随着桥梁建设向山区峡谷、城市枢纽等复杂场景延伸，步履式架桥机面临转场便捷性、极端空间适配性与重载承载能力的多重考验。传统架桥机多采用常规钢材与整体式结构，存在自重大、运输成本高、能耗大等痛点，尤其在超低净空、小曲线等极端工况下难以灵活作业。结构轻量化与高强度材料的协同应用，通过优化结构设计、甄选高性能材料，实现了“减重不减载”的核心目标，成为提升架桥机作业效能、拓展应用边界的关键技术突破方向。
结构轻量化设计以拓扑优化与模块化解构为核心，精准去除冗余结构并提升部件通用性。技术团队摒弃传统“整体厚重化”的设计思路，采用有限元分析技术对主梁、支腿等核心部件进行拓扑优化，在保证承载强度的前提下，通过调整截面形态、删减非承力区域冗余材料，实现结构减重。例如在盐港东立交项目中，技术团队通过优化主梁前部三角型桁架截面尺寸与前支腿结构，使主梁重量从280吨降至256吨，前支腿从18吨减重至16吨，有效解决了悬臂结构过跨时的下挠风险。更具创新性的是模块化衍生设计理念，如“应龙号”架桥机将整机解构为主梁、支腿、起重小车等标准化模块，各模块采用轻量化设计与标准化接口，不仅大幅降低单模块运输重量，使其适配公路、铁路等多种运输方式，还能通过模块快速重组实现单线/双线、常规/极端工况的灵活切换，兼顾轻量化与多功能性。
高强度材料的精准应用为轻量化设计提供核心支撑，形成多材料协同适配体系。目前Q690及以上级别高强钢已成为架桥机核心结构的主流选择，据统计2024年其在新产架桥机结构件中的使用占比已达63%，较2021年实现翻倍，这类钢材在密度与常规钢材接近的前提下，强度提升显著，可大幅降低结构件厚度与重量。在高端装备领域，碳纤维复合材料、航空级钛合金等新型材料的应用进一步突破减重瓶颈，邵永铁路莲荷塘特大桥使用的智慧造桥机，其承重杆件采用航空级钛合金与碳纤维复合结构，在保持2500吨极限承载力的同时，自重减轻28%，转场效率提升40%。此外，在步履机牵引滑块等关键接触部件，采用MGE低摩擦系数复合材料等功能材料，通过差异化材料选型减少辅助结构用量，间接实现整机轻量化，同时提升作业平稳性。
该技术体系的工程应用价值已在多个重大项目中充分彰显。“应龙号”架桥机凭借轻量化模块化结构与高强钢应用，成功适配珠肇高铁8.4米超低净空的门式墩工况，完成460吨级箱梁架设；ZQJ900型架桥机采用碳纤维复合材料主梁，在实现整机减重18%的同时承载能力提升15%，在杭绍台高速项目中实现日均架梁1.5榀的高效作业；盐港东立交项目的轻量化改造架桥机则直接节约工期40多天，节省成本200多万元。未来，随着新材料研发与数字孪生技术的深度融合，将实现材料选型与结构设计的精准匹配，进一步推动架桥机向“更轻、更强、更智能”方向发展，为超级桥梁工程提供更高效的装备支撑。
