2007年7月中国工程科学Jul.2007第9卷第7期engineeningVol 9 No. 7专题报告中国钢桥潘际炎(铁道科学研究院,北京100081)摘要]介绍了我国钢桥的发展及国内外的钢桥比较;论述了建造钢桥的钢材及其要求的化学成分和物理力学性能。[关键词]中国钢桥;钢材;钢桥设计;钢桥结构[中图分类号]U41;44;45[文献标识码]A[文章编号]109-1742(200)07-018-091我国钢桥的发展概况3128m铆接米字形连续钢桁梁(见图1)11三个里程碑和新技术发展的新纪元我国钢桥是在中华人民共和国建国后,在国外对我们实施经济、技术封锁的情况下,自力更生成长起来的。中国早在1889年就开始了铁路钢桥的建设,到现在已经有100多年的历史了,但在1949年前所建的铁路钢桥,标准杂乱,跨度都很小,建桥的钢材是进口的,结构是铆接的,采用的建造技术落后,工艺简陋,质量低劣;稍大一点的桥梁如郑洲黄河老桥和济南泺口黄河桥等都是由外国商人图1武汉长江公铁路大桥承建,自行设计建造的很少。自行设计建造有代表Fig 1 Wuhan Yangtze River railway and性的大桥只有1937年建成的浙赣铁路钱塘江公铁highway combined bridge路大桥,跨度为65.84m。1949年新中国成立后,各项建设蓬勃发展,20世纪60年代,为了连通京沪铁路,决定修桥梁建设也不例外。但改革开放以前,由于材料的建南京长江大桥以取代南京轮渡。为解决无低合金原因,主要发展的是铁路钢桥。发展过程可以概括结构钢料的困难,鞍山钢铁公司于192年研制成为三个里程碑和一个新纪元。建国初期建桥用的材功16锰低合金高强度桥梁钢(6Mnq),屈服点a料都要进口,也没有建造大型复杂桥梁的经验。=340MPa,南京桥除少部分仍用原苏联已进口的1956年由原苏联进口低碳钢材料并接受其技术指低合金钢外,其余全部用国产钢材代替了原定进口导,建成京广铁路武汉长江公铁路大桥,首次在长的钢材,当时这些钢的研制成功,十分鼓舞人心,江上实现了“一桥飞架南北,天堑变通途”。这是被称之为“争气钢”。南京长江大桥正桥钢梁全长在长江上建造的第一座大桥,是我国桥梁史上第1576为降度10m镏接米字形连续钢桁个里程碑。武汉长江大桥全长1156m,桥跨结构为梁。中国煤化工术力量和国产材料CNMHG收稿日期]2006-11-09;修回日期2007-05-09作者简介]潘际炎(1924-),男,江西瑞昌县人,中国铁道科学研究院研究员第7期潘际炎:中国钢桥建成的长江大桥,标志著我国的建桥技术进入到了后者取得了国家有关主管领导部门的同意。但采用个独立自主的新水平,所以南京大桥的建成是我这一方案面临的困难很多,当时没有制造大跨度焊国桥梁史上的第二个里程碑(见图2)。接钢梁的材料。原来造桥采用的16锰桥钢,在材质和规格上已不符合制造大跨度焊接钢桥的需要。因这种钢材的板厚效应很大,钢材的强度、韧性随板厚的增加下降很快,用原来的16锰桥钢建桥,铁路单线桁梁桥最大跨度只可能达到112m。为此,铁道部和原冶金部决定研究开发15锰钒氮桥梁钢(15 MnnG),其屈服点比16锰桥梁钢高,a=420MPa。由于当时钢铁冶炼及轧制设备落后,合金元素不全,前后经历了20多年研究。通过大量的焊接及力学性能试验和在北京密云建造白河试图2南京长江公铁路大桥验桥(图4)的工程实践,优化生产出了15锰钒Fig 2 Nanjing Yangtze River railway and氮C级正火桥梁钢。这种钢的板厚效应小,板厚highway combined bridge56mm,焊接性及力学性均较好。在当时的条下,取得如此的结果,确实非常不易,为改革开放后钢1965年为加快成昆铁路的建设,铁道部和国桥材料、焊接制造工艺、设计理论发展奠定了基家科委组建铁路栓焊钢梁科研、设计、制造、安装础。当时由于设备和资源原因,15锰钒氮C钢的新技术攻关组,系统研究、发展了栓焊钢桥新技降碳、脱硫、脱磷不够,加人的合金元素Ⅴ与N术。1%65-1970年一举建成13种不同结构的栓焊也不理想,因此焊接工艺要求比较严格。有人形容钢桥44座,达到了当时的国际先进水平,为加快说这个钢在焊接时既怕冷又怕热。经科研、设计成昆铁路建设起了重要作用,更有意义的是从此结制造人员的艰苦努力,1993年用这种钢建成了九束了我国使用近100年的铆接钢桥的历史,为我国江长江公铁路大桥。该桥正桥钢梁全长1806m,主钢桥技术发展开创了新纪元。栓焊钢桥比铆接钢桥跨是216m的刚性梁柔性拱,结构雄伟壮观,桥形可节约钢材12%~15%,可加快建桥速度,改善秀丽。从此我国用国产高强度钢材建造大跨度栓焊工人劳动条件和结构的传力状态。图3即为我国第钢桥,在材料、工艺、理论方面都没有问题了,彻座栓焊钢桥—一成昆铁路迎水村大桥。底地完成了铆接钢桥向栓焊钢桥的过渡。这是我国钢桥史上的第三个里程碑(图5)图3成昆铁路迎水村大图4北京密云水库白河新钢种试验大桥Fig 3 Chengkuen railway Yingshui Cun bridgFig 4 Baihe test bridge at Miyun Reservoir,Beijing, made of new kind steel20世纪70年代初,九江长江公铁路桥的建造方案有两种:一是根据当时的条件,主张设计仍采12中国煤化工用南京桥相似的米字型铆接钢梁方案;另一种是九HCNMHG以桥的标志性工程江桥应当比南京桥前进一步,采用国产高强度钢建芜湖长江公铁路大桥(图6),由于航运与空造一座高强、轻型、整体的栓焊接构方案。最后是运的净空限制,采用的是矮塔斜拉桥,主桁为无竖中国工程科学第9卷图5九江长江公铁路大桥Fig 5 Jiujiang Yangtze River railway and图7汉江斜腿刚构铁路桥highway combined bridgeFig7 Rigid frame with inclined legsrailway bridge at hanjiang杆三角形桁架,桁高12m,节间长度14m,最大跨度312m,正桥全长2192.4m,这座桥与以前栓江上承提篮式铁路拱桥,主跨236m(图8)。在世焊结构比较有几个特点:一是我国钢铁及钢结构焊界同类钢桥结构中也位居首位。接制造业的进步,采用了新开发的14锰铌正火桥梁钢,这种钢的韧性及可焊性好;二是在结构上将散装节点改为整体焊接节点,栓焊结构向全焊结构水柏铁路北盘江大桥发展进了一步,反映了改革开放后我国的钢铁工业与钢桥制造业的大发展,可以加快施工速度,降低成本,提高工程质量;三是将公路混凝土桥面通过主桁节点的焊接栓钉与主桁结合成整体。最初采用栓焊钢桥时,由于焊接技术落后,对焊接结构的认识也不足,所以在结构中采用的栓较多,芜湖桥由图8北盘江上承提蓝式铁路拱桥于采用了整体节点,受力焊缝增多,高强度螺栓用的较少了,这在栓焊结构中是一进步。8 The type of carring basket over deck railway为开发汉江资源,1976年建成汉江斜腿刚构bridge at Beipanjiang River桥(图7),主跨176m,采用薄壁箱型结构,腹板当今正在修建还有武汉天兴洲长江公铁路大桥厚1⑩0m,高4400m,为保证腹板的稳定,采用为钢斜拉桥,桥上有4线铁路6线公路,主跨504纵横肋加强。这座桥技术先进,在世界同类钢桥结m;南京大胜关长江公铁路大桥为桁架拱桥,桥上构中居首位。4线铁路2线城铁,主跨335m。这些桥都将是结200年在红军长征经过的北盘江上建成北盘构新颖,技术先进的特大铁路钢桥,将来高速铁路都将通过这些桥梁。13公路桥后来居上,赶超世界水平改革开放前,由于钢材的原因,公路桥梁建的较少。改革开放后,有了钢材,公路桥发展的非常快。由于公路的动荷载较小,主要是恒载,很适合斜拉桥和吊桥的发展,设计跨度发展很快,有代表性的7年首牛建成东費黄河公路斜拉桥,主跨中国煤化工浦公路斜拉桥图6芜湖长江公铁路大桥主跨CNMH(峡公路悬索桥Fig 6 Wuhu Yangtze River railway and主跨990m;1997年建成香港青马双层公铁(轻highway combined bridge轨)悬索桥,主跨1377m(图10);199年建成的第7期潘际炎:中国钢桥21江阴长江公路悬索桥,主跨1385m(图11);20041.4国内外桥梁情况比较年建成上海卢浦桥,中承式系杆拱桥,主跨550目前,我国公路、铁路桥梁的工程技术水平已m;即将建成的主要还有苏通长江斜拉桥,主跨达到了一定的高度。若要与国外钢桥比较或处于什1088m;舟山西堠门悬索桥,主跨1650m;重庆朝么地位,不能简单地下断语。为便于读者分析,现天门长江中乘式连续钢桁系杆拱桥,主跨552m。将国内建国后历年修建的有代表性桥梁及国外现代钢桥发展以来有代表性大跨度桥梁,根据不同的结构形式按建造的先后列表于1、表2。从两表可以看出,建造最早的是简支梁式桥,简支梁式桥是桥梁结构中最基本的结构形式,根据跨度的不同有板梁、桁梁和箱梁。为扩大跨度,由简支梁发展到伸臂梁桥、连续梁桥。再继续发展就出现结合梁桥与组合梁桥。伸臂梁桥有锚孔、伸臂梁、和悬孔,主孔可以比简支梁桥大,是静定结构,设计计算简单,基础下沉不影响上部结构的受图9东营黄河公路大桥力,所以国外在早期悬臂梁桥使用的较多,缺点是Fig 9 Dongying Yellow River highway bridge伸臂梁与悬孔交接处结构的变形不协调,产生有折角,桥面不平顺,逐渐被连续梁桥代替。连续梁桥是在人们认识了钢的弹性模量和弹性力学之后才出现的。我国桥梁发展建设中,已认识到悬臂梁桥的缺点,所以没有采用过。结合梁是充分利用不同材料的性能,将其结合在一起,各自发挥不同材料的优点,以加强桥梁的承载能力。如混凝土桥面板与钢梁结合,在运营中,混凝土桥面板承受压力,钢梁承受拉力,各自发挥混凝土受压与钢材受拉的优点,加大桥梁的承载能力。组合梁是用两种不同的CHIC结构组合为一个承载能力较大的结构。如将拉索与梁或连续梁组合为一个结构就成斜拉桥;将悬索、图10香港青马桥吊杆与梁组合为一个结构就是吊桥;将拱与梁组合Fig 10 Qingma bridge, Hongkong就成为各种不同的系杆拱桥与拱桥。拱桥是一种弧形的承重结构,在荷载的作用下,支点处产生水平推力,使拱内产生轴向压力,并大大的减少跨中弯矩,跨越能力加大。西方钢桥技术开始于英国。1779年英国建筑师与炼铁专家达比建成世界第一座铸铁拱桥。1840年美国惠普尔用铸铁和锻铁建成全铁桁梁,1861年西门子和马丁推广用平炉炼钢,1874-1883年美国首先用结构钢建成了依芝、布鲁克林和格拉斯哥3座大桥。从表2可以看出,在囡际上现代钢桥结构形产在上世幻?年以前主要用的是简支梁、连续中国煤化工代以后由于生产图11江阴长江公路大桥高强CNMHG求,钢丝索张拉技Fig. 1l Jiangyin Yangtze River highway bridge术有了很大的进步,工程中原本就有而一度被淡忘的斜拉桥和悬索桥迅速发展起来了。淡忘的原因是22中国工程科学第9卷表11951年以后建成的主要钢桥Table 1 Main bridges constructed after the founding of new China桥型主跨/m建成年代兰新线河口黄河铁路桥上承式铆接简支钢板梁32,01955建国后建成的黄河第一座桥武汉长江公铁路连续铆接钢桁梁128,0957建国后在长江上建成的第一座大桥郑州黄河铁路新桥上承式双线铆接钢板梁7孔40.01960取代了建国前建成的郑州黄河老桥湘桂线浪江铁路桥栓焊简支钢桁梁1964栓焊试验桥成昆线迎水村铁路桥刚性梁柔性拱栓焊钢桥l12.0我国第一座大跨度栓焊钢桥南京长江公铁路大桥连续铆接钢桁梁160.01968皮昆线三堆子金沙江铁路桥简支铆接钢桁梁19201969我国当前最大跨度的铁路简支铆接钢桁梁桥沙通线白河铁路桥连续栓焊钢桁梁019076九江桥用低合金高强度钢15 MnvNq试验桥安康汉江铁路桥斜腿刚构栓焊钢桥l76.01906世界铁路最大跨度斜腿刚构桥九江长江双层公铁路大桥刚性梁柔性拱桥216.0上海杨浦江公路桥钢斜拉桥1994长江西陵峡公路桥悬索桥香港青马桥悬素桥,公铁(城铁)两用1377.0江阴长江公路桥思索桥1385.0芜湖长江公铁路桥矮塔斜拉、板桁结合、整体节点栓焊钢桥3120200.用新钢种14MnN南京长江二桥(公路)钢斜拉桥628.0广州了髻沙公路桥钢管拱桥水柏铁路北盘江桥上承式钢管拱桥2002世界最大跨度铁路钢管拱桥榆怀线长寿铁路桥连赎钢桁梁04日前铁路最大连续梁上海卢浦公路桥钢拱桥南京长江三桥(公路)钢斜拉桥6480润杨长江公路大桥悬索桥M001490.0香港昂船洲公路大桥钢斜拉桥10180修建中苏通长江公路大桥钢斜拉桥10180修建中舟山西堠门公路大桥悬索桥1650.0修建中重庆朝天门长江公铁路大桥系杆拱桥552.0武汉天兴洲长江公铁路大桥钢斜拉桥504.0修建中四线铁路六线公路南京大胜关公铁路长江大桥钢桁拱3360修建中四线铁路两线城铁早期建造斜拉桥与吊桥的钢索强度不够高,质量不国外。但几年后情况将会改变。重庆朝天门公铁好,张拉技术也不好,使用不久,发生松弛变形出(城铁)路大桥、武汉天兴洲公铁路大桥、南京大现病害。世界第一座现代公路斜拉桥是1955年在胜关公铁路大桥建成后,除悬索桥外,其他结构形瑞士建成的斯特罗姆海峡钢斜拉桥,主跨为182.6式的桥均可列入世界前列。桥梁的跨度与承载能力m,后来修建的愈来愈多,跨度越来越大。我国现有关系,武汉天兴洲长江公铁路大桥及南京大胜关代钢桥技术和国外相比,起步晚了150多年,现代长江公铁路大桥都是多线的重载桥梁,它的跨度应大跨度斜拉桥与悬索桥,我国比国外也晚了约30比照中国煤化工。多年,但发展很快。从表1与表2的比较可以看CNMHG始发展虽比国外出,简支梁桥、连续梁桥、箱梁桥在跨度上尚略小晚,但由于我国技术人员在近56年的建桥工作中于国外;系杆拱桥、斜拉桥及悬索桥暂时也稍低于先是本着自力更生,奋发图强的精神,改革开放后第7期潘际炎:中国钢桥表2国外各式主要钢桥最大跨度代表性桥梁Table 2 Representative bridges of the maximum2钢桥的材料14-7span of different types abROa用钢材制造桥梁,要经过许多机械加工和焊接跨度建成工艺,制成的钢桥,在使用中常年暴露于野外又要桥型(m)年份承受很大的静、动力荷载与冲击荷载。因此制造桥美国施托维而桥铁路连续钢桁爨桥23631917梁选用的钢材很严格,既要能适应制造工艺要求,2美国首都桥铁路简支钢桁梁桥21935197又要满足运营使用要求。为了满足钢桥的制造和使3加拿大魁北克桥铁路悬臂梁桥548.8197用需要,对用来造桥的钢的化学成分、力学性能都公铁(电车)两用钢有严格规定。钢的化学成分是指钢中合金元素的多4澳大利悉尼港桥拱桥503.01932少,合金元素主要有碳、锰、硅及硫、磷。强度较德国科布伦次桥铁路钢箱梁桥13.01961高的钢还加入有微量元素铬。钢的主要力学性能有6意大利斯法拉萨桥公路斜腿刚构桥360192强度、延伸率、断面收缩率、冷弯、冲击韧性及时7美国切斯特286号桥公路简支钢桁梁桥225193效等要求指标。8巴西里约热内卢桥公路钢箱梁桥300.01974我国常用结构钢的强度水平和国外基本一致,9日本港大桥公路悬臂钢桁梁桥510.01974均为240~420MPa,强度更高的钢在动荷载较大的10美国新河谷公路桥公路钢拱桥钢桥中使用会受到一定的限制,在以往钢桥中研究11英国恒比尔桥公路悬索桥1410.0i98较少。12亚美利亚阿拉斯加谷桥公铁路钢斜腿刚构桥160.019812.1桥梁钢材的化学成分13日本南备赞濑湖桥公铁路悬索桥最早的桥梁用钢是碳素钢,碳素钢的屈伏点只14日本岩黑岛桥公铁两用斜拉桥40198能达到235MPa。为加强屈服点,由碳素钢改为低5日本柜石岛桥公铁两用斜拉桥420,01988合金钢,低合金钢是在碳素钢的基础上加入锰、硅16日本生月桥公路连续钢桁梁400,0等,由于强度高于碳素钢,所以称其为低合金高强公路斜拉桥(边跨为度钢。需要强度再提高,就加入微量金属V,N17法国若曼底桥856.01995混凝土梁)Nb,T,Ni等。钢中的化学成分和化学成分的多18德国动物园桥公铁路箱梁259.01996少不但影响钢材的力学性能,且影响钢的焊接性。19美国阿斯托利亚公路连续梁3761966现将我国常用的桥梁结构钢的化学成分和合金元素20日本与岛桥铁路连续钢桁梁桥240198在钢体中所起的作用介绍如下2】日本明石海峡桥公路悬索桥21.116Mnq钢钢的主要元素除铁外,还有C,22日本多多罗桥公路斜拉桥Mn,Si,S,P5元素。S,P是杂质,C为0.12%23丹麦大带桥公路悬索桥1624,019980.20%,平均为0.16%,故称其为16锰桥钢钢中的碳元素是用以提高钢的强度,但成分不当会又以引进、吸收、创新的赶超意识,不断克服重重影响钢的韧性和焊接。根据经验,16锰桥钢交货的困难,推动桥梁工程技术的前进,使我国桥梁的时的碳应在中限,交货状态为热轧状态。碳高了焊结构形式、设计理论、用料、工艺均已达到了国际接就有困难,特别是同时S也高了,对焊接更不先进水平。更可贵的是通过这5多年研究实践已利。修建成昆铁路焊接钢桥时,有300多吨16培养出了一支强大的桥梁科研、建设技术队伍和建Mn钢,由于含碳量均在0.18%以上,S也偏上成了一批具有强大研究、制造、施工能力设备机限,焊成的部件出现大量的裂纹,造成停产数月,构。我国的地域辽阔,铁路、公路要跨越的海湾经研究采用了超低碳焊丝才得以解决。大江、大河、高山、深谷非常多,要修建的大桥还中国煤化工分是固溶存在,很多,预计在不久的将来桥梁技术还会有更大的突部分样能增大钢的飞猛进发展,尤其是在钢材和钢桥产品质量方面会强度CNMH面收缩率,Mn并不有跳跃式的提高。会使韧性下降。在焊接中部分锰和硫形成MnS进入熔渣中,可以减少硫化铁低熔化合物的生成,在焊24中国工程科学第9卷缝冷却时,这些低熔点S化物的抗拉强度低,容易S化物的结晶形态,虽对焊接熔合线有一定的改被焊接冷却收缩力拉裂,这种现象称为热裂纹倾向。善,但不显著。因为在C含量偏高引起焊后组织所以说Mn在钢材的焊接中可以脱S,改善S在钢体脆化为主要矛盾的情况下,S的有害作用降居次要中晶粒的分布,减少硫化铁低熔化合物的生成,减位置,所以首先要降C。少热裂纹倾向。但S多了,焊接时又会引起钢的硬含S量控制在0.01%左右,是为了大幅度提高脆冷裂,加剧焊缝的冷裂纹倾向。钢的韧性,使低温冲击及时效冲击性能提高,减少钢水中加人硅,可以脱氧,在钢体中呈固溶状层状撕裂倾向。态存在,它能增加钢的强度,但会降低加工性和锻合理地控制V,N,V与N是用来提高钢材强造性。度的强化材料,但这两种元素在基材中是以化合物磷是随原料进入钢体的元素,随含量的增加会状态存在,通过对热影响区的热模拟试件化学微量使钢变脆,钢体中C的含量越大,P的影响越巨,分析,证明钢体焊接加热后,在热影响区中形态发其中一部分呈固容状态,一部分以磷化铁的形式存生变化,V,N的化合物又解体为固溶的V,N,在,好处是除增加强度外,还可以增加钢的耐腐热影响区中的固溶V,N增加,冲击韧性下降。为蚀性。此,V,N含量在满足强度的要求下,应尽量地降16Mnq钢的缺点是板厚效应大,随着板厚的低,N的含量不得大于0.03%,为使N充分的化增加,强度与韧性下降很快。在铁路钢桥设计中一合,VN值不小于10~12,含P量小于0.02%。块24mm的钢板增加到40mm厚,自重增加了加人微量T对优化15 MnVNq钢有好的影响667%,而承载强度只增加422%,强度的增加尚微量T在钢中以TN形式存在,TN的热溶解温度不足补赏自重的增加。所以目前铁路焊接桁梁能用1450℃高于钢中v(C,N)的热溶解温度,V,N的最大板厚为24mm,板梁为32mm。用它来设计的热溶解温度为1050℃,焊接热影响区的峰值为铁路单线焊接钢桁梁桥,采用三弦结构也只能达到1350℃,这样可以减少热影响区中的V,N固溶112m。体,改善热影响区的冲击韧性与时效。21.215 MnnG钢上世纪20年代因建九江桥根据可焊性研究,并参考国外的数据,其标准需要,当时根据国内矿产资源决定在生产16Mmq一般规定如下:钢的基础上加入微量的v与N,并降低C,S,P,含碳量C≤0.16%,焊接性能好;>0.18%,钢板热轧后正火,降低一些强度以提高钢的韧性,容易发生裂纹。开发出15MnV№q钢。为保证钢材、钢材焊接及其碳当量C≤0.4%,可焊性好;>0.48%焊后的韧性,要求其含C量控制在0.16%以下,不易焊接以降低冷裂纹敏感倾向,既能改善钢的可焊性,又焊接冷裂纹系数P≤0.28%,WES对调质钢可满足发挥降低S提高韧性的必须条件。降S可改的规定(日本焊接学会)善钢材的各向异性,提高钢材的韧性,但含S量对九江桥的钢料分A,B,C三种,受拉与受疲钢材韧性的影响和钢中含碳量的多少有关。在含C劳控制的杆件都用C钢,即15 MnVNq- C钢,其化量较高的15 MnNG钢,降低钢中的含S量或改善学成分与力学示如下表3,表4表3九江桥用料的化学成分(%)Table 3 The chemical components of the steel used in Jiujiang bridge成分/%sPN原标准规定≤0.161,3-1.70.2~0.6≤0.015≤0.0200.10-0.160.01-0.015最大0.l80.550,018最小0.25中国煤化工平均0.15850.3978HECNMHG0.0122标准差0.06990.00400.0075第7期潘际炎:中国钢桥25表4九江桥钢料的力学性能响区的力学性能变化有不同的特点,使用前对焊接Table 4 The mechanical properties of the steel线能量和热整形的温度大小,应通过经详细试验used in Jiujiang bridge确定。低温冲击时效21.314MnNb钢16Mnq是屈服强度340MPa项目MPa /MPaacm12a/m2等级的钢,在钢桥中应用很广,由于l6Mnq又存原标准规定≥412≥549在有韧性差、板厚效应大等缺点。上世纪90年代213.3为修建芜湖长江大桥研究开发了14 MnNbq钢。根410550据经验,研究开发的思路就是降碳,降硫和降磷,平均4497606.823.1用铌代钒与氮,并限制铌的含量。这种低碳化微合标准差26.6305金高强度钢也正是世界先进国家结构钢发展的方耐低温冲击系数a,指在-40℃的数据向。低碳可以改善钢的焊接性能,降硫与磷可以提高钢的韧性、可焊性。为提高韧性,采用正火状态从上述两表可以看出,C,S,V,N平均值都交货。经过正火后,母材的的韧性提高了,但焊接满足要求,但最大值超出了要求,故产品中有部分的线能量受到一定的限制,通常不得大于钢材的C,S、碳当量、焊接冷裂纹系数在较佳范围之上,所以焊接性不是很好,预热温度要求较通常钢材经过焊接,热影响区的韧性会下降高,线能量要求较小,层间温度要求较低。对接焊缝韧性下降约30%~40%,角接焊缝韧性为保证桥的质量,科研、设计、制造人员花费下降约50%,对接时效韧性下降也约50%。桥梁了大量的时间与精力,于1993年将九江桥建成。的焊接质量要求是焊缝(包括焊缝金属与热影响这不仅是用国产新钢材建成了九江新型的栓焊大区)的力学性能不低于母材,因此母材交货时的韧桥,而且为改革开放后的高强度桥梁用钢和钢桥的性必须高出标准值的一倍以上。在国外生产的钢发展奠定了基础。材,产品实物的韧性值一般均高于规范规定2~3根据15 Mnng钢的科研生产经验,碳当量较倍,所以用这种材料焊接,执行焊接质量标准规定高的低合金高强度钢C的最佳上限应为0.12%没有问题。我国钢铁的生产,质量还不均恒,这也与P分别为001%,0.02%,强化用的微合金可考正是我国钢铁产品质量应当努力提高的注意点,故虑改为№b,T,微合金加入量有待进一步研究,铁路桥规有母材交货技术条件规定,根据板厚要求其最大加入量建议为:V≤0.0%,№≤0.03%,不得低于100-120J,Nb的加入量不大于003%。T≤0.02%,当今的设备、技术,更进一步优化此正火时要注意采取措施保证钢板表面质量。钢种巳完全具备了条件21.4其他国家标准钢号第一个字母Q是代表15 MnnG钢相当于国标(GBT74-2000的屈服点,第二个数字是代表钢的屈服点大小,第三10q-E,交货状态为正火。热轧钢是通过一般个字q是代表桥梁用钢。屈服点数值是板厚16mm钢铁在高温下用轧制工艺生产的钢。将热轧钢送入的。随板厚的增加,屈服点下降。在九江桥钢料开正火炉加热到某一相变点温度(950℃),经过一发研究时,原计划开发研究屈服点为40MPa的,定时间,钢体组织发生变化,移出正火炉放在冷床板厚按桥规规定用到50mm,由于遇到困难,将屈上,在静止的大气中连续冷却可以使钢体的晶粒变服点改为420MPa,截面板厚改为56mm。当前建细,组织变均匀,提高韧性,强度会减低一些,经造的大桥很多,在桥梁用钢的研究中,建议对过正火处理,钢的韧性可以提高。热轧钢与正火钢Q450q及Q500q的钢材开发研究。的焊接性不相同,热轧钢焊接线能量大些,正火钢2.2桥梁钢材的力学性能的焊接线能量要求小些。如热轧钢16Mnq焊接线2.2.1中国煤化节标,即弹性极限能量可以用至42kcm,而正火钢15 MnnG的焊a。桥梁在使用接线能量只可以用到32kJcm。今后随着钢铁工业时CNMH被破坏而且变形的发展,还会有不同轧制生产钢材的工艺,如调质小。钢的弹性极限及屈服点应力越高,表示在不发钢、控轧钢等。不同状态的钢,在焊接时焊接热影·生塑性变形的条件下能承受的应力越大。当外加应中国工程科学第9卷力达到屈服点应力,部件就产生塑性变形,继续加行冲击试验,经分析认为发生裂纹、断裂处的钢板大应力达到抗拉极限强度,钢材就断裂破坏,抗拉在使用温度时,冲击功低于21J(15呎·磅)。根据极限强度越高,抵抗破坏荷载的能力也就越大。桥这一试验结论,乃在规范中规定结构用钢的低温冲梁的设计应力是按屈服点应力除以安全系数17,击功不低于21J(15呎·磅)。其他国家也都仿效采桥梁的破坏安全系数不应低于22~2.5。所以在桥用这一规定值。上世纪70年代断裂力学有了发展,梁选材的时候,不仅要注意屈服点和拉力极限强各国纷纷用断裂力学理论研究桥梁钢结构的防断度,而且要分析其屈强比不得大于0.7-075。取得了不少成果,根据研究的成果和各自国家的情222塑性钢的塑性变形能力包括伸长率、断况,编写了自己的规范,但规定各不相同。我国最面收缩率和冷弯。伸长率、断面收缩率是钢对结构早桥规对钢材规定的冲击值是引进原苏联的,用夏的安全指标。因为桥梁结构中有局部应力集中或有比U试件,冲击试件是U形缺口,取样为钢板轧残余应力处,其值可能超过屈服点应力。伸长率及制的横向,单位为kgm/cm2,规定值为3.5kg:m断面收缩率高的材料可以通过塑性变形使应力重新cm2。西方英、美各国都使用夏比Ⅴ试件,冲击试分布,避免引起结构的局部破坏而导致整个结构的件是形缺口,取样为钢板轧制的纵向,规定值失效。冷弯是检査钢材承受规定弯曲程度的弯曲变根据钢材的等级和桥梁的环境温度确定。我国在改形性能,同时通过冷弯能显示钢板中是否有缺陷。革开放后,为与世界接轨,低温冲击韧性规定也由冷弯性能好的材料,有利于制造,它是一个工艺指夏比U改为夏比v。钢材在冷加工变形后,随使用标,也是一个质量指标,但主要的还是质量指标。年限的加长,会发生老化,表现为钢材变脆,冲击通过冷弯可以考验钢板中有没有夹碴或分层。功下降,为检验钢材的抗老化性能,还要进行时效223低温冲击与时效钢材的韧性对桥梁的安冲击检验,试件原材料经拉伸10%,保温200℃一全是十分重要的。尤其是铁路钢桥承受的动载荷很小时,制成夏比V试件,在常温下进行冲击试验,大,如果结构的构造细节不好,或材料使用不当,常温冲击功不得低于低温冲击要求值制造质量有缺陷,在使用中就容易产生疲劳裂纹,随着裂纹的扩展,部件承受载荷的有效面积减小,参考文献剩余面积上的应力就增加,直到剩余面积达到不足[1]中国铁路桥梁史编委会主编中国铁路桥粱史M以支承所加载荷时,就会产生断裂。最后的断裂可北京:中国铁道出版社,1987大学能是塑性破坏,也可能是脆性破坏。断裂破坏多发2]项海帆等主编中国桥梁画册M上海:同济大生在环境温度低,加载速度快等条件下。要防止断出版社,1993裂发生,须注意结构设计和构造细节的优化、钢材[3]万明坤等主编桥梁漫笔[M]中国铁道出版社,9的选择、焊接质量标准的规定等。选择钢材和规定[4]潘际炎栓焊钢梁的研究[M].北京:中国铁道出版焊接质量标准的依据是钢材和焊缝金属的冲击韧[5]九江长江大桥技术总结武汉:武汉测绘科技大学出性,桥规规定的为夏比冲击功。最早对钢材的冲击版社,1996功规定是从经验和试验得到的。第二次世界大战期[6]桥梁用结构钢BGT714-200间,美国有100多艘运输舰发生裂纹与断裂,为查[7]芜湖长江大桥钢梁制造技术北京:科学出版社明原因,研究人员将船舶发生裂纹、断裂处钢板进Steel Bridges in ChinaPan JiyaiChina academy of railway Sciences中国煤化工[ Abstract] This paper contains a brief introduction of thCNMHGridges at home andabroad. It also introduces the characteristic requiremens of the material used in steel bridgesI Key words] steel brigde in China; steel materials; design of steel brigde; structure of steel bridge

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