[发明专利]一种钛/铝/钛轻质高强度应急桥梁及架设方法

说明书

为了使车辆和机械克服浅滩、河流、坑洼、泥泞及松软地面等路面障碍，发明了一种6米宽，厚度为2mm+6mm+2mm钛/铝/钛轻质高强度金属复合材料应急桥。应急桥主要由桥面板、横系材、辅助器材等组成。8块桥面板组成两个等宽车辙，两车辙之间通过横系材联接为整体；桥面板本体为工字梁结构，上、下翼板和腹板采用钛/铝/钛叠层材料，钛/铝/钛为“三明治”式叠层结构。应急桥其整桥(长×宽×高)尺寸为：6000mm×3400mm×240mm；桥面板(长×宽×高)尺寸为：600mm×260mm×240mm；其总重量为1600kg；桥面板单块重量约为190kg。由于桥面板单块重量低于200kg，且长度超过600mm，可由4‑6人进行徒手架设，架设时间小于30分钟。此应急桥可通过组合架设使用，保证履带式荷载40吨、轮式轴压13吨的机械装备顺利通过，也可单独架设使用保证人员通过较深的山谷等路面障碍。

技术领域

本发明涉及的是一种钛/铝/钛轻质高强度应急桥梁及架设方法，属于金属复合材料制造及桥梁结构设计等综合技术领域。

背景技术

在抢险救灾、野外作业或军事行动过程中，一些浅滩、河流、坑洼、泥泞及松软地面严重阻碍了救援车辆和机械的正常通行。应急桥梁是克服上述复杂路面障碍的重要器材工具，在民用运输交通以及战时支援保障方面具有无可替代的作用。基于此，应急桥不仅要重量轻便于架设，又要有足够的强度刚度便于机械车辆通过。

目前非金属材料或铝合金等应急桥梁普遍存在强度不够，而钢制结构应急桥梁又由于重量大不易架设，阻碍了应急桥梁的应急抢险的快速抢修保障性能。如模块化小跨径铝合金桥梁(CN 201459589 U)具有模块化安装、结构简单、使用方便的特点，但由于铝合金的本身强度较低，无法很好满足大型重载车辆的通过要求；钢制桥梁网格多点受力桥板(CN204266119 U)利用网格多点受力利用原理，提高了钢制桥梁的使用寿命与安全性，但其便携性、可拆卸性由于其安装过程的繁琐而有所不足；移动应急轻质桥梁结构(CN 204644855U)采用车辆折叠搭载，具有搭载快、负荷强度大、可扩展并调整斜度等优点，但其架设需要车辆以及平台的相对固定，便捷性有待提高；如何找到一种用于桥梁结构的新型材料，使其具有较高的强度以及较轻的重量，同时兼具较好的可安装性、可操作性，成为新型应急桥梁发展的关键。

发明内容

此发明包括轻质高强度钛/铝/钛复合材料及其制造方法、6米应急桥的结构组成及架设撤收方法三部分。

1、应急桥轻质高强度钛/铝/钛复合材料及其制造方法

在爆炸焊接过程中，复板首先必须产生弯曲，其次复板不能产生破坏，即爆炸载荷必须满足以下两个条件才能实现成功焊接。爆炸载荷所产生的最大弯矩首先必须超过材料的动态屈服极限弯矩，使复板产生弯折变形，才能满足爆炸焊接复板和基板斜碰撞的条件，因而才有可能获得有效的焊接界面。

基复板碰撞速度随着装药厚度的增加而迅速上升，过高的碰撞速度将产生最小界面结合能以外多余的能量，使结合界面发生过度熔化，复合板整体塑性变形、开裂、灼伤等，严重影响界面结合质量和复合板外观。当装药厚度超过上限时，界面熔化现象极为严重，强度极大的拉伸波从地基反射回到结合界面，将处于熔融状态的金属彻底拉开，导致焊接失效。因此装药量上限的控制能够减小界面熔化的程度。另外，钛和铝在爆炸焊接过程中由于界面高温，会生成脆性的TiC、TiO、Al₂O₃等金属间化合物，因此钛/铝/钛焊接参数的确定应遵循下限法则，即在焊接窗口下限附近获得最佳的参数，使得钛/铝/钛复合材料的界面结合强度最高。

装药厚度δ、基复板间距s、炸药爆速D是直接决定爆炸焊接质量的三个静态工艺参数。根据建立的钛-铝动态参数窗口的边界条件，以界面结合能最小原理、窗口法则、极限法则为理论原则，根据焊接动态参数窗口，碰撞速度下限，碰撞速度上限，结合下限质量比R_min、上限质量比R_max这两个边界条件，可构建并计算钛-铝合金爆炸焊接装药质量比与复板厚度初始参数窗口。