中国焊接钢桥四十年

中国焊接钢桥四十年

清华大学陈伯蠡

⒈中国钢桥发展概况

常见的钢桥型式有：梁桥（I型板梁、桁梁、箱梁），拱桥（系杆拱、下承拱、上承拱、中承拱），以及悬索桥和斜拉桥等。大跨径公路钢桥主要是悬索桥（图1 a）和斜拉桥（图1b）；铁路钢桥多为梁桥和拱桥。图1c为低塔斜拉公铁两用梁桥。按造桥方法，钢桥可分为：

a b

C d

图1

焊接钢桥的几种桥型

a---西陵长江大桥(公路桥)；b--- 南京长江二桥（公路桥）；

c---芜湖长江大桥（公铁两用桥）；d---贵州北盘江大桥（铁路桥）

铆接桥(工厂制造和工地拼接均为铆接)、栓焊桥(工厂制造为焊接，工地拼接为高强度螺栓连接)和全焊桥(工厂制造和工地拼接均为焊接)。栓焊桥和全焊桥统称为焊接桥。

我国仅在长江上已有各种型式的桥梁29余座，其中接近半数为钢桥。“万里长江成了中国当代桥梁的展台。”（北京日报，2002.07.17）。关于焊接钢桥，可以公路桥为对象作比较，按大跨径悬索桥的跨径L≥600m，大跨径斜拉桥L≥400m，进行不完全统计，90年代以来中国已建成大跨径悬索桥7座，大跨径斜拉桥10座；同时期国外建成的大跨径悬索桥有10座（其中日本6座），大跨径斜拉桥有15座（其中日本6座）。按跨径大小排序〔1〕〔2〕，在世界上建成的全部悬索桥中排名前十位的焊接钢桥中，中国有2座：江阴长江大桥（L=1385m）排名第四，香港青马大桥（L=1377m）排名第五；日本明石海峡大桥L=1990m，居首位；丹麦的Great Belt大桥L=1624m，排名第二。而在全部斜拉桥排名前十位的焊接钢桥中，日本的多多罗大桥L=890m，居首位；中国有6座桥，排名第三、四、五、六、七和第九（南京长江二桥L=628m，排第三位；武汉长江三桥L=618m，排第四位）。其中

“不少已跻身‘世界级’桥梁，展示出中国当代建桥技术达到了世界先进水平”。（北京日报2002.07.17）。

1996年布达佩斯国际焊接钢桥会议中，日本东京大学伊藤教授在题为“东亚焊接桥的技术进展”〔2〕(p.67)中讲了日本的情况，并着重评述了中国钢桥的发展，“中国当前正在蓬勃开展经济工作，条件允许，也需要在广阔的中国大地上大规模建设永久性基础设施。在建设大跨度索承载桥（cable-supported bridge）方面，中国仅次于日本，也有显着的成就。”“（中国）目前正在非常积极地开发焊接桥梁。”“关于焊接桥，中国工程技术人员正努力开发几百米跨径的全焊结构。”实际上他还并不完全了解中国的发展情况。这时中国已经建成第一座全焊钢桥，即西陵长江大桥（L=900m，单跨悬索钢桥，1996年）。当然，这较之世界上第一座全焊悬索钢桥Severn大桥（英国，1966年，L=987.6m）晚了30年。在〔2〕中，伊藤教授提到：“日本钢结构的生产超过了其它所有国家”，“研究开发了多种用于日本钢桥的焊接技术，但迄今为止，关于工地焊接方面似乎还有些保守。”这说明当时日本还未全力开发全焊钢桥。看来，中国焊接钢桥已经开始疾步赶上并进入了世界的先进行列。为了便于了解，将我国近50年来有代表性的钢桥按建成年代排序，如表1所示。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。

中国焊接钢桥的发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。中国钢桥是从建设铁路桥起步的，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，开始栓焊钢桥的研制，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，取得了初步经验。

修建成昆铁路时，西南铁路建设总指挥部于1965年组成“栓焊梁战斗组”，集合有铁路系统内外19个单位共68人。其中，清华大学与哈尔滨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。以成昆铁路建设为契机，中国开始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。“栓焊结构基本上代替了铆接结构，是我国钢桥技术的一次重大改革，并为我国钢桥的进一步发展提供了大量实践的经验，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，而妨碍焊接技术在桥梁钢结构上的应用。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，并进行了全部的焊接性和焊接工艺试验；但最终仍将栓焊结构改变为铆接结构。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年应用于九江长江大桥，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）。

21968南京长江大桥公铁

两用桁梁三跨

连续

16016Mnq铆接铆接

31970迎水河桥（成昆

铁路）铁路系杆

拱

刚性梁11216Mnq焊接栓接

41991上海南浦大桥公路斜拉结合梁423StE355焊接栓接

51992九江长江大桥公铁

两用系杆

拱

三跨连

续

21615MnVNq焊接栓接

61993上海杨浦大桥公路斜拉结合梁602StE355焊接栓接

71995孙口黄河大桥铁路桁梁四跨连

续

108SM490C焊接栓接81996上海徐浦大桥公路斜拉混合梁590S355N焊接栓接

91996西陵长江大桥公路悬索单跨

箱梁

90016Mnq焊接焊接

101997香港青马大桥公铁

两用悬索三跨连

续箱梁

1377BS 4360

Gr.500YS

焊接栓接

111997虎门大桥公路悬索单跨

箱梁

88816Mnq焊接焊接

121999厦门海沧大桥公路悬索三跨连

续箱梁

64816Mn焊接焊接

131999江阴长江大桥公路悬索单跨

箱梁1385Fe510D

(S355J2G3)

焊接焊接

142000芜湖长江大桥公铁

两用低塔

斜拉

三跨连

续桁梁

31214MnNbq焊接栓接

152001南京长江二桥公路斜拉三跨连

续箱梁

62816Mnq焊接焊接

162001宜昌长江大桥公路悬索单跨

箱梁

960Q345E焊接焊接

172001天津塘沽

海河大桥公路单塔

斜拉

混合

箱梁

310Q345E焊接焊接

182001贵州

北盘江大桥

铁路拱钢管砼236Q345D焊接焊接

192001武汉

军山长江大桥公路斜拉三跨连

续箱梁

460Q345C焊接焊接

20在建巫峡长江大桥公路拱钢管砼460Q345C焊接焊接

21在建舟山

桃夭门大桥公路斜拉混合

箱梁

580Q345D焊接焊接

22在建润扬长江大桥

北汊大桥公路斜拉三跨连

续箱梁

406Q345D焊接焊接

进入90年代，经济发展对交通建设的需求日益增长，高速公路网的建设和跨江河、跨海湾通道的建设，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发展。除了山海关和宝鸡两个桥梁厂，大型船厂如沪东造船厂、江南造船厂、武昌造船厂及广州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年开始，上海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）、杨浦大桥（1993年，L=602m，结合梁）、徐浦大桥（1996年，L=590m，混合梁）。正在建设的上海卢浦大桥，L=550m，是世界上最大的一座钢拱公路桥。1996年、1997年相继建成全焊结构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、汕头石大桥、武汉长江三桥、宜昌长江大桥、武汉军山长江大桥、天津塘沽海河大桥及南京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，建造了诸如九江长江大桥、孙口黄河大桥、长东黄河二桥、芜湖长江大桥等公铁两用栓焊钢桥或铁路专用栓焊钢桥；而且结构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”发展到全焊整体节点，钢材由16Mnq发展到14MnNbq，钢板厚度由24mm