中美钢桥梁规范若干项点的对比分析

孙建都

中铁宝桥集团有限公司     宝鸡    721006

摘  要：本文对中美两国钢桥梁规范中部分项点要求进行了对比，比较了其规定的不同之处，并进一步分析了如此规定的原因以及各自的优、缺点。希望对国内企业承接美国钢桥梁项目能有所帮助、提供参考。

关键词：不等厚或不等宽对接；组装间隙；钢衬垫；尺寸允许偏差；锤击；矫正.

Comparative Analysis of Several Points of Chinese and American Steel Bridge Specifications

Sun Jiandu 

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

Abstract: This paper compares the requirements of several points of steel bridge specifications between China and the United States, compares the differences in the provisions of the items, and further analyzes the reasons for such provisions, their advantages and disadvantages. We hope it will be helpful for domestic enterprises to undertake American steel bridge projects.

Key words: unequal thickness or unequal width butt, assembly gap, steel backing, size tolerance, hammering, correction

0  引言

随着经济的快速发展，近30多年来我国交通基础设施建设进入高速发展期，建造了多座具有世界影响力和里程碑的桥梁。与此同时，也承接了一些美国等海外钢桥梁项目。通过对比分析，发现海外钢桥规范与我国的钢桥梁规范差别比较大，在制造过程中需要特别注意，以免引起业主方的合同投诉或不必要的损失。下面就我国钢桥规范与美国钢桥规范的若干项点进行对比分析，一方面熟悉各项点两国规范的不同之处，另一方面了解各项点各自设置的主导思想。

1　两国规范一些项点对比分析

不等厚或不等宽对接：《美国桥梁焊接规范》2.17.5.1不等厚度且承受拉伸应力的两零件之间的对接接头，其错边的表面之间必须顺滑渡，在二零件之一的表面上作成不大于1:2.5的坡度。这种过渡可用下述方法完成：将焊缝表面作成斜坡，或将较厚零件削成斜面，或为上述两种方法的组合（见图一）。2.17.5.2不等宽度且承受拉应力的两零件之间的对接接头，必须在错边的边缘处滑顺过渡，在不等宽度的二零件之一的边缘上形成横纵比为1:2.5的斜坡过渡，或者必须形成以600mm为最小半径，与较窄零件相切于对接接头中心的过渡。国内《铁路桥梁钢结构设计规范》6.2.2不等厚或不等宽的板采用对接焊缝时，为使厚（宽）板向较薄（窄）板均匀过渡，应将厚（宽）板的一侧或双侧做成坡度，该坡度对于受拉或拉压接头不陡于1:8；对于受压接头不陡于1:4。同时还应对焊缝表面顺应力方向进行机械加工，使之匀顺过渡。从以上看出，美国规范要求过渡坡不大于1:2.5，并且可以采用焊缝表面作成斜坡、将较厚零件削成斜面或为上述两种方法的组合。国内规范则要求将厚（宽）板的一侧或双侧做成坡度且不陡于1:8。相比较而言，国内规范更严谨一些。

图一、不等厚度零件对接接头的厚度过渡

组装间隙：《美国桥梁焊接规范》3.3.1构成角焊缝接头的零件必须尽可能紧密接触，根部间隙严禁超过5mm，但下述情况例外：如果型材或板材的厚度为75mm或更厚，在校直后进行装配时，其根部间隙不能充分靠紧以满足这一公差。在这样的情况下，如采用封底焊缝或合适的衬垫，则最大根部间隙可为8mm。如果根部间隙超过2mm，则角焊缝的焊脚尺寸必须按根部间隙值而增加，否则承包商必须证明已达到要求的焊缝尺寸。国内《铁路钢桥制造规范》、《公路桥涵施工技术规范》中均规定对接及角接接头组装间隙不大于1mm。从以上看出，美国规范更为宽松，实际操作中也容易达到，如果要达到国内规范要求，则必须对腹板两长边或对焊接边进行机加工以保证焊接边直线度、断面垂直度。

钢衬垫使用：《美国桥梁焊接规范》3.3.7.5钢衬垫的定位焊应在接头内施焊，以使所有定位焊缝重熔并熔合在最终焊缝中。3.3.7.6用于固定钢衬垫且在焊缝接头外部的定位焊缝，必须为沿衬垫全长的连续角焊缝，否则必须将其清除。3.13.2使用钢衬垫的坡口焊缝必须使焊缝金属与衬垫完全熔合。钢衬垫必须在每一条使用衬垫的整个焊缝长度中连续。符合下列条件，一条连续的衬垫可以由较短的分段焊接而成。（1）所有焊缝必须是CJP坡口焊缝，且采用结构中类似的CJP坡口焊缝的相同控制措施制作。（2）必须使用RT或UT检测以确保焊缝完好。（3）所有衬垫的焊接和检测必须在其被用作衬垫来制作结构焊缝以前完成。3.13.5钢衬垫必须与母材紧密接触。在焊缝根部处，钢衬垫与母材之间的间隙不大于2mm。国内《铁路钢桥制造规范》、《公路桥涵施工技术规范》中对钢衬垫的使用没有规定。

对比可以看出，美国规范要求钢衬垫的定位焊应在接头内，接头外部必须为沿衬垫全长的连续角焊缝，钢衬垫必须在一条焊缝中连续，连续的钢衬垫可以采用CJP坡口焊缝分段焊接而成，并经无损检测，钢衬垫的接长要在使用前完成。国内规范对于钢衬垫的定位焊没做详细规定，实际操作中根据杆件的放置状态决定定位焊在接头内侧还是外侧，外侧也没有实施沿全长的连续角焊缝，使得衬垫与母材之间的自然间隙成为了裂纹源，也给防腐涂装留下了质量隐患。国内《钢结构焊接规范》虽有规定：当使用钢衬垫时，应符合下列要求：1钢衬垫与接头母材金属贴合良好，其间隙不应大于1.5mm。2钢衬垫在整个焊缝长度内应保持连续。但《钢结构焊接规范》在钢桥梁领域很少被引用。

尺寸允许偏差：《美国桥梁焊接规范》3.5.1.1焊接的柱体和主桁架构件，不管截面如何，其直线度的允许偏差量严禁超过：长度小于10m时，f=1mm/m×总长度（m）；长度为10~15m时，f=10mm；长度大于15m时，f=10mm+1mm/m×总长度（m）-15。3.5.1.5腹板实际中心线和理论中心线在翼缘板表面容许的横向偏差严禁超过6mm。3.5.1.8对于焊接的梁或大梁的规定高度，在腹板中心线处测量的最大容许偏差严禁超过：高度≤1m时，△=±3；1m＜高度≤2m时，△=±5；高度＞2m时，△=-5~+8。国内《铁路钢桥制造规范》4.10.1中对T形、工形、箱形杆件的旁弯；纵梁、横梁的旁弯：长度≤4m时，f=2.0mm；4m＜长度≤16m时，f=3.0mm；长度＞16m时，f=5.0mm。4.8.6盖板中心线与腹板中心线偏移不超过1mm。4.12.1板梁、箱梁、结合梁高度±2（h≤2）、±4（h＞2），桁梁则根据不同杆件类型而高度允许偏差不同。对比可以看出，美国的允许偏差很宽松，国内标准则较严，尤其是桁梁部分分不同的杆件类型和连接方式给出了不同的允许偏差，而且比较严，能够很好地保证质量和现场安装架设。

锤击：《美国桥梁焊接规范》3.8.1当工程师批准，可用锤击作为减少焊接残余应力的机械方法，来防止裂纹和层状撕裂。为避免尖锐的压痕，必须使用半径为6mm的圆形工具，对中间填充焊道或焊层的凸起表面进行机械撞击。严禁锤击根部焊缝和最终焊道。当工程师批准时，可以锤击含有过量焊缝金属的最终焊道，但所有过量焊缝金属和锤击的痕迹都必须打磨掉。锤击必须在焊缝温度处于65℃~260℃范围内进行。必须小心锤击以避免撞击熔合界面或母材。国内《铁路钢桥制造规范》、《公路桥涵施工技术规范》中则未对锤击具体操作做明确要求，实际操作中一般是在最终焊道上进行锤击。美国规范严禁锤击根部焊道，是因为根部焊道还比较薄，锤击容易产生裂纹；严禁锤击最后一道焊缝，则是因为锤击必然会对焊缝产生损伤，产生细小裂纹，后续又没有熔融金属再覆盖消除，所以禁止。即使是经过工程师批准可以锤击最后一道焊缝，后续必须把锤击痕迹打磨掉。美国规范对锤击时的温度也进一步做了限定。所以美国规范关于锤击的规定很详细具体，使得锤击在减少焊接残余应力的同时，极大地避免了对焊缝损伤。国内《钢结构焊接规范》、《钢结构施工规范》虽有规定：用锤击法消除中间焊层应力时，应使用圆头小锤或小型振动工具进行，不应对根部焊缝、盖面焊缝或焊缝坡口边缘的母材进行锤击。但这两规范在钢桥梁领域很少被引用。

错孔处理：《美国桥梁焊接规范》3.7.7除了由于结构或其它原因而有必要焊接修复外，开错位置的冲孔或钻孔可以保留孔洞，或以螺栓填塞。当用焊接修复开错孔的母材时，要遵循下列要求：3.7.7.1如果承包商准备并执行修补用的WPS,则不承受动态拉应力的母材可以焊接修复。已修复的焊缝的完好性必须采用工程师批准的UT或RT来核实。3.7.7.2如遵循以下要求，承受动态拉伸应力的母材可以焊接修复：（1）采用焊接方法进行修补和修补的WPS这两者都要得到工程师批准。（2）要按合同文件中对承受拉伸应力坡口焊缝检查的规定，或按工程师批准，作业中遵循修补WPS,并对修复的母材完好性采用UT或RT方法核实。3.7.7.3当用焊接修复淬火和回火钢上的孔洞时，除3.7.7.1和3.7.7.2的要求外，还必须遵循下述要求：（1）必须使用合适的填充金属、热输入和焊后热处理。（2）必须按照修补WPS制作试验焊缝。（3）必须RT检测试验焊缝，其完好性必须符合要求。（4）必须从试验焊缝上截取试样作下述试验：一个焊缝金属缩减断面拉伸试验，两个焊缝金属侧弯试验，三个HAZ(粗晶区)CVN试验，以证明修补区域的力学性能符合母材的规定要求。国内《铁路钢桥制造规范》、《公路桥涵施工技术规范》中对于错孔的处理没有规定，但是现实操作中错孔又是不可避免的，通常的处理办法就是错孔数量较多的做报废处理，错孔数量较少用焊接修补的方法，但是因为没有规范作为依据，无法形成正式的、公开性的方案和资料。

相比较而言，在此处美国规范更贴近实际。

矫正：《美国桥梁焊接规范》3.4.8因焊接而导致的构件变形必须采用机械方法或应用精心监控的局部有限加热的方法予以矫直。当用批准的方法测量加热区域温度时，对于HPS485W级钢和690/690W级钢严禁超过600℃或对其它钢严禁超过650℃。除了采用机械矫直结合加热矫直所导致的应力外，矫直的加热部分必须实质上没有因外力而导致的应力。国内《铁路钢桥制造规范》4.4.3采用热矫时，加热温度应控制在600℃~800℃,设计文件有要求时，按设计文件执行。温度将至室温前，不得锤击钢材和用水急冷。首先知道，美国规范也是允许热矫的，对比可以看出，美国规范分不同钢种限定了矫直温度上限，而且最高值比国内的要小。

2.结语

以上列举了中美钢桥梁规范中的一些项点要求，比较了两者之间的不同之处，分析了各自的优劣，希望承接美国项目时，对两国规范的不同点予以重点关注，也请同行给予指正。

参考文献：

［1］Q/CR9211-2015,铁路钢桥制造规范［S］.

［2］JTG/TF50-2011,公路桥涵施工技术规范［S］.

［3］GB 50661-2011,钢结构焊接规范［S］

［4］TB 10002.2-2005,铁路桥梁钢结构设计规范［S］