德國(guó)鐵路鋼橋制造實(shí)踐探索

劉春鳳

(中鐵山橋集團(tuán)有限公司，河北秦皇島 066205)

德國(guó)鐵路鋼橋制造實(shí)踐探索

劉春鳳

(中鐵山橋集團(tuán)有限公司，河北秦皇島 066205)

給出了中鐵山橋公司制造的德國(guó)鐵路鋼橋的工程概況，并從連接方法、工藝流程和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的角度探討了我國(guó)與德國(guó)在鐵路鋼橋制造方面的差異。為以后我國(guó)承擔(dān)國(guó)外鐵路鋼橋，尤其是德國(guó)鐵路鋼橋的制造提供了實(shí)踐基礎(chǔ)，可資借鑒。

德國(guó) 鐵路鋼橋 制造 差異

我公司新近制造了兩座德國(guó)鐵路鋼橋，這對(duì)我公司乃至我國(guó)來(lái)說(shuō)都屬首次。該橋從材料到制造、驗(yàn)收全部執(zhí)行歐洲或德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，因而在執(zhí)行規(guī)范、設(shè)計(jì)思路、工作習(xí)慣等方面均需要學(xué)習(xí)、溝通、理解和掌握。我公司按照設(shè)計(jì)要求成功制造這兩座鐵路鋼橋，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，為以后我國(guó)承擔(dān)國(guó)外鐵路鋼橋，尤其是德國(guó)鐵路鋼橋的制造提供了實(shí)踐基礎(chǔ)，對(duì)以后同類(lèi)型的鋼橋制造具有重大意義。

1 工程概述

我公司承制的兩座德國(guó)鐵路鋼橋，分別為(84+ 95.5+2×106+74.5)m單線(xiàn)鐵路下承全焊整體節(jié)點(diǎn)5孔連續(xù)桁梁(桁高為10.18 m，桁寬為5.7 m，節(jié)間距不等)，以及(41.3+91.3+80)m雙線(xiàn)鐵路下承全焊整體1孔簡(jiǎn)支梁及2孔連續(xù)桁梁(桁高為9.5 m，桁寬為9.8 m，節(jié)間距不等)。主桁由兩片桁架組成，每片桁架由弦桿和斜桿組成(三角形桁架)，上、下弦均為折線(xiàn)形，上弦節(jié)間長(zhǎng)度大于下弦節(jié)間長(zhǎng)度形成拱度。橋面系由橫梁和橋面板組成。

主桁為全焊式整體節(jié)點(diǎn)桁架。上弦桿、下弦桿、斜桿均采用焊接箱形截面，工地安裝采用箱形四面對(duì)接焊接。弦桿概貌如圖1。

橋面為正交異性板道砟橋面，橋面板由頂板和焊接于頂板上的縱向加勁肋及橫梁組成，橋面板縱向采用U形肋和T型肋加勁;整體橋面板兩端和中間分別采用槽型橫梁和T型橫梁，橫梁的下蓋板和腹板分別與主桁下弦桿的下水平板和腹板對(duì)接焊。橋面板大樣如圖2所示。

圖1 弦桿制造

圖2 橋面板

2 連接方式

當(dāng)前鐵路鋼橋主要采用焊縫連接和螺栓連接兩種方法［1-2］。焊縫連接的優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)鋼材從任何方位、角度和形狀相交都能方便使用;且不需要附加連接板、連接角鋼等零件，也不需要在鋼材上開(kāi)孔，不使截面受削弱;構(gòu)造簡(jiǎn)單，節(jié)省鋼材，制造方便，并易于采用自動(dòng)化操作，生產(chǎn)效率高。此外，焊接連接剛度大，密封性較好。但是焊縫連接也存在一定的缺點(diǎn)，如焊縫附近鋼材因焊接的高溫作用而形成熱影響區(qū)，使金相組織和機(jī)械性能發(fā)生變化，某些部位材質(zhì)變脆;焊接過(guò)程中鋼材受到不均勻的高溫和冷卻，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，影響結(jié)構(gòu)的承載力、剛度和使用性能;焊縫可能出現(xiàn)氣孔、夾渣、咬邊、弧坑裂紋、根部收縮、接頭不良等影響結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的缺陷。

高強(qiáng)度螺栓連接有摩擦型連接和承壓型連接兩種類(lèi)型，通常采用的是摩擦型連接。摩擦型連接是只依靠被連接板件間強(qiáng)大的摩擦力傳力，以摩擦力被克服作為連接承載力的極限狀態(tài)。為了提高摩擦力，應(yīng)對(duì)被連接件的接觸面進(jìn)行處理。其優(yōu)點(diǎn)在于，受力過(guò)程中剪切變形小，彈性性能好，耐疲勞，特別適用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu);連接剛度大，傳力可靠。螺栓連接也伴隨著一定的缺點(diǎn)，如對(duì)安裝架設(shè)施工技術(shù)要求很高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、施工條件差、施工速度慢等等。

鑒于以上因素，德國(guó)在鐵路鋼橋設(shè)計(jì)中，其連接方式都是采用焊接連接，將制造的難度及工作量加大，以減少施工架設(shè)中的難度和工作量。同時(shí)，工廠施焊環(huán)境要強(qiáng)于架設(shè)工地，從焊接質(zhì)量的角度來(lái)講，焊接工作盡量在工廠完成。

這就造成德國(guó)鐵路鋼橋的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊縫密集、焊接接頭種類(lèi)較多、空間位置多樣，熔透焊縫數(shù)量大。制造過(guò)程中焊接工作量加大，焊接難度增加，焊接收縮量及變形控制難度加大。

現(xiàn)場(chǎng)安裝架設(shè)對(duì)構(gòu)件的尺寸精度和線(xiàn)形的要求很?chē)?yán)，要求必須合理制定工藝以控制焊接變形。全焊結(jié)構(gòu)鐵路桁梁對(duì)焊接技術(shù)的要求很高，可借鑒經(jīng)驗(yàn)比較少，這就要求焊接工藝做到既要考慮得全面又要精上加精。

3 工藝流程

3.1 全過(guò)程預(yù)拼裝

為保證成橋后的線(xiàn)形要求，在制造過(guò)程中，德國(guó)制造采用全過(guò)程預(yù)拼裝，即整個(gè)制造過(guò)程是在預(yù)拼裝胎上完成。桿件的尺寸偏差，是匹配出來(lái)的，這就確保了安裝尺寸精度和線(xiàn)形要求。

國(guó)內(nèi)因運(yùn)輸和制造場(chǎng)地要求，需分成“節(jié)段”在工廠內(nèi)加工、焊接，“節(jié)段”在工廠制造完成時(shí)，需進(jìn)行試裝，以檢查尺寸和線(xiàn)形。然后再分解成獨(dú)立“節(jié)段”，并按計(jì)劃運(yùn)送至工地進(jìn)行拼裝成橋，所有“節(jié)段”拼裝之后需保證成橋的線(xiàn)形要求，縱向要保證各“節(jié)段”所有的節(jié)點(diǎn)交匯點(diǎn)均在規(guī)定的拱度曲線(xiàn)位置上，橫向也要保證左右對(duì)稱(chēng)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置。如何保證構(gòu)件的尺寸精度和線(xiàn)形要求，以滿(mǎn)足安裝架設(shè)的需要是一個(gè)突出的問(wèn)題。所有的尺寸偏差都要在加工制造過(guò)程中控制到位，這點(diǎn)與栓接桁梁不同，栓接桁梁可以后出孔，用孔控制尺寸偏差。

3.2 “大”桿件單元

德國(guó)在工廠內(nèi)制造完成的桿件“大”。下弦桿連續(xù)幾個(gè)節(jié)間為一個(gè)制造桿件，上弦桿也是連續(xù)幾個(gè)節(jié)間為一個(gè)制造桿件，這樣既減少了工地的焊接工作量，又確保了安裝尺寸精度和線(xiàn)形要求。

國(guó)內(nèi)整體節(jié)點(diǎn)是一個(gè)節(jié)點(diǎn)加一個(gè)節(jié)間長(zhǎng)為一個(gè)上弦桿長(zhǎng)或一個(gè)下弦桿長(zhǎng)，這樣節(jié)間長(zhǎng)度可在整個(gè)桿件制造完成后，用二次機(jī)加工或后出孔來(lái)保證。這樣制造增大了安裝架設(shè)的工作量和難度。

“大”桿件的制造給我們帶來(lái)很大的難度，每根上、下弦桿都由2～3個(gè)節(jié)間組成。在縱向，節(jié)間長(zhǎng)度尺寸必須控制在允許偏差內(nèi)，不然會(huì)造成左、右桁架節(jié)間不等長(zhǎng)，影響安裝架設(shè)，德國(guó)制造因?yàn)槭瞧ヅ涔畈淮嬖诖藛?wèn)題。這就要求我們必須依靠準(zhǔn)確的焊接收縮量、工藝控制、制造過(guò)程中的質(zhì)量控制來(lái)保證節(jié)間距，以便保證橋梁的安裝架設(shè)。

3.3 “提前”的制造程序

德國(guó)采用下弦桿與橋面板的焊接在工廠完成的方法，既確保了橫梁與下弦桿對(duì)接偏差，又減少了工地的焊接工作量。國(guó)內(nèi)通常是廠內(nèi)制造橋面板單元、橫梁，架設(shè)工地進(jìn)行橋面板組拼、安裝。

該橋每根下弦桿都由2～3個(gè)節(jié)間組成，橋面板塊與下弦桿等長(zhǎng)。每個(gè)節(jié)間有4片橫梁，在工廠完成橫梁與板單元的焊接，橫梁與板單元在工地與下弦桿進(jìn)行組裝焊接。橫梁的蓋、腹板分別與下弦桿蓋板的接頭板及箱內(nèi)隔板對(duì)應(yīng)組焊，這就要求橋面板上的橫梁間距必須與對(duì)應(yīng)的下弦桿的接頭板及隔板間距一致，否則就會(huì)造成工地安裝錯(cuò)位。所以，在制造過(guò)程中，要嚴(yán)格控制下弦桿、橋面板的焊接收縮量、修整收縮量以及桿件變形量等。在橫梁組裝時(shí)，嚴(yán)格控制橫梁組裝位置。

4 主要規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

該橋從材料到制造驗(yàn)收全部執(zhí)行歐標(biāo)或德標(biāo)。從執(zhí)行規(guī)范、設(shè)計(jì)思路、工作習(xí)慣均需要學(xué)習(xí)、溝通、理解和掌握。主要采用的規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有:

德國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)《鐵路橋鋼橋設(shè)計(jì)、構(gòu)造、材料及加工附加要求》RIL804.4101;

德國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)《鐵路橋用熱軋結(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)品交貨技術(shù)條件》DBS 918002-02;

德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)—第7部分施工和施工人員資質(zhì)》DIN 18800-7:2001-12;

德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《熱切割—熱切割分類(lèi)—產(chǎn)品尺寸規(guī)格及品質(zhì)公差》DIN EN ISO 9013。

European Committee for Standardization出版的:《結(jié)構(gòu)鋼熱軋產(chǎn)品》DIN EN 10025;《鋼、鎳、鈦及其合金熔焊接頭(不包括電子束焊接)缺陷的質(zhì)量等級(jí)》DIN EN ISO 5817;《焊工的鑒定考查—熔焊第1部分:鋼》DIN EN 287-1;《金屬材料焊接方法的要求和鑒定.第2部分:電弧焊的焊接規(guī)程》DIN EN 288-2;《熔焊焊縫無(wú)損檢測(cè).目視檢測(cè)》DIN EN 970;《焊接.焊接結(jié)構(gòu)通用公差.長(zhǎng)度和角度的尺寸、形狀和位置》DIN EN ISO 13920。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述內(nèi)容可以看出，在鐵路鋼橋制造方面，無(wú)論是連接方法、工藝流程還是規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)與德國(guó)都存在著較大的差異。我公司按照設(shè)計(jì)要求成功制造完成這兩座鐵路鋼橋，積累了經(jīng)驗(yàn)，為以后我國(guó)承擔(dān)國(guó)外鐵路鋼橋，尤其是德國(guó)鐵路鋼橋的制造提供了實(shí)踐基礎(chǔ)，對(duì)以后同類(lèi)型的鋼橋制造具有重大意義。

［1］魏明鐘.鋼結(jié)構(gòu)［M］.武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2008.

［2］錢(qián)冬生.鐵路鋼橋——設(shè)計(jì)與制造［M］.成都:西南交通大學(xué)出版社，1994.

U445.47+2

B

1003-1995(2011)02-0019-03

2010-10-05;

2010-11-03

劉春風(fēng)(1963—)，女，河北昌黎人，高級(jí)工程師。

(責(zé)任審編 孟慶伶)