细节决定成败——钢桥强国日本造桥技术

redflag 发表于 2015-7-19 12:10:49 | 显示全部楼层 | 阅读模式
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近40年来,日本建造了多座有代表性的桥梁。受地震多发的影响,不论梁体和塔柱,大多采用钢结构,因此,日本在钢梁和钢塔制造、安装架设等方面均取得了一定的成就,也被公认为世界钢桥强国。
日本第一座铁桥是1868年的长崎铁桥,是从欧美进口的。日本自己最早制造的铁桥是1878年的弹生桥,大正时代(1912年)后,日本公、铁路桥的桥梁形式、架设技术都有非常大的发展。1923年关东大地震之后以东京震后重建为契机,日本的钢桥技术实现了飞跃式发展。1930年,钢桥引入了焊接技术,1960年之后高强螺栓逐渐被应用。
受德国战后重建桥梁技术的影响,日本的钢桥建设有了非常大的发展,其划时代事件是建设跨海桥梁,如西海桥、城岛大桥、若户大桥等。再后来,以经济发展、东京奥运会、大阪世博会为契机,建设了多条高速公路和东海道铁路新干线,这些项目促进了钢桥技术的快速发展。1970年以后长大跨桥梁的发展令人炫目,这主要源于特大工程项目——本四连络桥的刺激,如:1988年建成的濑户大桥,1998年、1999年分别建成的主跨1991m的明石海峡大桥(悬索桥)、主跨890m的多多罗大桥(斜拉桥),等等,成就了日本建桥史上的辉煌。至此,日本的大规模桥梁建设告一段落,进入了以桥梁维修为主体的桥梁管理的时代。

钢桥建造技术与时俱进

日本属于岛国,由四个大岛和若干个小岛组成,岛与岛之间或连接海湾的桥梁,大多采用大节段吊装,即不管桁梁还是箱梁,均在工厂制作成大节段(厂内制造时小节段或杆件之间一般采用焊接连接)、船运到桥位后采用大型浮吊吊装,这样可以大大减少桥位的工作量。因为,在日本人工费用昂贵,而机械费用相对较低,同时,大部分作业在厂内完成也有利于保证产品质量。如:2009—2011年建造的东京临海大桥(图1),这也是近几年日本修建的比较大的桥梁。
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  图1 东京临海大桥
东京临海大桥是分四个节段制作吊装的,节段之间包括顶板均采用了栓接连接,甚至不顾拼接板、高强度螺栓头对铺装质量的影响。这样做最大的优点就是桥位安装速度快,还不用担心焊接缺陷对桥梁耐久性的影响(图2)。

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图2 大节段吊装
从历次大地震来看,钢桥的抗震效果较好,1995年的阪神大地震中,钢桥一个较为突出的破坏集中在钢桁梁压杆的屈曲破坏上。最新抗震理论利用这一特点,在设计钢桁梁时,故意让某些不很重要的杆件在强烈地震作用下首先屈曲,以保护主体结构。东京临海大桥便是第一个体现这一研究成果的杰作。
城市里的高架桥、匝道桥及桥墩等,出于抗震需要大多也都采用钢结构,且大多采用箱形连续梁结构。考虑到在城市或陆地上大吨位吊机施工不方便、成本高等原因,施工架设方案与跨海及海湾的大跨度桥梁相反,均划分为小节段吊装(一般划分成便于陆路运输的节段或块体),且节段间采用栓接连接。其桥位采用栓接也主要是出于加快架设速度、降低成本等原因,并最大限度地降低对市民日常生活的影响。

钢桥焊接技术精细完美

日本相关规范对钢梁杆件的焊缝有合理的要求,而不是一味提高焊接要求(要求深坡口焊接或焊缝熔透的很少)。
对于钢桁梁箱形杆件,要求盖板和腹板之间的棱角焊缝最小有效厚度不小于(t为水平板厚度,单位以mm计),在工程实际设计中往往选用+3~5;工形杆件一般采用角焊缝,焊肢大小根据腹板板厚确定,最大12mm。
对于钢箱梁桥,顶、底板两两对接及桥位环缝对接与我们一样,均采用熔透焊;U肋焊缝熔深要求大于0.75δ,但不能烧穿;板肋与顶、底板、横隔板与顶、底板均采用角焊缝,厚度8、10mm的板肋、横隔板角焊缝焊肢大小一般采用8mm,厚度12、16mm的角焊缝焊肢大小一般采用10mm。
对于钢塔柱,壁板之间的棱角焊缝要求与钢桁梁桥箱形杆件一样,中间大部分范围棱角焊缝有效厚度一般选用+3~5,端部600mm适当增大;腹板、纵肋与壁板连接焊缝,中间部位一般采用角焊缝,两端600mm范围内采用双面坡口角焊缝,焊缝熔深+5,外加1/5板厚角焊缝,最小6mm。

高度自动化和精细化管理

日本钢桥制造厂在钢箱梁板单元制造方面全面实现了机械化、自动化,大大减少了操作员工数量,提高了产品质量,降低了劳动强度及制造成本。
在钢桁梁制造方面,从1955年的西海桥(杆系拱桥)开始积累,到1974年的港大桥(钢桁梁桥),数字模拟试装开始普遍化,即对杆件进行精确测量及计算机试拼装,这样就大大减少厂内实物试拼装的工作量,并降低了制作成本。
钢桥制造的精细化有助于提高其耐久性,日本厂家在钢桥制造过程中,特别重视精细化管理,包括板单元的平整度或杆件孔群的孔型质量及毛刺清理、自由边缘的倒圆处理、焊缝端部的匀顺过渡及修磨处理、焊接间隙控制、成品保护等(图3)。
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3-1矫正后的板单元: Y$ M8 o- ]0 R& I" U: T9 V$ q/ p
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3-2板单元U肋端部细节处理
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3-3梁段涂装后的端部细节- f2 t, e/ N( O4 b: T. X
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3-4梁段间组装间隙均匀

3钢梁的精细化处理

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精彩评论倒序浏览

6632查看11评论

licp3 发表于 2015-7-20 15:17:56
这技术,比混凝土厉害多了
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civiler123 发表于 2015-7-20 17:57:16
制造质量确实不错
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xiong2602 发表于 2015-7-21 08:45:46
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jinzhulaod... 发表于 2015-7-22 12:38:05
小日本的桥梁设计、建造上确实很厉害,尤其是在桥梁的抗震上。谢谢lz分享!
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nkdjgxyzy 发表于 2015-7-23 11:25:19
细节上精益求精,值得学习
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wx9944223 发表于 2015-7-25 14:38:41
对我课题的研究很有帮助,非常感谢楼主的帖子
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liangdw 发表于 2015-12-4 11:46:29
感觉很震撼,感谢楼主分享!
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时节 发表于 2015-12-9 01:10:00
感觉很震撼,感谢楼主分享!
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xiong2602 发表于 2016-1-21 13:12:56
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长江一号... 发表于 2016-3-12 10:57:55
这个成孔效果太厉害了
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teenslove 发表于 2016-3-20 18:24:39
学习了,感觉喊震撼!
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