钢结构基础知识,第四讲：桥梁钢结构知识,典型钢结构临时工程,典型钢结构桥梁工程,武汉长江大桥,南京长江大桥,芜湖长江大桥,武广高铁东平水道大桥,贵广南广高铁东平水道大桥,武汉天兴洲长江大桥,武汉天兴洲长江大桥,南京大胜关长江大桥,南京大胜关长江大桥,一 常用钢材,1、结构钢牌号说明，对应标准GB221－2008《钢铁产品牌号表示方法》 如：Q345qC Q－屈服强度； 345－屈服强度345MPa(当δ≤16mm时，其屈服强度大小与牌号数值相同板厚增加，强度降低，例如Q345C钢，当δ＞63mm时，其屈服强度只有315MPa)； q－桥梁用结构钢； C－质量等级为C级 钢材质量等级共有A、B、C、D、E 5个级别，A级最低，E级最高，主要表现在钢中有害杂质S、P含量的多少，耐冲击温度的高低如： AKV(纵向)Q345A、B级钢，＋20℃，34J； AKV(纵向)Q345C级钢，0℃，34J； AKV(纵向)Q345D级钢，—20℃，34J； AKV(纵向)Q345E级钢，－40℃，34J2、结构钢的屈强比 即钢材的屈服强度与抗拉强度之比，σs/σb 屈强比越小，强度储备越大，结构越安全可靠；屈强比越大，强度储备越小，结构越不安全可靠。
一般屈强比不超过0.8一般，钢材的强度等级越高，屈强比越大，反之，越小 3、碳素结构钢 对应标准GB/T700-2006，有4个强度等级： Q195（不分级）； Q215（A、B级）； Q235（A、B、C、D级）； Q275（A、B、C、D级） 用的比较多的是Q235C钢，相当于过去的A3钢4、低合金高强度结构钢 对应标准GB/T1591-2008, 有8个强度等级： Q345（A、B、C、D、E级）； Q390（A、B、C、D、E级）； Q420（A、B、C、D、E级）； Q460（C、D、E级）； Q500（C、D、E级）； Q550（C、D、E级）； Q620（C、D、E级）； Q690（C、D、E级） 过去的16Mn相当于Q345的A、B级 与GB/T1591-1994对照，新标准增加了Q500、Q550、Q620、Q690强度等级，取消了Q295强度等级5、桥梁用结构钢 对应标准GB/T714-2000, 有4个强度等级： Q235q（C、D级）； Q345q（C、D、E级）； Q370q（C、D、E级）； Q420q（C、D、E级） 如：南京大胜关大桥，Q370qE用于受拉部位，Q420qE用于受压部位。
6、厚度方向性能钢板 对应标准GB5313-85, 有3个等级系列： Z15、Z25、Z35钢板的抗层状撕裂性能采用厚度方向拉力试验的断面收缩率来评定如：Z35钢，断面收缩率三个试样平均值不小于35％，其中单个试样不小于25%主要是硫的含量低，如Z35钢，硫的含量不大于0.005% 7、焊接用耐候钢 对应标准GB/T4172, 有4个强度等级： Q235NH、Q295NH、Q355NH、Q460NH 特点是钢中含有铜和铬，具有耐大气腐蚀的性能二 焊接工艺评定及常用的焊接方法,1、焊接工艺评定焊接工艺评定是编制焊接工艺的依据焊接工艺评定的目的，一是审定生产工艺能否实现；二是质量保证可靠程度；三是经济合理性机械性能试验项目、试样数量及试验方法应符合下表的规定注：①弯曲角α=180°；②缺口开在焊缝中心及熔合线外1.0mm处各3个接头拉伸（拉板）试验是为了检测接头的抗拉强度，一般断在母材屈服强度在原材料复验时已测过，此处一般不测焊缝金属拉伸（拉棒）试验是检测焊缝金属的屈服强度、抗拉强度及延伸率接头侧弯试验，弯芯直径和弯曲角度应符合母材标准对冷弯的要求若板厚小于１０mm，做侧弯试验不便操作，可做一个面弯和一个背弯代替侧弯。
三 常用焊接材料,1、低合金结构钢焊条 对应标准GB/T5118－95常用：J507，即E5015，结构钢焊条，焊缝金属抗拉强度５０kg/mm2,碱性低氢型药皮，焊接电源，直流反接其熔敷金属冲击韧性比较高J50２，即E5003，酸性焊条，钛钙型药皮，焊接电源，交直流两用 2、CO2气体保护焊低合金钢用焊丝 实芯焊丝对应标准GB/T8110－95，常用：ER49-1、ER50-1、 ER69-1、ER76-1、ER83-1ER表示焊丝，50表示熔敷金属抗拉强度最低值为550MPa ER49-1相当于H08Mn2Si 药芯焊丝对应标准GB/T10045－2001常用：E501T、E551T等，E表示焊丝，50为熔敷金属的抗拉强度等级（kg/mm2，即480MPa），１表示全位置焊接，T表示药芯焊丝3、埋弧焊低合金钢用焊丝和焊剂 熔化焊钢丝对应标准GB/T14957－94 焊剂对应标准GB/T5293－99焊接Q345C钢可以选用： HJ431+H08A，或SJ101+ H10Mn2 HJ431：HJ－焊剂；431－高锰、高硅、低氟 H08A：H－焊接用钢丝；08－含碳量0.08%；A－高级，S、P含量低。
H10Mn2：H－焊接用钢丝；10－含碳量0.10%，Mn2－含锰量将近2％ SJ101：SJ－烧结焊剂；101－编号，合金元素含量较低 合金元素含量低的焊丝搭配合金元素含量高的焊剂，合金元素含量高的焊丝搭配合金元素含量低的焊剂四 电焊条,1、焊条芯，一般用H08，对应标准GB/T14957－94 2、焊条药皮成份 造气剂：淀粉、木粉、大理石（CaCO3）等； 造渣剂：大理石（CaCO3）等矿物； 脱氧剂：硅铁、锰铁； 合金剂：硅铁、锰铁； 除氢剂：萤石（CaF2）; 粘结剂：水玻璃（硅酸钠、硅酸钾） 硅铁、锰铁脱氧剩余部分做为合金剂 结构钢焊条，焊条芯相同，调整药皮配方，可获得不同性能的电焊条3、焊条的保管与烘培对应标准JB3223－83酸性焊条75～150℃，烘干1～2h；碱性焊条350～400℃，烘干1～2h烘干后放入100～150℃保温筒内存放焊条的架子距地面和墙壁不小于300mm，严防潮湿焊接材料除应符合现行国家标准外，其抽样检验尚应符合以下规定：制造厂首次使用的焊接材料应进行化学成分和熔敷金属力学性能检验；连续使用的同一厂家、同一型号的焊接材料，实芯焊丝逐批进行化学成分检验，焊剂逐批进行熔敷金属力学性能检验，药芯焊丝和焊条每一年进行一次熔敷金属力学性能检验；,五 焊接材料选用原则,1、等强度原则 焊接同种材料时，按焊接接头与母材等强度的原则来选择焊接材料。
2、就低不就高原则 不同强度等级钢材焊接时，按强度等级低的一种来选择焊接材料 3、等同性原则 碳钢或低合金钢与不锈钢焊接时，则一律采用高镍铬不锈钢焊条 4、等条件原则 焊接承受冲击载荷构件时，采用碱性低氢型焊条 5、低缺陷原则 对厚板多层焊时，可采用低强度等级焊接材料，有利于减少冷裂纹；焊接淬硬倾向大的中碳调质钢时可采用奥氏体焊条焊接，有利于减少冷裂纹的产生六 焊缝性能的控制,编制《管理人员通讯录》、《施工组织设计》、《施工工艺方案》、《施工转换图纸》、《施工拆零图》、《焊接工艺评定任务书》、《焊缝编号说明书面》、《焊接工艺规程》、《无损检验清册》、《产品试板清册》、《高强度螺栓清册》、《涂装施工组织设计》、《生产计划》、《检验规则》、《钢材进场计划》等要做好技术交底、场地布置、安全教育、焊工考试、工装卡具设计与制作等工作收集特种人员从业资格证书、试验室资质等相关资料七 开工前的技术准备工作,八 桥梁钢结构制造的主要工序,2、放样、作样、号料、下料直接在钢板上划出零件的切割线称为放样放样一般适用于较大的矩形零件；当相同零件数量较多时，为了提高生产效率，用薄铁皮或纸板制作适用于各种形状和尺寸的样板，用来在钢材上标出切割线位置，此项工作叫做作样。
一般尺寸较小的零件制作下料样板，尺寸较大的矩形零件需要切角时制作切角样板利用下料样板在钢板上划出零件的切割线叫做号料放样、号料以后进行切割下料注意杆件受力方向应与钢板轧制方向一致；要套料，节约用料；预留焊接收缩余量及加工余量工型杆件和箱型杆件腹板的宽度是控制杆件高度重要尺寸所以，腹板必须经过机加工铣边或刨边，俗称“配刨”3、开坡口 气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式和尺寸，见GB985－88；埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸，见GB986－88 4、组装 组装要在胎架上进行，配备相应的工装和夹具，凡是先孔的杆件都必须以孔来定位要控制装配间隙及杆件的形状和尺寸 翼缘板的拼接缝与腹板的拼接缝的间距不应小于200mm，相邻焊缝的间距不小于100mm，接料的长度不小于1000mm，接料错边不大于2mm如下图,5、焊接要选择合适的焊接工艺参数，严格控制线能量环境温度不低于5℃，环境湿度要小于80％焊前，待焊区要彻底去除污物和铁锈红锈Fe2O3*nH2O,容易产生氢气孔和氢脆定位焊应距设计焊缝端部30mm以上，其长度50～100mm，间距500～600mm，焊脚尺寸不大于设计焊缝的1/2。
对接焊缝要加引（熄）弧板，引（熄）弧板的尺寸为：150×80×t起（熄）弧要在距设计焊缝以外80mm的引（熄）弧板上焊缝金属的熔合比：焊缝金属是由母材金属和填充金属熔合在一起组成的母材金属占焊缝金属的百分比，称为熔合比，它影响焊缝金属的化学成份和机械性能焊缝金属的结晶：结晶从液态金属和固态金属的分界面开始，晶粒向散热方向相反的方向长大，晶粒长大和新晶粒生成是同步进行的熔点高的先结晶，熔点低的后结晶低熔点共晶体被挤向晶粒的边缘，形成“显微偏析”，对焊缝性能影响不大低熔点共晶体最终被挤向最后结晶区域，形成“区域偏析”当低熔点共晶体分布方向与受力方向垂直时，极易产生裂纹窄而深的焊缝容易产生裂纹，宽而浅的焊缝则不易产生裂纹焊缝宽度与深度之比称为焊缝的成型系数，埋弧焊的焊缝成型系数为1.3～2.0为好焊缝的宽度：焊缝宽度等于坡口宽度两则各加2mm焊缝的深度：焊缝顶面到焊缝底部的最大距离焊缝的熔深：待焊接面熔化的深度6、焊缝外观质量对应标准GB10854－88、TB10212－2009 焊接宜在室内进行露天焊接，手弧焊风速超过８m/s,气体保护焊风速超过２m/s时，应采取防风措施7、无损检验UT－超声波探伤，对应标准GB11345－89；RT－射线探伤，对应标准GB3223－2005；MT－磁粉探伤，对应标准GB15822－95；PT－渗透探伤。
无损检验在焊后24h以后进行焊缝超声波检验等级应符合下列规定：1）、检验等级分为A、B、C三级，检验完善程度和检验工作的难度系数按A、B、C顺序逐级增高A级检验采用一种角度的探头在焊缝的单面单侧进行检验，只对允许扫查到的焊缝截面进行探测；B级检验原则上采用一种角度探头在焊缝的单面双侧进行检验，对整个焊缝截面进行探测受几何条件的限制可在焊缝的双面单侧采用两种角度的探头进行检验，条件允许时应做横向缺陷的检验；C级检验至少要求采用两种角度探头在焊缝的单面双侧进行检验，同时要做两个扫查方向和两种角度探头的横向缺陷检验2）、采用任何检验等级都应使检测系统灵敏度余量能够满足验收标准否则应增加探测面（如双面双侧等） 缺陷指示长度：焊缝超声波检验中，按规定的测量方法以探头移动距离测得的缺陷长度3）、板厚小于等于30mm（不等厚对接时，按薄板计）的主要杆件受拉横向、纵向对接焊缝除按规定进行超声波探伤外，还应按接头数量的10%（不少于一个焊接接头）进行射线探伤，探伤范围为焊缝两端各250~300mm，焊缝长度大于1200mm时，中部加探250～300mm；厚度大于30mm（不等厚对接时，按薄板计）的主要杆件受拉横向、纵向对接焊缝除按规定进行超声波探伤外，还应按接头数量的10%（不少于一个焊接接头）增加检验等级为C级、质量等级为Ⅰ级的超声波检验。
此时焊缝余高应磨平，使用的探头折射角应有一个为45°，探伤范围为焊缝两端各500mm焊缝长度大于1500mm时，中部加探500mm对表面余高不需磨平的十字交叉（包括T字交叉）对接焊缝应在以十字交叉点为中心的120~150mm范围内100%射线探伤焊缝的射线探伤应符合现行国家标准《金属熔化焊焊接接头射线照相》（GB3323）的规定，射线透照技术等级采用B级（优化级），焊缝内部质量应达到Ⅱ级；,。