李軍平

(中鐵寶橋集團有限公司,陜西寶雞　721006)

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對鋼桁梁橋整體節(jié)點桿件與腹桿配合公差及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的探討

李軍平

(中鐵寶橋集團有限公司,陜西寶雞721006)

摘要：由于《鐵路鋼橋施工規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)對鋼桁梁橋整體節(jié)點桿件的安裝驗收缺少明確的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,為了確保該類鋼梁橋制造、安裝工作的順利進行,結(jié)合蕪湖長江大橋及類似橋遇到的問題,兼顧復(fù)雜鋼梁桿件制造公差的合理、匹配要求,提出了對相關(guān)規(guī)范的補充完善建議,可供規(guī)范修訂時參考。

關(guān)鍵詞：鋼桁梁橋；整體節(jié)點桿件；配合公差

1概述

自從2000年建成我國第一座整體節(jié)點鋼桁梁橋——蕪湖長江公鐵兩用大橋以來，整體節(jié)點結(jié)構(gòu)因其可大大縮短鋼梁架設(shè)周期、節(jié)省高強度螺栓、受力更為合理可靠等原因，得到了大力推廣，之后的公鐵路鋼桁梁橋基本均采用整體節(jié)點結(jié)構(gòu)，然而，由于安裝架設(shè)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)《鐵路橋涵施工規(guī)范》(TBJ203—96)仍然是按以前散裝節(jié)點結(jié)構(gòu)制定的，給制造、施工帶來了許多麻煩，因此，有必要根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點等制定相應(yīng)、合理可行的安裝架設(shè)驗收標(biāo)準(zhǔn)，以及制定合理匹配的制造標(biāo)準(zhǔn)。

2以往工程存在問題

(1)蕪湖長江大橋鋼梁整體節(jié)點桿件安裝時存在的問題。

該橋安裝時間為1998年底到2000年5月，根據(jù)《鐵路橋涵施工規(guī)范》(TBJ203—96)[1]，橋位安裝時，弦桿、節(jié)點板和拼接板的板層密貼情況應(yīng)滿足0.3 mm插片深入板層縫隙深度不大于20 mm。而蕪湖橋在安裝時，部分箱形腹桿不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求(工形腹桿由于剛性小高強度螺栓施擰后問題不大)，考慮到該橋鋼梁是厚板焊接、整體節(jié)點新結(jié)構(gòu)，采用插入方式和大邊距的形式，在TBJ203—96標(biāo)準(zhǔn)中根本沒有這類桿件的安裝驗收要求。節(jié)點拼接板縫驗收標(biāo)準(zhǔn)的確定應(yīng)滿足傳力要求和科學(xué)評價、從嚴(yán)要求的原則?？紤]到TBJ203—96標(biāo)準(zhǔn)是按散裝節(jié)點制定的，且以前節(jié)點板厚在32 mm以下，以前鋼桁梁橋主桁一般采用φ26 mm孔、M24高強度螺栓，孔邊距為40、50 mm，而蕪湖橋節(jié)點釘孔邊距達到120 mm，故專家提議并最后決定[2]：節(jié)點釘孔邊距為120 mm時，按0.3 mm塞尺伸進板縫深度不大于80 mm進行驗收；同時，要求節(jié)點安裝完成后，應(yīng)采用合適的材料將板縫密封，以防雨水進入，造成板層間銹蝕。

另外，蕪湖長江大橋制造規(guī)則規(guī)定[3]，主桁弦桿允許偏差B為0～+1.5 mm(圖1)，主桁箱形斜桿允許偏差H為-3.0～-1.0 mm(圖2)，根據(jù)前期架設(shè)取得的數(shù)據(jù)，要求對鋼梁制造規(guī)則進一步改進，提高制造、拼裝精度，減少板層縫隙和深度，建議主桁弦桿允許偏差B不變，主桁箱形斜桿允許偏差H按-2.0～-0.5 mm執(zhí)行。

圖1　蕪湖橋整體節(jié)點桿件節(jié)點板間距公差(單位：mm)

圖2　蕪湖橋插入式箱形腹桿允許偏差(單位：mm)

(2)2008～2009年制造安裝的鄭州黃河鐵路大橋，安裝時遇到的問題。

2002年對《鐵路橋涵施工規(guī)范》[4]進行了修訂，但仍然是針對散裝節(jié)點結(jié)構(gòu)的，標(biāo)準(zhǔn)號改為TB10203—2002，對弦桿、節(jié)點板和拼接板安裝提出了如下要求：由板厚小于32 mm組成的板束，其板層密貼情況應(yīng)滿足0.3 mm插片深入板層縫隙深度不大于20 mm的規(guī)定，對板厚大于32 mm的未提，也未考慮釘孔邊距情況。

京廣客運專線鄭州黃河橋(以下簡稱“鄭黃橋”)為公鐵兩用鋼桁梁橋，插入式腹桿允許偏差H為-1.5～-0.5 mm，整體節(jié)點桿件節(jié)點板間距允許偏差為0～+1.5 mm(圖3)，且該橋采用三主桁、斜邊桁主梁設(shè)計為國內(nèi)首次采用，以滿足橋面上寬下窄的要求，下層四線鐵路、上層六車道公路，其兩邊桁整體節(jié)點桿件為腹板及節(jié)點板與蓋板非垂直結(jié)構(gòu)，斷面為平行四邊形，制作及橋位安裝難度更大[5]。由于節(jié)點板根部焊接變形不易控制，加之節(jié)點板與腹桿連接的孔群距根部僅120 mm，根據(jù)試裝時腹桿插入較難的實際情況，為了確保安裝順利，工廠制造時腹桿端部的插入尺寸調(diào)整小了，結(jié)果導(dǎo)致了橋位安裝后節(jié)點板與腹桿安裝并施擰高強度螺栓后，不能滿足TB10203—2002的情況，經(jīng)多次研究，確定了對已安裝的桿件參照蕪湖橋的處理辦法、未安裝及正在制作的嚴(yán)格控制單件精度的處理意見。

圖3　鄭黃橋整體節(jié)點桿件與插入式腹桿公差(單位：mm)

(3)其他整體節(jié)點鋼桁梁橋情況。

據(jù)參與蕪湖橋、鄭黃橋等橋安裝問題處理的資深專家介紹，渝懷鐵路長壽長江大橋、京廣客專武漢天興洲大橋也遇到過類似的問題，都是參照蕪湖橋處理辦法處理的。據(jù)查，這兩座橋的整體節(jié)點桿件節(jié)點板間距和腹桿的插入尺寸允許偏差和鄭黃橋是一致的。

另外，為了避免出現(xiàn)類似問題，南京大勝關(guān)長江大橋、黃岡公鐵兩用橋其箱形腹桿與整體節(jié)點桿件的連接采取了對拼連接方式，但這樣整體節(jié)點結(jié)構(gòu)的優(yōu)點沒有充分體現(xiàn)出來，也許是一種無奈的做法。

3對整體節(jié)點與腹桿合理公差配合及相關(guān)制造公差的建議

3.1關(guān)于整體節(jié)點桿件的安裝標(biāo)準(zhǔn)問題

不管是《鐵路橋涵施工規(guī)范》(TBJ203—96)，還是修訂后的《鐵路橋涵施工規(guī)范》(TB10203—2002)，主要是針對散裝節(jié)點的，節(jié)點板厚度也不大于32 mm，缺少整體節(jié)點結(jié)構(gòu)和節(jié)點板厚度大于32 mm的相關(guān)內(nèi)容；2005年原鐵道部組織編寫的《客運專線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南》(TZ213—2005)也沒有整體節(jié)點桿件安裝的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。而且，從整體節(jié)點結(jié)構(gòu)出現(xiàn)以后，在安裝時一直存在問題，但沒有針對該結(jié)構(gòu)形式對施工規(guī)范增加相應(yīng)的條款，而是一味地提高桿件的制造精度要求，這是難以解決問題的。

3.2蕪湖橋制造規(guī)則要求及安裝存在問題分析

經(jīng)專家評審?fù)ㄟ^的制造規(guī)則要求：插入式腹桿的插入尺寸允許偏差為-3.0～-1.0 mm(公差帶為2 mm)，整體節(jié)點桿件節(jié)點板的間距尺寸允許偏差為0～+1.5 mm，這個公差配合本是合理的，但安裝時按TBJ203—96標(biāo)準(zhǔn)驗收不能滿足要求，當(dāng)時參與處理的多位資深專家認(rèn)為，主要是整體節(jié)點這種新結(jié)構(gòu)的緣故，該標(biāo)準(zhǔn)不適合，即散裝節(jié)點及板厚不大于32 mm、孔邊距40、50 mm的情況與蕪湖橋相差甚遠(yuǎn)，蕪湖橋整體節(jié)點桿件板厚達50 mm，釘孔邊距達到120 mm，故專家提出的節(jié)點釘孔邊距為120 mm時，按0.3 mm塞尺伸進板縫深度不大于80 mm進行驗收比驗標(biāo)嚴(yán)了，因為過去孔邊距為40、50 mm時，插入20 mm時距孔心20 mm或30 mm，而該處理意見塞尺可到之處距孔心還有40 mm。盡管后期對腹桿的插入尺寸允許偏差提出了按-2.0～-0.5 mm控制的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求，有所好轉(zhuǎn)但不盡合理、且未徹底得到解決。

3.3鄭黃橋、天興洲橋、長壽橋等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及安裝存在問題分析

鄭黃橋、天興洲橋[6-7]等將插入式腹桿與整體節(jié)點桿件節(jié)點板的配合公差進一步縮小，由蕪湖橋的配合間隙4.5 mm降低到3.0 mm，理應(yīng)得到好轉(zhuǎn)，但仍然按TB10203—2002標(biāo)準(zhǔn)驗收有一定問題。分析原因，該標(biāo)準(zhǔn)同樣不適合整體節(jié)點結(jié)構(gòu)，另外一個原因是桿件的安裝配合公差須合理，不是越嚴(yán)越好，如插入式腹桿允許偏差H定為-1.5～-0.5 mm，顯然是極不合理的，因為箱形腹桿采用棱角焊縫焊接，焊接時必然有一定的焊接收縮量，該收縮量本身有一定的離散性，且鋼板還有軋制公差，給1 mm的公差帶根本是無法達到的。另外，3 mm的配合間隙加上涂裝面的影響，實際間隙最大2 mm，由于間隙過小，在安裝時會對摩擦面造成損傷。

3.4對整體節(jié)點桿件制造標(biāo)準(zhǔn)及安裝驗收標(biāo)準(zhǔn)的建議

實踐證明，整體節(jié)點桿件節(jié)點板間距允許偏差采用0～+1.5 mm是合理的，《鐵路鋼橋制造規(guī)范》(TB10212—2009)[8]及該類大橋的制造規(guī)則都是按這個標(biāo)準(zhǔn)要求的。而對于插入式腹桿的插入尺寸允許偏差有一定差別。

(1)TB10212—2009標(biāo)準(zhǔn)插入式腹桿的允許偏差H為-1.5～0 mm，一是公差帶1.5 mm偏小，以前歷次修訂的規(guī)范，較復(fù)雜焊接構(gòu)件的允許偏差公差帶一般為2 mm，小了不容易達到或只能通過矯正等可能影響內(nèi)在質(zhì)量的辦法達到，另一個不合適之處是公差走上限及涂裝面厚度的影響，幾乎沒有一點間隙甚至過盈配合，不但安裝有難度，可能要嚴(yán)重?fù)p傷摩擦面，得不償失。

(2)鄭黃橋、天興洲橋等插入式腹桿的允許偏差H定為-1.5～-0.5 mm，公差帶僅1 mm，對于焊接量較大的箱形腹桿來說，更是難以達到，只是個紙面標(biāo)準(zhǔn)而已。

(3)蕪湖橋插入式腹桿允許偏差H采用-3.0～-1.0 mm應(yīng)該是合理的，2 mm公差帶比日本等發(fā)達國家要嚴(yán)的多，也比《鐵路鋼橋制造規(guī)范》中聯(lián)結(jié)系及橫梁桿件高度允許偏差±1.5 mm的要求嚴(yán)，和縱梁的高度允許偏差±1.0 mm相當(dāng)，而聯(lián)結(jié)系、縱橫梁大多為結(jié)構(gòu)較為簡單的工形構(gòu)件，這樣安裝時，腹桿與弦桿節(jié)點板的理論間隙為1.0～4.5 mm，既有一定的安裝間隙，又不會出現(xiàn)間隙過大現(xiàn)象(因涂裝面還要吃掉1 mm的間隙)。

至于《鐵路橋涵施工規(guī)范》(TB10203-2002)中的安裝間隙檢查標(biāo)準(zhǔn)，因沒有針對整體節(jié)點結(jié)構(gòu)及板厚大于32 mm的，應(yīng)給予補充。參照散裝節(jié)點及板厚不大于32 mm的標(biāo)準(zhǔn)，釘孔邊距40 mm或50 mm，0.3 mm塞尺插入深度不大于20 mm，栓孔中心距插入處≥30 mm即可，考慮到摩擦傳力機理，對釘孔邊距不一致的情況，不應(yīng)該按一個標(biāo)準(zhǔn)來要求。再保守一些，最外排孔的密貼范圍增加到40 mm，即當(dāng)采用120 mm的釘孔邊距時，塞尺的插入深度不大于80 mm即可；當(dāng)采用100 mm的釘孔邊距時，塞尺的插入深度不大于60 mm即可?；蛘咭?guī)定，采用整體節(jié)點結(jié)構(gòu)形式的橋梁，塞尺的插入深度處距釘孔中心不得大于40 mm。蕪湖橋采用這一處理方法，已運營了15年沒有問題，之后的多座橋參照蕪湖橋的處理辦法處理也應(yīng)該是沒有問題的。故應(yīng)盡早對相關(guān)規(guī)范進行補充完善，確保桿件制作公差合理、現(xiàn)場安裝時能有個合理可行的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

4結(jié)語

通過以上分析，建議對《鐵路橋涵施工規(guī)范》中的整體節(jié)點桿件及板厚大于32 mm的安裝間隙檢查標(biāo)準(zhǔn)補充如下：0.3 mm塞尺插入深度處距釘孔中心不得大于40 mm。該類鋼橋梁制造規(guī)則規(guī)定：整體節(jié)點桿件節(jié)點板間距允許偏差采用0～+1.5 mm，插入式腹桿的允許偏差采用-3.0～-1.0 mm。這樣，既保證了規(guī)范的完整性，又能夠保證結(jié)構(gòu)安全，且能方便制造和安裝。這樣才能做到標(biāo)準(zhǔn)的完善、合理。

參考文獻：

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Study on Fit Tolerance and Relevant Standards of Overall Joint Member and Web Member of Steel Truss Girder BridgeLI Jun-ping

(China Railway Baoji Bridge Group Co., Ltd., Baoji 721006, China)

Abstract：Due to the absence of specifications for installation and acceptance of overall nodal members of steel truss bridge in Specifications for Railway Steel Bridge Construction and other relevant standards, and in view of the problems encountered in the fabrication of Wuhu Changjiang River Bridge and similar bridges, this paper proposes some suggestions to accomplish relevant specifications and provides references for specification revision with respect to reasonability and fitness of fabrication tolerance of complicated steel members in order to ensure smoothly fabrication and installation of similar bridges.

Key words：Steel truss girder bridge; Overall joint member; Fit tolerance

中圖分類號：U445.58

文獻標(biāo)識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.05.021

文章編號：1004-2954(2015)05-0094-03

作者簡介：李軍平(1965—)，男，教授級高級工程師，1989年畢業(yè)于蘭州鐵道學(xué)院橋梁工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士；2005年畢業(yè)于清華大學(xué)建筑與土木工程專業(yè)，工程碩士，E-mail：370349073@qq.com。

收稿日期：2014-07-24； 修回日期：2014-08-13