中国钢桥的发展及制造现状y

PAGE8PAGE22中国钢桥的发展及制造现状1.栓焊钢桥的发展历程2.近年来建设的大跨度钢桥3.钢材及钢桥产量4.钢桥制造技术现状5.钢桥制造的今后课题xx1.栓焊钢桥的发展历程近10年中，中国建设了许多大规模钢桥，包括正在施工的主跨1088m的苏通长江大桥，全长36km的杭州湾大桥，和已建成的全长31km的东海大桥等，取得了长足的进步。现在的成绩是经过了40多年持续不断的研究和实践，在材料、结构设计、制造工艺和施工等技术方面有了较深厚的积累。表1为中国栓焊钢桥和全焊钢桥的简要发展历程，表中列举了钢材、高强度螺栓（HTB）和焊接等在钢桥上的应用情况。由于1950～1990年钢材短缺，国家采用了限制钢材使用等措施，即基本上限于大跨度铁路桥梁才建设钢桥，所以，焊接和栓接技术的研发首先始于铁路钢桥，1980年以后，随着经济和钢材产量的持续增长，高速公路和城市交通工程快速发展，对大跨度桥梁建设的需求，促进了公路钢桥的建设和发展。1985年以后开始建设大跨度钢拱桥，1995年以后开始建设扁平钢箱梁的大跨度斜拉桥和悬索桥。表1中国栓焊钢桥、全焊钢桥发展大事记年代纪事铁路钢桥1958建成了第一座224m简支焊接接板梁，A3钢，使用用了约20年后更更换。1964柳州浪江桥，简简支钢桁梁梁，L＝64.444m，16Mn钢，40B钢HTB（10.99S级）。栓焊钢梁梁试验桥。1966～19970以迎水桥(L==112mm系杆拱桥)为代表,在成都-昆明铁路路上建设了了总用钢量量达3万吨的约30余座钢桁桁梁,系杆拱。16Mnn钢（），40B钢HTBB。从此，栓栓焊钢梁取取代了铆接接钢梁。1977潮白河铁路桥，3×128m钢桁梁，栓栓焊结构，采用15MnVN钢（）的试验桥，40B钢HTB。1982汉江铁路桥，LL＝176m斜腿刚构构，栓焊钢钢箱，16Mn钢，20MnnTiB钢HTB（10.9S级）。1992九江长江大桥，公公路＋铁路路，主跨为为三跨钢拱拱，跨长：：180＋216＋180m，15MnnVN钢，20MnnTiB钢HTB。1995孙口黄河桥，四四跨连续钢钢桁梁，L＝4×1008m，初次采用用整体焊接接节点。2001芜湖长江大桥，公公路＋铁路路，ExtrrodossedBBridgge，栓焊钢钢桁梁，L＝180＋312＋180mm，14MnnNb钢（），20MnnTiB钢HTB。公路钢桥1987东营黄河桥，斜斜拉桥初次次采用钢箱箱梁，跨长长60.55+1366.5+2288.00+1366.5+660.5mm。1991上海南浦大桥，斜斜拉桥，初次采用用组合加劲劲梁，跨长长211..5+4223+2111.5m。1996西陵长江大桥，悬悬索桥，初初次采用全全焊钢箱梁梁，跨长900m。1998虎门珠江大桥，悬悬索桥，初初次采用全全焊钢箱梁梁，跨长888m。2000汕头礐石大桥，斜斜拉桥，初初次采用混混合加劲梁梁（PC箱梁＋钢箱箱梁＋PC箱梁），跨跨长90＋100＋518＋100＋90m。2001南京长江二桥，斜斜拉桥，跨跨长58.55+2466.5+6628+2246.55+58..5m，健全完完善了钢箱箱梁制造工工艺体系。2005南京长江三桥，斜斜拉桥，全全焊钢箱梁梁，主跨6488m。第一座采用用人字型钢钢塔，塔高高215mm，塔柱采采用“端面金属属接触＋HTB”连接，Q370钢，20MnnTiB钢HTB。2.近年来建设的大跨度钢桥表2～表5分别列出了近10余年中建设的大跨度公路钢拱桥、钢斜拉桥、钢悬索桥，以及铁路钢桥代表性桥梁。表2钢拱桥（L≥200m）桥名建成年份拱跨长（m）特征钢管混凝土拱肋肋（CFT：ConccreteeFillledSteeelTuube）xx桥200176＋360＋76CFT拱肋，索索系杆，转转体施工。xx桥2002308CFT拱肋，索索系杆，悬悬臂施工。xx桥2004338CFT拱肋，索索系杆，悬悬臂施工。xx大桥200680＋368＋80CFT拱肋，索索系杆，悬悬臂施工。钢箱拱xx大桥2004100+5500+1000钢箱拱肋，悬臂臂施工，级级钢材，工工厂焊接节节段，现场场焊接成整整体。xx桥200558+208++58钢箱拱肋，满布布脚手架施施工，级钢钢材，工厂厂预制焊接接节段，现现场焊接成成整体。复合拱桥xx平桥200695.5+3000+955.5复合刚构。主跨跨为钢箱拱拱，转体施施工。xx长江桥建设中88+102++420+1102+888复合结构。主跨跨为混合拱拱，钢桁梁梁，悬臂施施工。xx桥建设中162＋4288＋162混合拱。大段提提升吊装，工工厂焊制构构件，现场HTB连接。钢桁拱xx大桥建设中190＋5522＋190钢桁拱，悬臂施施工，工厂厂焊制构件件，现场HTB连接。公公路＋轨道道交通。xx桥设计中96＋164＋4366＋164＋96钢桁拱，悬臂施施工，工厂厂焊制构件件，现场HTB连接。公路＋轨轨道交通。表3斜拉桥（组合梁、混合梁、钢箱梁）桥名建成年份钢梁跨长（m）特征组合梁上海南浦桥1991211.5+4423+211.55焊接工字钢组合合梁，现场场HTB连接。上海杨浦桥199440+99+1144+6602+1144+999+444焊接工字钢组合合梁，现场场HTB连接。上海徐浦桥199840+3×399+45++590+45++3×399+40钢箱组合梁，现现场HTB连接。福建青州闽江桥桥200141.3+2880+6005+2880+400.2焊接工字钢组合合梁，现场场HTB连接。哈尔滨松花江桥桥200444+136++330+136+44焊接工字钢组合合梁，现场场HTB连接。上海东海大桥200550＋139＋3322＋139＋50钢箱组合梁，现现场HTB连接。上海崇明岛越江江通道设计中110+2400+730+240+110钢箱组合梁，现现场焊接，然然后浇注混混凝土桥面面板。公路路＋轻轨。上海闵浦桥设计中4×63+7008+4×633“复合桁梁＋钢桁桁梁＋复合合桁架”，工厂焊焊制构件，现现场HTB连接。斜拉桥：混合梁梁汕头礐石桥200090+100++518+100+90m“PC箱梁（90m）＋钢箱梁梁（718m）＋PC箱梁（90m）”混合结构，工厂焊制钢钢箱梁节段段，现场HTB连接。武汉白沙洲长江江大桥200250+180++618+180+50“PC箱梁（230mm）＋钢箱梁梁（61800m）＋PC箱梁（230m）”混合梁，工工厂焊制钢钢箱梁节段段，现场HTB连接。湛江海湾桥建设中60+120++480++120++60“PC箱梁（60m）＋钢箱梁梁（720m）＋PC箱梁（60m）”混合结构，全焊焊钢箱梁。双塔斜拉桥：钢钢箱梁南京长江二桥200158.5+2446.5++628++246..5+588.5全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。武汉军山长江桥桥200348+204++460++204++48全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。安庆长江桥200550+215++510++215++50全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。舟山桃夭门桥20052×48+500+5800+50++2×48全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。润扬长江桥（北北桥）2005176+4066+1766全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。南京长江三桥200563+255++648++255++63全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。钢塔，塔高215m，塔柱为“端面金属接触”＋“HTB”连接，Q370钢。苏通长江大桥建设中2×100+3300+11088++300++2×1000全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。世界上最大跨度斜拉桥。杭州湾大桥建设中70+160++448++160++70全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。舟山金塘桥建设中77＋218＋6200＋218＋77全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。独塔斜拉桥：钢钢箱梁天津海河桥2003310＋88++2×51全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。深圳湾桥2006170＋90＋＋75全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。杭州湾大桥（辅辅航道）建设中318＋1600＋100全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。黄浦珠江桥（北北桥）建设中383＋1977＋2×622.5全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。济南黄河三桥设计中386＋1600＋2×600全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。表4悬索桥(钢箱梁，钢桁梁)桥名建设年代主缆跨长/钢梁梁跨长(m)特征钢箱梁西陵长江大桥1996225+9000+2255900全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。虎门珠江大桥1998302+8888+3488.5888全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。江阴长江大桥2001328+13885+29951385全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。厦门海沧大桥2002230＋6488＋230230＋6488＋230全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。重庆鹅公岩大桥桥2003210＋6000＋210210＋6000＋210全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。宜昌长江大桥2003246+9600+3011960全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。润扬长江大桥（南南桥）2005470+14990+47701490全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。武汉阳逻长江大大桥建设中350+12880+35501280全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。舟山西喉门大桥桥建设中485+16550＋5781650＋5778全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。黄埔珠江大桥（南南桥）建设中290＋11008＋3501108全焊钢箱梁，钢钢桥面板，Q345钢。泰州长江大桥设计中2×1088二跨连续悬索桥桥。中塔为为钢塔，Q370钢。全焊焊钢箱梁，Q345钢。南京长江四桥设计中钢桁梁重庆忠县长江大大桥2002560钢管桁架梁，RRC桥面板。贵州坝陵河桥建设中248＋10888＋2281088钢桁梁，钢桥面面板，Q3345钢。贵州北盘江桥设计中192＋6366＋196636钢桁梁，钢桥面面板，Q3345钢。表5大跨度铁路桥举例桥名建设年代跨长（m）特征九江长江大桥1992主桥：180＋＋216＋180主桥为三跨连续续拱，栓焊焊钢桁梁，15MnnVN钢（σb=5700MPa），公路路＋铁路。孙口黄河桥1995主桥：4×1008四跨连续钢桁梁梁，栓焊结结构，整体体焊接节点点。490MMPa级钢材。芜湖长江大桥2001主桥：180＋＋312＋180Extrodoosed桥，栓焊焊钢桁梁，Q370钢，公路路＋铁路。贵州北盘江桥2001236CFT拱肋，转转体施工，跨跨中合龙后后浇注管内内混凝土。万州长江桥2005168＋3600＋168连续桁拱桥，悬悬臂施工，工工厂焊制构构件，现场场HTB连接，Q370钢。武汉天心州长江江大桥建设中（98＋196）＋5004＋（196＋98）高速铁路（v==200kkm/h），三索索面双塔斜斜拉桥。钢钢桁梁，工工厂焊制构构件，现场场HTB连接，Q370钢。南京大胜关长江江大桥设计中2×84＋2×84＋（108＋1922＋336＋336＋192＋108）高速铁路（v==350kkm/h），三片片主桁连续续钢桁拱。工工厂焊制构构件，现场场HTB连接，Q420、Q370、Q345钢。济南黄河大桥设计中113＋3×1168＋113高速铁路（v==350kkm/h），连续续拱。工厂厂焊制构件件，现场HTB连接，Q3770、Q345钢。3.钢材及钢桥产量（1）中国钢材产量的增长1985年以前，中国年钢材产量不足5×107t，1996年为0.9×108t，2004年达到2.97×108t，2005年为3.97×108t，20年中增加了约8倍。中厚板（t≥5mm）钢材，1996年为1.2×107t，2005年为5.3×107t，图1为中国钢材和中厚板钢材的年产量增长图。Q（万吨）Q（万吨）图1中国钢材和中厚板钢材的年产量增长(2)钢桥用钢的品种、性能表6为中国桥梁钢的品种及其化学成份和力学性能（GB/T714—2000）表7为适用于各种钢材的埋弧焊丝的品种。表8为高强度螺栓品种及钢材（GB/T1228~1231—1991）此外，还开发了满足钢桥多项设计要求的各种性能的钢材和品种，如：钢材的屈服强度等级：235MPa级，345MPa级，355MPa级，370MPa级，420MPa级，460MPa级等。Z向钢等级：Z15（S≤0.10%）,Z25（S≤0.08%）,Z35（S≤0.06%）。裸用耐候钢等级：Q295GNHL，Q345GNHL，Q390GNHL。低温高冲击韧性钢材：≥100J宽翼缘热轧H型钢，规格达到H900（高度）×400（翼缘宽）无缝钢管直径达Φ426mm焊接钢管直线焊缝钢管，厂制批量生产最大直径达Φ1500mm。螺旋焊缝钢管，厂制批量生产最大直径达Φ2400mm。PC高强钢丝极限强度等级：1670MPa、1770MPa、1860MPa。表6中国桥梁钢的品种及其化学成份和力学性能（GB/T714—2000）牌号等级化学成分(%))力学性能CSiMnPSσs(MPa)σb(MPa)Akv(J)Q235qCD0.200.180.300.300.40~0..700.50~0..800.0350.0250.0350.025235(t≤116)~205(t>>50)390(t≤116)~375(t>>50)27,0℃27,-20℃℃Q345qCDE0.200.180.170.600.600.501.00~1..601.10~1..601.20~1..600.0350.0250.0200.0350.0250.015345(t≤116)~305(t>>50)510(t≤116)~470(t>>50)34,0℃34,-20℃34,-40℃Q370qCDE0.180.170.170.500.500.501.20~1..601.20~1..601.20~1..600.0350.0250.0200.0350.0250.015370(t≤116)~330(t>>35)530(t≤116)~490(t>>35)41,0℃41,-20℃℃41,-40℃℃Q420qCDE0.180.170.170.500.600.601.20~1..601.30~1..701.30~1..700.0350.0250.0200.0350.0250.015420(t≤116)~390(t>>50)570(t≤116)~530(t>>50)47,0℃47,-20℃℃47,-40℃℃注：为改善材料性能，可加入适量V、Nb、Ti、N等微量元素。表7埋弧焊丝牌号，非金属元素及适用母材牌号S（％）P（％）C（％）适用母材H08AH08E≤0.03≤0.02≤0.03≤0.02≤0.1≤0.1Q235H08MnAH08MnE≤0.03≤0.01≤0.03≤0.015≤0.1≤0.1Q345H08Mn2H08Mn2EE≤0.035≤0.01≤0.035≤0.015≤0.12≤0.10Q345,Q3370H08MnMooAH08MnMooE≤0.03≤0.015≤0.03≤0.02≤0.10≤0.06Q420表8高强度螺栓品种及钢材（GB/T1228~1231—1991）性能等级直径及钢材M12M16M20M22M24M27M308.8S35号钢45号钢40B钢10.9S20MnTiBB钢35VB钢(3)钢桥用钢量的增长目前中国钢桥主要应用范围如下：公路桥梁：中小跨度仍以PC梁为主，L>180m的拱桥，L>400m斜拉桥和更大跨度悬索桥的主梁，绝大部分都采用钢结构。近年来，城市立交桥和轨道交通的L>40m桥梁，采用组合结构。铁路桥梁：L≤40m的桥梁基本采用PC梁桥，L>40m的桥梁基本上都选用钢梁或组合梁。中国钢桥年产量未做详细统计，图2为近年来钢桥年产量的估计值，并正呈现上升趋势。图2中国钢桥年产量（估计值）4．钢桥制造技术现状（1）钢桥制造厂和大型钢箱梁等组装基地与已建钢桥分布图3为中国主要钢桥制造厂、组装基地及已建钢桥的分布。由图3可见，大跨度桥梁主要分布在中国东南沿海各省市，特别是长江和珠江中下游，以及沿海港湾。这里有较宽深的河流，经济实力较雄厚。原有的钢桥制造厂位于北部和西部，远离大跨度桥梁较密集的东南沿海地区。为便于大型钢箱梁从水路运至桥位吊装，在水路交通较便利的长江下游和沿海建设了6个十分正规的钢箱梁组装基地，这对保证钢箱梁，钢塔和大尺寸钢构件的焊接质量和几何尺寸精度有重要作用。内陆或山谷地区建设大跨度桥梁，多半选用便于陆路运输的钢桁梁或钢拱桥。▲－主要钢桥制造厂○－钢箱梁组装基地●▲－主要钢桥制造厂○－钢箱梁组装基地●－已建钢桥图3钢桥制造厂，组装基地及已建钢桥的分布（2）钢桥制造方法分类及焊接方法的应用情况表9为钢桥类别，制造方式，常用的焊接方法及其所占比例，焊缝与钢材重量的比。表9钢桥制造方法结构类别制造方式焊接方法及比例例焊缝钢材重量比比（％）杆系结构：钢桁梁钢板梁钢桁拱①工厂制成焊接构构件②桥位用HTB连连接成整体体SAW（～800％）SMAW（～110％）CO2（～100％）1.2~1.33板系结构：扁平钢箱梁①工厂制成带有纵纵横肋的板单元件件②基地组装、焊接接箱梁节段段③桥位焊接成整体体。CO2（～800％）SAW（～188％）SMAW（～22％）1.4~1.55管系结构：钢管拱直线焊焊接制管①工厂制成钢管螺旋线焊接制管管②桥位相贯线焊接接成整体SAW（～700％）SMAW（～220％）CO2（～100％）0.9~1.11注：①SAW－埋弧自动焊，SMAW－手工焊条弧焊，CO2－二氧化碳气体保护焊。②（）内为按焊道长度计。③焊缝钢材重量比为按设计焊缝尺寸计。由表9可见，结构类别不同，制造方式、焊接方法所占比例、焊缝与钢材重量的比等有很大不同。而且，结构几何精度控制方法也不相同。①杆系结构多数为栓焊结构，结构几何精度（包括预拱度）的控制要点：单根构件的组装精度及焊接变形；构件及拼接板的制孔精度和孔距精度。②板系构件基本是全焊结构，几何精度控制要点是：带肋板单元件的制造精度和焊接变形控制；钢箱节段的组装精度及焊接变形的控制。③管系构件基本是全焊结构，几何精度控制要点是：焊制钢管的直径精度、圆度和长度；管端6D相贯线坡口加工精度及制造精度、焊接变形的控制。（3）制造技术的进步随着钢桥建设的快速增长，钢桥制造技术有了长足进步。①制造及加工设备钢板滚平、涂装（车间底漆）预处理设备；各种自动焊接设备；NC切割和水下等离子切割设备；NC钻孔设备；U型肋压制设备和滚轧设备；直线焊缝制管机和螺旋线制管机可制造直径1.5m和2.5m焊接钢管。6D相贯线切割机可一次切割曲面坡口；大型NC机械切削设备；高精度激光自动跟踪测量设备；计算机反力控制设备。②组装焊接胎架为了确保组装精度、约束焊接变形，并提高效率，研制了各种胎架，如：U型肋组装胎架；纵向肋反变形胎架；钢箱梁组装及焊接约束胎架（长50～150m）；钢塔组装及焊接约束胎架。③焊接变形控制技术影响焊接变形的因素非常多，如焊接接头形式、焊接方法及输入线能量（J/cm）、板厚、焊缝断面积、焊接顺序、约束条件等。另外，由于焊接变形具有随机性及离散性大的特点，焊接变形的精确控制十分困难。经过不断的研究和实践，实测了各种焊接接头、施焊条件和约束条件的焊接变形量，经统计分析，建立了多种情况下的焊接变形经验估算公式。摸索了相应的焊接变形控制措施，如：考虑焊接收缩量的下料尺寸补偿；反变形焊接控制横向角变形，基本消除焊后热矫形；结构内约束（马马板约束）和和外约束（胎架约束）下的焊接变形控制，以利于结构总体精度控制；正确的对称施焊焊顺序，防防止扭曲变变形和非对对称焊接变变形；对于局部熔透角角焊缝，采采用多道小小线能量焊焊接，以及及小线能量量与大线能能量相结合合的焊接，以以利减小角角变形；对于全焊箱梁结结构，考虑虑钢材供货货尺寸、结结构特点以以及组装和和施焊的便便利性，应应合理地划划分板单元元件、块体体。当组装装焊接箱体体时，焊缝缝仅剩约20％以下下，且对称称分布，有有利于控制制焊接变形形对箱梁几几何精度的的影响；多节段构件或多多节段箱梁梁制造中，应应保持各节节段的组装装精度、约约束条件、焊焊接工艺、施施焊顺序相相同，以便便确保所有有节段几何何精度一致致，以及相相邻节段断断面的吻合合。=4\*GB3④制造工艺制造工艺的先进进程度直接接影响钢结结构产品质质量及质量量稳定性、制制造周期、生生产能力和和成本。钢桥制造一般流流程如下：：划线切割（包括括开坡口）－－板件制孔孔－组装－－焊接－矫矫形－杆件件制孔－预预拼装－涂涂装。近年来，中国钢钢桥的制造造工艺在不不断改进，主主要有：全面推进NC精精密焰切和和等离子切切割技术（包包括加工坡坡口），取取代过去的的普通焰切切＋铇边工工艺，节省省制造工时时约10～15％。各种构件基本实实施胎型化化组装，确确保了构件件的几何精精度。积极推广NC制制孔，取代代过去的“机器样板”制孔工艺艺，提高了了栓孔加工工精度、孔孔距精度以以及生产效效率。自动化和半自动动化焊接达达90％以上，不不仅避免了了人工技能能差别对焊焊接质量的的影响，还还极大地