中国钢桥发展概况Word格式.docx
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所谓有代表性，不涉及任何方面评价问题，而是为说明各时期桥型、钢材及钢梁制造安装方法等的演变。
中国焊接钢桥的开展并不是一蹴而就的，而是设计、冶金、焊接各方面工程技术人员和技术工人密切配合，经历了几个阶段，努力不懈地试验研究，攻克一个个难关，才可以取得令世人瞩目的成果。
中国钢桥是从建立铁路桥起步的，相当长的时间里是采用铆接制造技术。
采用的钢材是低碳钢。
60年代初，开场栓焊钢桥的研制，并于1962年和1964年分别建成雒容（L=44.62m）和浪江（L=61.44m）两座试点钢桥，取得了初步经历。
修建成昆铁路时，西南铁路建立总指挥部于1965年组成"
栓焊梁战斗组〞，集合有铁路系统外19个单位共68人。
其中，清华大学与焊接研究所担负焊接试验工作，中国科学院声学研究所负责超声波探伤开创工作。
以成昆铁路建立为契机，中国开场进入了栓焊钢桥时代。
成昆铁路全线共建成栓焊钢桥44座122孔，用钢量1.2万吨（16Mnq〕，高强螺栓100万套。
栓焊构造根本上代替了铆接构造，是我国钢桥技术的一次重大改革，并为我国钢桥的进一步开展提供了大量实践的经历，起到了促进作用。
〞〔3〕
我国在70～80年代，桥梁用钢的质量不理想，同时也存在对焊接技术可靠性的疑虑，而阻碍焊接技术在桥梁钢构造上的应用。
1966年列为当时重点工程的枝城长江大桥〔701桥〕，为三跨连续桁梁铁路桥，L=160m，原设计为栓焊梁。
专为该桥开发了新桥梁钢15MnVNq，并进展了全部的焊接性和焊接工艺试验；
但最终仍将栓焊构造改变为铆接构造。
只当15MnVNq钢经过不断优化，并将白河大桥作为试验桥取得成功后，才在1992年应用于长江大桥，建成L=216m公铁两用三跨连续系杆拱栓焊钢桥〔最大板厚为56mm〕。
表1中国钢桥的开展概况
№
年代
桥名
类别
桥型
构造
跨径/m
钢材
制造
安装
1
1957
长江大桥
公铁
两用
桁梁
三跨
连续
128
CT.3〔相当Q235〕
铆接
2
1968
160
16Mnq
3
1970
迎水河桥〔成昆铁路〕
铁路
系杆拱
刚性梁
112
焊接
栓接
4
1991
上浦大桥
公路
斜拉
结合梁
423
StE355
5
1992
三跨连续
216
15MnVNq
6
1993
浦大桥
602
7
1995
口黄河大桥
四跨连续
108
SM490C
8
1996
徐浦大桥
混合梁
590
S355N
9
西陵长江大桥
悬索
单跨
箱梁
900
10
1997
青马大桥
三跨连续箱梁
1377
BS4360
Gr.500YS
11
虎门大桥
888
12
1999
海沧大桥
648
16Mn
13
江阴长江大桥
1385
Fe510D
（S355J2G3）
14
2000
低塔斜拉
三跨连续桁梁
312
14MnNbq
15
2001
长江二桥
628
16
960
Q345E
17
XX塘沽
海河大桥
单塔
混合
310
18
北盘江大桥
拱
钢管砼
236
Q345D
19
军山长江大桥
460
Q345C
20
在建
巫峡长江大桥
21
桃夭门大桥
580
22
润扬长江大桥北汊大桥
406
进入90年代，经济开展对交通建立的需求日益增长，高速公路网的建立和跨江河、跨海湾通道的建立，迫切要求修建大跨度钢桥。
同时，我国冶金技术在不断进步，优质低合金高强钢有了长足开展。
除了山海关和两个桥梁厂，大型船厂如沪东造船厂、江南造船厂、武昌造船厂及造船厂等均有条件承担大跨径钢桥的制造任务，并且已经成功地制造出高质量的焊接钢桥。
1991年开场，率先先后建成三座斜拉式栓焊公路桥：
南浦大桥〔1991年，L=423m，结合梁〕、浦大桥〔1993年，L=602m，结合梁〕、徐浦大桥〔1996年，L=590m，混合梁〕。
正在建立的卢浦大桥，L=550m，是世界上最大的一座钢拱公路桥。
1996年、1997年相继建成全焊构造的单跨钢箱梁悬索桥：
西陵长江大桥〔L=900m〕、虎门大桥（L=888m）。
以后陆续建成江阴长江大桥、石大桥、长江三桥、长江大桥、军山长江大桥、XX塘沽海河大桥及长江二桥等多座公路大桥。
在建中的润扬长江大桥南汊大桥，L=1490m，为我国当前跨距最大的公路悬索桥。
铁路钢桥也有明显进步，建造了诸如长江大桥、口黄河大桥、长东黄河二桥、长江大桥等公铁两用栓焊钢桥或铁路专用栓焊钢桥；
而且构造型式由源于铆接钢梁的节点栓接到焊接整体节点，栓焊比例由初期"
少焊多栓〞开展到全焊整体节点，钢材由16Mnq开展到14MnNbq，钢板厚度由24mm开展到56mm。
长江大桥的建成，被铁路系统"
誉为继、、长江大桥之后我国桥梁建立的第四座里程碑〔4〕。
〞这样，中国自90年代开场了焊接钢桥大开展的黄金时期。
这说明，如实际有需要，中国完全具备条件有能力建立大跨度或超大跨度焊接钢桥。
2.中国焊接钢桥的假设干技术进展
2.1桥梁钢的开发与优化
我国在开展焊接钢桥的过程中主要是采用国产钢材〔表1〕，钢的强度级别主要是屈服点σS≥345Mpa级，如16Mn〔Q345〕。
少数大桥应用了σS≥420Mpa级的15MnVN。
也采用过国外的钢材，钢的强度级别均相当于Q345，如SM490C、Fe510D、StE355之类。
50年代，长江大桥采用的是前联提供的低碳钢，牌号为CT.3（相当于Q235）。
60年代，长江大桥建桥初期，使用的也是前联提供的低合金钢，牌号为Нл2（σS=290～390Mpa）,但仅供应少量后就停顿了。
从此开场了自力更生。
钢铁公司全力以赴地开发16Mnq钢，以解长江大桥的"
燃眉之急〞。
开场时，成材率很低，钢的质量不够理想，也不够稳定；
但在以后的开展中逐步改善，并成为国各个钢厂长时期的根本产品。
16Mnq钢就是这样诞生的。
在制造成昆铁路栓焊钢梁时，使用了国几个钢厂的16Mnq钢，曾遇到钢板严重的碳偏析情况。
标准规定碳的含量上限为0.20%，而有的钢板碳含量高达0.24%。
在工型杆件角焊缝埋弧焊时，焊缝产生热裂纹。
不得不进展焊丝的优化工作，用H03MnTi焊丝代替H08A,焊剂HJ431也作了优化，结果才得以使用这批钢板。
〔3〕
1985年以前，由于16Mn钢的生产工艺改进较小，钢的质量与国外同类钢材差距较大，钢中硫含量高，非金属夹杂物多，钢材性能低，特别是低温冲击韧性差，不能适应市场需要。
因而，冶金部组织力量在"
六.五〞期间进展了科技攻关。
在冶炼方面，采用了喷射冶金、稀土处理、微合金化等措施；
在轧制方面，采取了控制轧制、热机械控制处理〔TMCP〕、水幕冷却等新工艺，使16Mn钢的质量得到了很大提高，主要指标到达了当时国外同类钢材的水平。
〔5〕表2列出新冶炼工艺的效果。
将优化的16Mn钢与近些年应用的几种同类钢材作比照，列于表3，从表3可见，优化的16Mn钢的韧性确已得到明显改善。
1966年初，为满足枝城长江大桥的需要，钢铁公司开场开发15MnVNq。
针对设计的最大板厚为38mm，屈服点σS≥420Mpa，确定正火供货，以保证韧性。
起初，经过焊接性和焊接工艺试验，发现，正火的15MnVNq对焊接热循环敏感，过热区韧性降低幅度比较大，必须进一步优化。
1976年，15MnVNq的优化工作取得了成果，并应用于白河大桥。
该桥为单线铁路桥，三跨连续桁梁，L=128m,作为试验桥已运营多年。
15MnVNq钢的优化，实际是利用先进冶炼工艺尽可能降低硫和磷的含量，并适当降低碳含量，表4列出局部数据。
表2改进冶炼工艺后16Mn钢化学成分和夹杂物的控制标准〔5〕
标准
化学成分/%
夹杂物级别
C
P
S
硫化物
氧化物
新工艺16Mn
0.14～0.18
≤0.025
≤0.010
≤0.1
≤1.5
YB（T）10-8116Mnq
0.12～0.20
≤0.035
2～3
表3改进工艺的16Mn与同类钢的低温韧性比照
钢号
aKU/J-2
AKV/J
-40℃
0℃
-20℃
优化16Mn〔5〕
140
200
-
100
Q345C〔*巫峡桥，*军山桥〕
70～280*
50～260*
Q345D（润扬长江大桥北汊桥）
80～250
Q345E〔长江大桥〕
65～180
14MnNbq〔长江大桥〕
190～220
日本SM490C〔口黄河大桥〕
140～270
丹麦Fe510D〔Storebaelt桥〕
234
注：
①*军山长江大桥钢料，武昌造船厂的-23℃试验数据。
②Q345C、D、E按GB/T1591-94供货，为多批统计数据。
表415MnVNq的优化效果〔6〕
化学成分/%
力学性能
σs/mpa
δ5/%
aKU/J
优化前
0.18
0.025
0.032
24
30
优化后
0.14
0.016
0.008
440
98
长江大桥所确定的焊接方法主要是埋弧焊。
为了与优化的15MnVNq匹配，焊丝和焊剂也应进展优化，表5列出焊丝与焊剂的匹配结果。
所谓焊丝优化，就是尽量降低焊丝中的S〔≤0.01%〕、P（≤0.015%），适当减少C。
这种优化的焊丝，在钢号尾部附以"
E〞。
在口大桥、大桥建造时也作了焊丝优化工作：
H08A→H08E；
H10Mn2→H08Mn2E；
H08MnA→H08MnE。
这些焊丝目前正在广泛应用于钢桥的制造中。
表5优化的15MnVNq钢埋弧焊焊丝焊剂匹配结果〔6〕
焊丝
焊剂
σS/MPa
δ5/%
AKV（-20℃）
H04MnMoE
HJ603（高碱度）
584
26
104
HJ350
607
59
显然，钢材的"
优化〞，实际就是提高钢的纯度。
在今天的冶金技术看来已不是问题。
兹再列举一些润扬长江大桥使用的Q345D钢几个具体批号的数据，如表6所示。
比较表6和表4，显然，当时"
优化〞的结果远未到达当前所用钢种的性能水平。
其实国外也经历过这种情形，在文献〔2〕〔p.130〕中写有：
法国"
在开展了连铸并同时采用电磁扰动，精炼除硫，促进了优质厚钢板的开展，无层状撕裂的缺陷。
层状撕裂，只是一个过去的幽灵〞。
我国钢材的性能已到达相当高的水平，但似乎还有质量稳定性问题，尤其是低温韧度常有低值出现，还需进一步改善。
表6Q345D的化学成分和力学性能〔山海关桥梁厂2002年数据〕
钢厂
板厚/mm
Ceq*
AKV（-20℃）/J
舞阳
0.13
0.006
0.002
0.40
420
28
279,278,252
65
0.16
360
31
259,255,266
鞍钢
0.014
0.39
475
196,162,125
武钢
0.15
0.015
0.001
265,263,266
*注：
Ceq为碳当量
在16Mn微合金化优化工作的根底上，于1994年修订完成〈低合金高强度钢〉国家标准GB1591-88，代之以GB/T1591-94。
与此同时,钢铁公司逐渐将14MnNbq钢定型，并于1994年开场在京九铁路京杭运河桥〔L=64m,1孔〕上使用多年。
14MnNbq钢开发成功说明我国冶金技术已到达较高的水平，可以保证钢的高纯洁度和性能要求。
表7和表8是长江大桥14MnNbq钢板供货技术条件［WJX（ZB）36-1997］。
在表7、和表8中同时列出GB/T1591-94标准关于Q345E级钢的技术条件，以资比照。
表714MnNbq与Q345E钢的化学成分标准〔质量分数，%〕
钢种
Mn
Si
Nb
0.11~0.17
1.20~1.60
≤0.50
≤0.020
0.015~0.035
≤0.18
1.00~1.60
≤0.55
0.015~0.060*
钢中至少含有Nb、V〔0.02~0..20%〕、Ti〔0.02~0.020%〕中一种。
表814MnNbq与Q345E钢的力学性能标准（摘录）
交货状态
σS/MPa
σb/MPa
δ5/%
冷弯
180º
AKV-40℃/J
正火
≤16
≥370
530~685
≥20
d=2a
≥100
37~60
≥340
490~625
≥19
d=3a
≥120
协议
≥345
470~630
≥22
≥27
35~50
≥295
可见，14MnNbq较Q345E对钢的成分的控制更严，对低温韧性的要求也更高，而实际供货的质量也确实到达了这个要求。
不仅如此，从防脆断设计方面考虑，还研究完成了14MnNbq钢板脆性断裂抗力试验〔7〕，如宽板拉伸试验、四点弯曲试验、落锤试验等，取得钢板厚度与设计温度、焊缝韧性要求的关系式，为大桥防脆断设计提供了一定依据。
2.2关于焊缝强韧性标准
在焊缝强韧性控制上的奉献是提出了一个新概念"
韧强比〞〔toughnesstostrenghratio〕。
这个新概念"
韧强比〞曾经1998年5月28日"
14MnNbq钢材、焊接材料及焊接工艺〞评审会讨论，并写入铁道部科技司文件‘科技工函〔1998〕109号’。
防脆断设计是焊接钢桥设计中应予考虑的重要容之一，其中，规定缺口冲击韧性标准是一个颇为令人为难的问题。
几乎每一座大型焊接钢桥都会讨论这个问题。
另外，焊缝强度应不应该有上限.国外一般只要求焊缝强度不低于母材强度即可，没有规定焊缝强度上限。
但考虑到高强度钢的屈强比总是随强度提高而提高，因而对应力集中的敏感性也随之增大，所以，认为焊缝强度应该有上限。
曾规定焊缝的"
超强值〞。
例如规定：
坡口焊缝屈服点超出母材屈服点的数值不得大于100Mpa。
但不仅理论根据和试验根据不够充分，执行起来也常有矛盾。
长江大桥曾为此在两年间展开了两次认真的讨论，在长江大桥、桃夭门大桥等大桥焊接工艺评审时也议论过韧性标准问题。
防脆断设计要考虑断裂准那么。
断裂准那么是用来鉴定构造是否符合断裂特性要求的一个标准，总的来说，断裂准那么与断裂特性或断裂状态〔即弹性断裂、弹-塑性断裂、塑性断裂〕有关。
对于大多数大型复杂构造〔桥梁、船舶、压力容器等〕，一定水平的弹-塑性是适宜的，这就是所谓"
屈服准那么〞〔YieldCriteria,YC〕。
对应于弹性断裂状态，是为"
平面应变极限准那么〞〔LC〕。
实际上，现有大局部规多项选择择了屈服准那么。
所谓"
韧强比〞，是指冲击功AKV与屈服点σS之比，令RA代表韧强比，即
RA=AKV/σS
满足屈服准那么（YC）条件的韧强比要求值RA（Y），根据断裂力学可表达为：
RA（Y）=0.0016δ+0.01
这样，韧强比直接与板厚δ大小联系起来。
在图2中标示的一条斜线，是英国桥梁规BS5400所给冲击韧度计算公式的计算值，取平安系数倒数α=0.59，应力集中系数K=2。
显然，完全符合屈服准那么。
在图中还标有①、②两个点，分别是长江大桥和长江二桥关于焊接接头冲击韧度的设计要求。
长江二桥，板厚δ=14mm，σS≥345Mpa，试验温度T=-20℃，AKV≥27J；
长江大桥，板厚δ=50mm，σS≥345Mpa，试验温度T=-30℃,AKV≥48J。
如计算韧强比，二桥：
RA（Y）=0.032，实际规定的RA=0.078；
对于长江大桥：
RA（Y）=0.09，RA=0.14〔焊缝实际验收时提高到RA=0.15〕。
可见，设计的规定大大超出屈服准那么的要求，平安裕度很大。
图2屈服准那么的应用与"
韧强比〞
为了保证"
韧强比〞规定值的要求，在提高强度同时必须相应提高韧度值。
但对焊缝而言，由于焊缝的实际韧度常随其强度提高而降低，如图3所示，要求提高焊缝强度同时又要提高韧度，是有颇大难度的；
因而一般应采取适当限制焊缝强度上限的方法，即限制焊缝超强来保证韧强比的规定要求。
焊缝强度上限决定于韧强比规定值。
由图3可知，采用"
韧强比〞作为控制指标，概念明确而易于实施。
图3焊缝韧度与焊缝强度σSW的关系（据桥梁厂实验数据）
关于韧度AKV，只要根据设计确定的最大板厚δ求得韧强比和最低屈服点σS，即可确定韧度最低要求值。
实际上，目前一些大桥的设计所确定的韧度要求值AKV都远高出计算的数值，例如二桥，按屈服准那么AKV≥11J，实际规定AKV≥27J，偏于平安。
关于最低设计使用温度T，国多采用桥址环境温度TS〔50年间气象资料给出的最低温度〕减去5℃,即T=TS-5℃。
例如，长江下游最低气温可按-15℃算〔附近历史上遭遇的最低气温为-13.1℃〕，那么知二桥、润扬长江大桥的最低设计温度T=-20℃.
2.3焊接钢桥的制造技术
我国桥梁钢构造由早期的铁路桥的简单工型杆件、箱型杆件到当前悬索桥和斜拉桥的复杂的正交异性板〔orthotropicbridgedeck〕之类构造，对焊接技术的要求提高很多，各钢桥制造单位为适应开展的需要，在不断地完善和革新制造技术，工艺装备和工艺水平在不断提高。
开展到今天，已具有了制造高质量焊接钢桥的条件，完全能够保证钢梁有高的制造精度〔例如表9，另参见〔4〕〕和焊缝力学性能。
表9钢箱梁制造精度实例〔润扬长江大桥北汊桥〕
检测工程
设计尺寸/mm
允许偏差/mm
实测尺寸/mm
桥面板长度
9000
±
桥面板半宽尺寸
16928
16925，16925，16926，16925
梁高
3000
3002
这首先是因为各制造厂十分重视并有能力在以下四个方面全面控制质量：
⑴技术准备----包括技术文件、施工图和制造工艺方案、工装准备、焊接工艺试验和工艺评审、焊工考核以及准备材料等。
⑵先期加工----组焊前的加工准备，包括材料复验、号料、预处理〔喷丸除锈及喷漆〕、切割下料、坡口加工、制孔、弯曲成型、矫正及零件制造等。
⑶组装焊接----包括部件组装、焊接及工序间检验、变形矫正及磨修等。
⑷成品验收----包括箱梁整体组装和预拼装、清理、涂
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