劉春鳳

(中鐵山橋集團有限公司，河北秦皇島 066205)

德國鐵路鋼橋制造實踐探索

劉春鳳

(中鐵山橋集團有限公司，河北秦皇島 066205)

給出了中鐵山橋公司制造的德國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)準的角度探討了我國與德國在鐵路鋼橋制造方面的差異。為以后我國承擔(dān)國外鐵路鋼橋，尤其是德國鐵路鋼橋的制造提供了實踐基礎(chǔ)，可資借鑒。

德國 鐵路鋼橋 制造 差異

我公司新近制造了兩座德國鐵路鋼橋，這對我公司乃至我國來說都屬首次。該橋從材料到制造、驗收全部執(zhí)行歐洲或德國標(biāo)準，因而在執(zhí)行規(guī)范、設(shè)計思路、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)計要求成功制造這兩座鐵路鋼橋，積累了一定的經(jīng)驗，為以后我國承擔(dān)國外鐵路鋼橋，尤其是德國鐵路鋼橋的制造提供了實踐基礎(chǔ)，對以后同類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鐵路鋼橋，分別為(84+ 95.5+2×106+74.5)m單線鐵路下承全焊整體節(jié)點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雙線鐵路下承全焊整體1孔簡支梁及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、下弦均為折線形，上弦節(jié)間長度大于下弦節(jié)間長度形成拱度。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)點在于，對鋼材從任何方位、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孔，不使截面受削弱;構(gòu)造簡單，節(jié)省鋼材，制造方便，并易于采用自動化操作，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，如焊縫附近鋼材因焊接的高溫作用而形成熱影響區(qū)，使金相組織和機械性能發(fā)生變化，某些部位材質(zhì)變脆;焊接過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)疲勞強度的缺陷。

高強度螺栓連接有摩擦型連接和承壓型連接兩種類型，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)對被連接件的接觸面進行處理。其優(yōu)點在于，受力過程中剪切變形小，彈性性能好，耐疲勞，特別適用于承受動力荷載的結(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，如對安裝架設(shè)施工技術(shù)要求很高、勞動強度大、施工條件差、施工速度慢等等。

鑒于以上因素，德國在鐵路鋼橋設(shè)計中，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，工廠施焊環(huán)境要強于架設(shè)工地，從焊接質(zhì)量的角度來講，焊接工作盡量在工廠完成。

這就造成德國鐵路鋼橋的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊縫密集、焊接接頭種類較多、空間位置多樣，熔透焊縫數(shù)量大。制造過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)場安裝架設(shè)對構(gòu)件的尺寸精度和線形的要求很嚴，要求必須合理制定工藝以控制焊接變形。全焊結(jié)構(gòu)鐵路桁梁對焊接技術(shù)的要求很高，可借鑒經(jīng)驗比較少，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 全過程預(yù)拼裝

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

國內(nèi)因運輸和制造場地要求，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，需進行試裝，以檢查尺寸和線形。然后再分解成獨立“節(jié)段”，并按計劃運送至工地進行拼裝成橋，所有“節(jié)段”拼裝之后需保證成橋的線形要求，縱向要保證各“節(jié)段”所有的節(jié)點交匯點均在規(guī)定的拱度曲線位置上，橫向也要保證左右對稱節(jié)點的相對位置。如何保證構(gòu)件的尺寸精度和線形要求，以滿足安裝架設(shè)的需要是一個突出的問題。所有的尺寸偏差都要在加工制造過程中控制到位，這點與栓接桁梁不同，栓接桁梁可以后出孔，用孔控制尺寸偏差。

3.2 “大”桿件單元

德國在工廠內(nèi)制造完成的桿件“大”。下弦桿連續(xù)幾個節(jié)間為一個制造桿件，上弦桿也是連續(xù)幾個節(jié)間為一個制造桿件，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形要求。

國內(nèi)整體節(jié)點是一個節(jié)點加一個節(jié)間長為一個上弦桿長或一個下弦桿長，這樣節(jié)間長度可在整個桿件制造完成后，用二次機加工或后出孔來保證。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很大的難度，每根上、下弦桿都由2～3個節(jié)間組成。在縱向，節(jié)間長度尺寸必須控制在允許偏差內(nèi)，不然會造成左、右桁架節(jié)間不等長，影響安裝架設(shè)，德國制造因為是匹配公差不存在此問題。這就要求我們必須依靠準確的焊接收縮量、工藝控制、制造過程中的質(zhì)量控制來保證節(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接偏差，又減少了工地的焊接工作量。國內(nèi)通常是廠內(nèi)制造橋面板單元、橫梁，架設(shè)工地進行橋面板組拼、安裝。

該橋每根下弦桿都由2～3個節(jié)間組成，橋面板塊與下弦桿等長。每個節(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)隔板對應(yīng)組焊，這就要求橋面板上的橫梁間距必須與對應(yīng)的下弦桿的接頭板及隔板間距一致，否則就會造成工地安裝錯位。所以，在制造過程中，要嚴格控制下弦桿、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，嚴格控制橫梁組裝位置。

4 主要規(guī)范標(biāo)準

該橋從材料到制造驗收全部執(zhí)行歐標(biāo)或德標(biāo)。從執(zhí)行規(guī)范、設(shè)計思路、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)準有:

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

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

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

德國標(biāo)準《熱切割—熱切割分類—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》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;《熔焊焊縫無損檢測.目視檢測》DIN EN 970;《焊接.焊接結(jié)構(gòu)通用公差.長度和角度的尺寸、形狀和位置》DIN EN ISO 13920。

5 結(jié)語

通過上述內(nèi)容可以看出，在鐵路鋼橋制造方面，無論是連接方法、工藝流程還是規(guī)范標(biāo)準，我國與德國都存在著較大的差異。我公司按照設(shè)計要求成功制造完成這兩座鐵路鋼橋，積累了經(jīng)驗，為以后我國承擔(dān)國外鐵路鋼橋，尤其是德國鐵路鋼橋的制造提供了實踐基礎(chǔ)，對以后同類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］錢冬生.鐵路鋼橋——設(shè)計與制造［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，高級工程師。

(責(zé)任審編 孟慶伶)