식이 끊임없이 혁신되고 있습니다. 전통적인 강철 교량은 강도가 높고 비용이 상대적으로 저렴하기 때문에 널리 사용됩니다. 그러나 시간이 지남에 따라 부식, 높은 유지관리 비용 등의 문제가 점차 나타나게 됩니다. 이러한 배경에서 고급 알루미늄 합금 소재는 고유한 성능 이점을 바탕으로 교량 건설 분야에서 혁신적인 선택이 되었습니다.
알루미늄 합금 소재의 장점
경량 설계의 장점
알루미늄 합금의 밀도는 약 2.7g/cm3로 강철의 약 1/3에 불과합니다. 이 경량 특성은 교량 설계 및 건설에 무엇을 의미합니까? 우선, 경량 교량 구조는 기초에 대한 요구 사항을 줄여 지질 조건이 좋지 않은 지역에도 대형 교량을 건설할 수 있습니다. 둘째, 경량 구조는 운송 및 설치 비용을 줄일 수 있는데, 이는 접근이 제한된 외딴 지역이나 장소에서 특히 중요합니다. 또한 경량 구조물은 지진 발생 시 관성력을 감소시키기 때문에 지진 발생 시 내진 성능을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.
내식성의 중요성
알루미늄 합금 재료는 자연 환경에서 치밀한 산화막을 형성할 수 있습니다. 이 산화막은 수분과 산소의 침입을 효과적으로 차단하여 재료를 부식으로부터 보호할 수 있습니다. 교량은 종종 요소에 노출되고 요소를 견뎌야 하기 때문에 이는 교량 건설에서 특히 중요합니다. 기존 강철 교량과 비교하여 알루미늄 합금 교량은 부식 방지 처리를 자주 필요로 하지 않으므로 장기 유지 관리 비용과 작업량이 크게 줄어듭니다.
가소성과 가공성의 완벽한 조합
알루미늄 합금 소재는 압출 및 성형이 용이하고 다양하고 복잡한 단면의 프로파일을 제작할 수 있어 교량 설계에 더 많은 가능성을 제공합니다. 설계자는 풍경과 기능성에 대한 현대 도시의 이중 요구 사항을 충족하기 위해 필요에 따라 아름답고 실용적인 교량 구조를 설계할 수 있습니다. 또한 알루미늄 합금 용접 및 연결 기술도 지속적으로 개선되어 알루미늄 합금 교량의 건설이 더욱 편리하고 빨라지고 있습니다.
알루미늄합금의 기계적 성질 및 접합기술
기계적 특성에 대한 종합적 고려 알루미늄 합금은 탄성률이 낮지만 비강도(강도 대 밀도의 비율)는 고강도강과 비슷하거나 훨씬 더 좋습니다. 이는 알루미늄 합금 구조가 동일한 하중을 견디면서 더 가벼워질 수 있음을 의미합니다. 동시에, 설계 시 알루미늄 합금의 탄성 변형 특성을 고려해야 하며, 구조물의 강성과 강도를 합리적으로 설계하여 구조물의 안전성과 안정성을 보장해야 합니다.
연결 기술의 혁신과 개발
알루미늄 합금은 볼트 연결, 리벳 연결, 용접 연결 등 다양한 방법으로 연결할 수 있습니다. 갈바닉 부식을 줄이기 위해 알루미늄 합금 구조에는 일반적으로 알루미늄 리벳이나 볼트가 사용됩니다. 동시에 용접 기술의 발전으로 알루미늄 합금의 용접 성능도 크게 향상되었습니다. MIG 용접(용해 불활성 가스 용접)과 TIG 용접(텅스텐 불활성 가스 용접)은 교량 건설의 높은 기준을 충족하는 고품질 용접 조인트를 제공할 수 있는 일반적으로 사용되는 두 가지 알루미늄 합금 용접 방법입니다.
알루미늄 합금 교량의 안정적인 성능
안정적인 성능을 위한 설계 포인트
알루미늄 합금 부품은 굽힘을 받을 때 측면 굽힘 및 비틀림 불안정이 발생할 수 있으므로 설계 시 특별한 주의가 필요합니다. 구조의 안정성을 향상시키기 위해 설계자는 수평 지지대 추가, 단면 형태 변경, 보강재 사용 등과 같은 다양한 조치를 취할 수 있습니다. 이러한 조치는 알루미늄 합금 교량의 국부적 및 전반적인 안정성을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 다양한 하중 하에서 구조물의 안전성을 보장합니다.
알루미늄 합금 교량의 예
항저우 칭춘 로드 중하 보행자 다리
이 교량은 알루미늄 합금 트러스 구조의 박스 거더를 사용하며 주 교량 재료는 6082-T6 알루미늄 합금입니다. 길이 36.8m의 교량은 무게가 11톤에 불과해 알루미늄 합금 교량의 경량화 설계가 갖는 장점을 잘 보여준다. 교량의 디자인은 기능성을 고려했을 뿐만 아니라, 주변 환경과의 조화를 충분히 고려하여 도시의 아름다운 풍경이 되었습니다.
상하이 쉬자후이 보행자 다리
Tongji University가 설계한 Shanghai Xujiahui 보행자용 다리는 6061-T6 알루미늄 합금으로 만들어졌으며 단일 경간은 23m, 폭은 6m, 자중은 150kN, 최대 하중 질량은 50t입니다. 이 교량의 신속한 건설과 활용은 현대 도시의 알루미늄 합금 교량의 실용성과 효율성을 반영합니다.
베이시시단 보행자 다리
베이시 시단 보행자교의 알루미늄 합금 상부구조는 외자회사가 건설했으며 주요 알루미늄 합금 프로파일은 6082-T6입니다. 주경간 전체 길이는 38.1m, 교량 상판의 순폭은 8m, 전체 길이는 84m이다. 다리는 보행자의 편안함과 안전을 염두에 두고 설계되었습니다. 동시에 알루미늄 합금 소재를 사용하면 교량의 수명이 길어지고 유지 관리 비용이 낮아집니다.
결론
교량 건설에 고급 알루미늄 합금 소재를 적용하면 교량의 구조적 성능과 내구성이 향상될 뿐만 아니라 교량 설계에 더 많은 가능성이 제공됩니다. 재료과학의 발전과 건설기술의 발전으로 알루미늄합금 교량은 미래 교량 건설에서 더욱 중요한 역할을 담당하고 현대 도시를 연결하는 중요한 연결고리가 될 것으로 기대됩니다.