德国铁路钢桥制造实践探索

时间：2024-07-28

刘春凤

(中铁山桥集团有限公司，河北秦皇岛 066205)

德国铁路钢桥制造实践探索

刘春凤

(中铁山桥集团有限公司，河北秦皇岛 066205)

给出了中铁山桥公司制造的德国铁路钢桥的工程概况，并从连接方法、工艺流程和规范标准的角度探讨了我国与德国在铁路钢桥制造方面的差异。为以后我国承担国外铁路钢桥，尤其是德国铁路钢桥的制造提供了实践基础，可资借鉴。

德国铁路钢桥制造差异

我公司新近制造了两座德国铁路钢桥，这对我公司乃至我国来说都属首次。该桥从材料到制造、验收全部执行欧洲或德国标准，因而在执行规范、设计思路、工作习惯等方面均需要学习、沟通、理解和掌握。我公司按照设计要求成功制造这两座铁路钢桥，积累了一定的经验，为以后我国承担国外铁路钢桥，尤其是德国铁路钢桥的制造提供了实践基础，对以后同类型的钢桥制造具有重大意义。

1 工程概述

我公司承制的两座德国铁路钢桥，分别为(84+ 95.5+2×106+74.5)m单线铁路下承全焊整体节点5孔连续桁梁(桁高为10.18 m，桁宽为5.7 m，节间距不等)，以及(41.3+91.3+80)m双线铁路下承全焊整体1孔简支梁及2孔连续桁梁(桁高为9.5 m，桁宽为9.8 m，节间距不等)。主桁由两片桁架组成，每片桁架由弦杆和斜杆组成(三角形桁架)，上、下弦均为折线形，上弦节间长度大于下弦节间长度形成拱度。桥面系由横梁和桥面板组成。

主桁为全焊式整体节点桁架。上弦杆、下弦杆、斜杆均采用焊接箱形截面，工地安装采用箱形四面对接焊接。弦杆概貌如图1。

桥面为正交异性板道砟桥面，桥面板由顶板和焊接于顶板上的纵向加劲肋及横梁组成，桥面板纵向采用U形肋和T型肋加劲;整体桥面板两端和中间分别采用槽型横梁和T型横梁，横梁的下盖板和腹板分别与主桁下弦杆的下水平板和腹板对接焊。桥面板大样如图2所示。

图1 弦杆制造

图2 桥面板

2 连接方式

当前铁路钢桥主要采用焊缝连接和螺栓连接两种方法［1-2］。焊缝连接的优点在于，对钢材从任何方位、角度和形状相交都能方便使用;且不需要附加连接板、连接角钢等零件，也不需要在钢材上开孔，不使截面受削弱;构造简单，节省钢材，制造方便，并易于采用自动化操作，生产效率高。此外，焊接连接刚度大，密封性较好。但是焊缝连接也存在一定的缺点，如焊缝附近钢材因焊接的高温作用而形成热影响区，使金相组织和机械性能发生变化，某些部位材质变脆;焊接过程中钢材受到不均匀的高温和冷却，使结构产生焊接残余应力和残余变形，影响结构的承载力、刚度和使用性能;焊缝可能出现气孔、夹渣、咬边、弧坑裂纹、根部收缩、接头不良等影响结构疲劳强度的缺陷。

高强度螺栓连接有摩擦型连接和承压型连接两种类型，通常采用的是摩擦型连接。摩擦型连接是只依靠被连接板件间强大的摩擦力传力，以摩擦力被克服作为连接承载力的极限状态。为了提高摩擦力，应对被连接件的接触面进行处理。其优点在于，受力过程中剪切变形小，弹性性能好，耐疲劳，特别适用于承受动力荷载的结构;连接刚度大，传力可靠。螺栓连接也伴随着一定的缺点，如对安装架设施工技术要求很高、劳动强度大、施工条件差、施工速度慢等等。

鉴于以上因素，德国在铁路钢桥设计中，其连接方式都是采用焊接连接，将制造的难度及工作量加大，以减少施工架设中的难度和工作量。同时，工厂施焊环境要强于架设工地，从焊接质量的角度来讲，焊接工作尽量在工厂完成。

这就造成德国铁路钢桥的结构复杂、焊缝密集、焊接接头种类较多、空间位置多样，熔透焊缝数量大。制造过程中焊接工作量加大，焊接难度增加，焊接收缩量及变形控制难度加大。

现场安装架设对构件的尺寸精度和线形的要求很严，要求必须合理制定工艺以控制焊接变形。全焊结构铁路桁梁对焊接技术的要求很高，可借鉴经验比较少，这就要求焊接工艺做到既要考虑得全面又要精上加精。

3 工艺流程

3.1 全过程预拼装

为保证成桥后的线形要求，在制造过程中，德国制造采用全过程预拼装，即整个制造过程是在预拼装胎上完成。杆件的尺寸偏差，是匹配出来的，这就确保了安装尺寸精度和线形要求。

国内因运输和制造场地要求，需分成“节段”在工厂内加工、焊接，“节段”在工厂制造完成时，需进行试装，以检查尺寸和线形。然后再分解成独立“节段”，并按计划运送至工地进行拼装成桥，所有“节段”拼装之后需保证成桥的线形要求，纵向要保证各“节段”所有的节点交汇点均在规定的拱度曲线位置上，横向也要保证左右对称节点的相对位置。如何保证构件的尺寸精度和线形要求，以满足安装架设的需要是一个突出的问题。所有的尺寸偏差都要在加工制造过程中控制到位，这点与栓接桁梁不同，栓接桁梁可以后出孔，用孔控制尺寸偏差。

3.2 “大”杆件单元

德国在工厂内制造完成的杆件“大”。下弦杆连续几个节间为一个制造杆件，上弦杆也是连续几个节间为一个制造杆件，这样既减少了工地的焊接工作量，又确保了安装尺寸精度和线形要求。

国内整体节点是一个节点加一个节间长为一个上弦杆长或一个下弦杆长，这样节间长度可在整个杆件制造完成后，用二次机加工或后出孔来保证。这样制造增大了安装架设的工作量和难度。

“大”杆件的制造给我们带来很大的难度，每根上、下弦杆都由2～3个节间组成。在纵向，节间长度尺寸必须控制在允许偏差内，不然会造成左、右桁架节间不等长，影响安装架设，德国制造因为是匹配公差不存在此问题。这就要求我们必须依靠准确的焊接收缩量、工艺控制、制造过程中的质量控制来保证节间距，以便保证桥梁的安装架设。

3.3 “提前”的制造程序

德国采用下弦杆与桥面板的焊接在工厂完成的方法，既确保了横梁与下弦杆对接偏差，又减少了工地的焊接工作量。国内通常是厂内制造桥面板单元、横梁，架设工地进行桥面板组拼、安装。

该桥每根下弦杆都由2～3个节间组成，桥面板块与下弦杆等长。每个节间有4片横梁，在工厂完成横梁与板单元的焊接，横梁与板单元在工地与下弦杆进行组装焊接。横梁的盖、腹板分别与下弦杆盖板的接头板及箱内隔板对应组焊，这就要求桥面板上的横梁间距必须与对应的下弦杆的接头板及隔板间距一致，否则就会造成工地安装错位。所以，在制造过程中，要严格控制下弦杆、桥面板的焊接收缩量、修整收缩量以及杆件变形量等。在横梁组装时，严格控制横梁组装位置。

4 主要规范标准

该桥从材料到制造验收全部执行欧标或德标。从执行规范、设计思路、工作习惯均需要学习、沟通、理解和掌握。主要采用的规范和技术标准有:

德国铁路标准《铁路桥钢桥设计、构造、材料及加工附加要求》RIL804.4101;

德国铁路标准《铁路桥用热轧结构钢产品交货技术条件》DBS 918002-02;

德国标准《钢结构—第7部分施工和施工人员资质》DIN 18800-7:2001-12;

德国标准《热切割—热切割分类—产品尺寸规格及品质公差》DIN EN ISO 9013。

European Committee for Standardization出版的:《结构钢热轧产品》DIN EN 10025;《钢、镍、钛及其合金熔焊接头(不包括电子束焊接)缺陷的质量等级》DIN EN ISO 5817;《焊工的鉴定考查—熔焊第1部分:钢》DIN EN 287-1;《金属材料焊接方法的要求和鉴定.第2部分:电弧焊的焊接规程》DIN EN 288-2;《熔焊焊缝无损检测.目视检测》DIN EN 970;《焊接.焊接结构通用公差.长度和角度的尺寸、形状和位置》DIN EN ISO 13920。