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)

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、工藝流程和規范標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，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、驗收全部執行歐洲或德國標準，因而在執行規范、設計思路、工作習慣等方面均需要學習、溝通、理解和掌握。我公司按照設計要求成功制造這兩座鐵路鋼橋，積累了一定的經驗，為以后我國承擔國外鐵路鋼橋，尤其是德國鐵路鋼橋的制造提供了實踐基礎，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點5孔連續桁梁(桁高為10.18 m，桁寬為5.7 m，節間距不等)，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孔連續桁梁(桁高為9.5 m，桁寬為9.8 m，節間距不等)。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，上弦節間長度大于下弦節間長度形成拱度。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;構造簡單，節省鋼材，制造方便，并易于采用自動化操作，生產效率高。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，使金相組織和機械性能發生變化，某些部位材質變脆;焊接過程中鋼材受到不均勻的高溫和冷卻，使結構產生焊接殘余應力和殘余變形，影響結構的承載力、剛度和使用性能;焊縫可能出現氣孔、夾渣、咬邊、弧坑裂紋、根部收縮、接頭不良等影響結構疲勞強度的缺陷。

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。為了提高摩擦力，應對被連接件的接觸面進行處理。其優點在于，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構;連接剛度大，傳力可靠。螺栓連接也伴隨著一定的缺點，如對安裝架設施工技術要求很高、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，以減少施工架設中的難度和工作量。同時，工廠施焊環境要強于架設工地，從焊接質量的角度來講，焊接工作盡量在工廠完成。

這就造成德國鐵路鋼橋的結構復雜、焊縫密集、焊接接頭種類較多、空間位置多樣，熔透焊縫數量大。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。

現場安裝架設對構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。全焊結構鐵路桁梁對焊接技術的要求很高，可借鑒經驗比較少，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拼裝，即整個制造過程是在預拼裝胎上完成。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。

國內因運輸和制造場地要求，需分成“節段”在工廠內加工、焊接，“節段”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“節段”，并按計劃運送至工地進行拼裝成橋，所有“節段”拼裝之后需保證成橋的線形要求，縱向要保證各“節段”所有的節點交匯點均在規定的拱度曲線位置上，橫向也要保證左右對稱節點的相對位置。如何保證構件的尺寸精度和線形要求，以滿足安裝架設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

德國在工廠內制造完成的桿件“大”。下弦桿連續幾個節間為一個制造桿件，上弦桿也是連續幾個節間為一個制造桿件，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。

國內整體節點是一個節點加一個節間長為一個上弦桿長或一個下弦桿長，這樣節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個節間組成。在縱向，節間長度尺寸必須控制在允許偏差內，不然會造成左、右桁架節間不等長，影響安裝架設，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、制造過程中的質量控制來保證節間距，以便保證橋梁的安裝架設。

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。國內通常是廠內制造橋面板單元、橫梁，架設工地進行橋面板組拼、安裝。

該橋每根下弦桿都由2～3個節間組成，橋面板塊與下弦桿等長。每個節間有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隔板對應組焊，這就要求橋面板上的橫梁間距必須與對應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 主要規范標準

該橋從材料到制造驗收全部執行歐標或德標。從執行規范、設計思路、工作習慣均需要學習、溝通、理解和掌握。主要采用的規范和技術標準有:

德國鐵路標準《鐵路橋鋼橋設計、構造、材料及加工附加要求》RIL804.4101;

德國鐵路標準《鐵路橋用熱軋結構鋼產品交貨技術條件》DBS 918002-02;

德國標準《鋼結構—第7部分施工和施工人員資質》DIN 18800-7:2001-12;

德國標準《熱切割—熱切割分類—產品尺寸規格及品質公差》DIN EN ISO 9013。

European Committee for Standardization出版的:《結構鋼熱軋產品》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.焊接結構通用公差.長度和角度的尺寸、形狀和位置》DIN EN ISO 13920。

5 結語

通過上述內容可以看出，在鐵路鋼橋制造方面，無論是連接方法、工藝流程還是規范標準，我國與德國都存在著較大的差異。我公司按照設計要求成功制造完成這兩座鐵路鋼橋，積累了經驗，為以后我國承擔國外鐵路鋼橋，尤其是德國鐵路鋼橋的制造提供了實踐基礎，對以后同類型的鋼橋制造具有重大意義。

［1］魏明鐘.鋼結構［M］.武漢:武漢理工大學出版社，2008.

［2］錢冬生.鐵路鋼橋——設計與制造［M］.成都:西南交通大學出版社，1994.

U445.47+2

B

1003-1995(2011)02-0019-03

2010-10-05;

2010-11-03

劉春風(1963—)，女，河北昌黎人，高級工程師。

(責任審編 孟慶伶)