橋梁在投入運(yùn)營后會(huì)承受頻繁的動(dòng)荷載，對于鋼結(jié)構(gòu)橋梁來說，相比鋼筋混凝土橋梁還具有一些特殊的性能要求。為此，對鋼橋梁的建造質(zhì)量提出了較高的標(biāo)準(zhǔn)要求，尤其是鋼橋梁的桿件或梁、塔段、塊體的幾何精度及焊接質(zhì)量等，而鋼橋梁的組裝允許偏差作為保證鋼橋梁構(gòu)件幾何精度和焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，必須給出科學(xué)合理的標(biāo)準(zhǔn)要求，才可能達(dá)到成品的允許偏差，從而，保證鋼橋梁的制造質(zhì)量及耐久性。
1 鋼橋梁制造規(guī)范中組裝尺寸允許偏差的現(xiàn)狀
目前，有關(guān)鋼橋梁制造方面的行業(yè)規(guī)范主要有q/cr 9211—2015《鐵路鋼橋制造規(guī)范》、jtg/t f50—2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》以及江蘇省、安徽省、浙江省等相關(guān)地方規(guī)范。由于鋼橋梁型式的多樣性、復(fù)雜性，這些規(guī)范很難全面、詳細(xì)地對各種鋼橋梁的制造、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)予以明確，故而對于一般的大型橋梁或特殊橋梁，都要根據(jù)相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求等編制針對具體項(xiàng)目的制造驗(yàn)收規(guī)范或規(guī)則。然而，這些行業(yè)或地方規(guī)范或項(xiàng)目的制造規(guī)則所制定的組裝尺寸允許偏差往往不夠科學(xué)、合理，難以滿足或匹配最終的成品基本尺寸允許偏差要求，因此，也就失去了指導(dǎo)生產(chǎn)的作用，而對于非專業(yè)制造廠家，可能還會(huì)起到誤導(dǎo)作用。
2 鋼橋梁組裝尺寸允許偏差的確定依據(jù)及相關(guān)事例
鋼橋梁構(gòu)件組裝允許偏差的確定應(yīng)以構(gòu)件基本尺寸允許偏差即成品允許偏差為依據(jù)，并結(jié)合構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、制造工藝、焊接要求等確定，具體應(yīng)隨構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式、板厚、焊接要求如角焊縫、坡口角焊縫或熔透角焊縫的不同而不同，不宜給成固定值，否則，很難達(dá)到最終的構(gòu)件基本尺寸允許偏差要求，甚至還會(huì)影響構(gòu)件的焊接質(zhì)量?，F(xiàn)以鋼桁梁橋、橋梁鋼塔、鋼箱梁橋的部分構(gòu)件組裝尺寸允許偏差為例加以說明。
2.1、鋼桁梁橋主桁桿件的高度組裝允許偏差要求
對于鋼桁梁橋的主桁桿件，不管是箱形桿件還是工形桿件，其斷面高度尺寸允許偏差較為重要，是確保橋位順利安裝及安裝質(zhì)量的關(guān)鍵，q/cr 9211—2015要求的基本尺寸允許偏差為：插入式為-2.0～-0.5 mm，對拼式為±1.0 mm。針對該基本尺寸允許偏差要求，該規(guī)范中對組裝允許偏差給出了一個(gè)較為合理的值(表1)，同時(shí)，還考慮了不同板厚、不同焊接量的影響等，增加了表1中注①：可根據(jù)坡口深度、焊腳尺寸及工藝方法調(diào)整。這是比較合理、全面的。
2.2、橋梁鋼塔節(jié)段的組裝允許偏差要求
因鋼塔節(jié)段的結(jié)構(gòu)一般較為復(fù)雜、焊縫密集、制作過程中需要翻身焊接等原因，通常采用短線法制作，即嚴(yán)格控制每個(gè)節(jié)段的基本允許偏差，斷面寬度、高度允許偏差≤2.0 mm、扭曲≤3.0 mm，待鋼塔節(jié)段制作完成后再進(jìn)行兩兩節(jié)段的立式預(yù)拼或水平預(yù)拼，鋼塔預(yù)拼時(shí)相鄰節(jié)段的錯(cuò)臺(tái)≤2.0 mm等。
為了保證鋼塔節(jié)段的基本允許偏差要求，除了制定合理的組裝方案外(圖1為某橋鋼塔節(jié)段的結(jié)構(gòu)及組裝方案)，還必須根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、板厚、焊縫設(shè)計(jì)等制定合理的組裝允許偏差要求，如圖2中的鋼塔節(jié)段，經(jīng)分析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及焊接收縮等因素，制定了斷面寬度6.8 m方向(圖2中水平方向)組裝允許偏差+3.0～+4.0 mm、斷面高度5 m方向(圖2中豎直方向)組裝允許偏差+2.0～+3.0 mm、對角線差≤2 mm。實(shí)踐證明，該方案是較為合適的，鋼塔節(jié)段焊接完成后不用修整就可達(dá)到基本尺寸允許偏差的要求。當(dāng)然，組裝時(shí)還采取了必要的焊接變形控制措施等。然而，一般鋼塔項(xiàng)目的制造與驗(yàn)收規(guī)范中，鋼塔節(jié)段組裝允許偏差采用與成品的基本尺寸允許偏差(節(jié)段斷面高、寬±2 mm，對角線差≤3 mm，扭曲≤3 mm)一致的做法顯然是極為不妥的，因?yàn)?，作為全焊結(jié)構(gòu)的焊接收縮必須考慮，如：曾經(jīng)在實(shí)測的幾個(gè)鋼塔節(jié)段后發(fā)現(xiàn)，鋼塔節(jié)段焊完后，6.8 m方向平均收縮3.5 mm，如果組裝時(shí)按0 mm控制，則焊后-3.5 mm，不能滿足±2 mm的標(biāo)準(zhǔn)要求；5 m方向平均收縮2.5 mm，顯然，組裝也不能按與成品的基本尺寸允許偏差±2 mm來控制。所以，有些規(guī)范中鋼塔節(jié)段斷面的高度、寬度允許偏差盡管按±2 mm要求，但加了一個(gè)“注：該項(xiàng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及焊接收縮情況確定，具體由工藝給出”。這樣就比較合理。
2.3、鋼箱梁節(jié)段有關(guān)組裝尺寸允許偏差問題
jtg/t f50—2011對鋼箱梁節(jié)段基本尺寸允許偏差的幾個(gè)要求：1)當(dāng)梁高h(yuǎn)≤2 m時(shí)，允許偏差為±2 mm；當(dāng)h>2 m時(shí)，允許偏差為±4 mm；2)腹板中心距允許偏差為±3 mm；對角線差允許偏差為≤4 mm。而在同一本規(guī)范中，梁高的組裝尺寸允許偏差要求與其基本允許偏差一樣，給出的箱形梁寬度組裝尺寸允許偏差為±2 mm，對角線差≤3 mm。可以看出，該規(guī)范制定的鋼箱梁組裝允許偏差沒有考慮鋼箱梁焊接量大小及焊接收縮等因素的影響，這肯定是不合理的。而且，該規(guī)范對于大型鋼箱梁節(jié)段基本允許偏差的項(xiàng)點(diǎn)規(guī)定不詳，新版jtg/t 3650—2020《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》更沒有具體的要求，而江蘇、安徽等省份制定有相關(guān)的地方規(guī)范。
在一般情況下，每個(gè)大型或特殊橋梁項(xiàng)目開始前，參照相關(guān)行業(yè)規(guī)范、省部級(jí)規(guī)范或以前類似項(xiàng)目的制造驗(yàn)收規(guī)則，制造單位要編制一個(gè)針對具體鋼箱梁橋項(xiàng)目的制造驗(yàn)收規(guī)則，經(jīng)過專家評(píng)審后用于該項(xiàng)目鋼箱梁的制造及成品驗(yàn)收。但這些行業(yè)規(guī)范、省部級(jí)規(guī)范和為項(xiàng)目制定的制造驗(yàn)收規(guī)則有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是沒有把最終的梁段基本尺寸允許偏差和組裝尺寸允許偏差區(qū)別開來，更沒有考慮鋼箱梁制造工藝的特殊性。如：db 34/t 2225—2014《公路橋梁鋼箱加勁梁制造安裝技術(shù)規(guī)程》，鋼箱梁制造基本尺寸允許偏差的梁高、梁寬、端口尺寸相關(guān)要求見表2，而對應(yīng)的梁段組裝相關(guān)尺寸允許偏差見表3?？梢钥闯觯瑑烧咧g的允許偏差基本一致，沒有考慮焊接收縮的影響等因素，自然是不合理的，而且，對于比較關(guān)鍵的吊點(diǎn)的橫向位置或梁段中心距允許偏差沒有給出要求。
表2 大型鋼箱梁基本尺寸允許偏差
另外，db 32/t 947—2006《公路橋鋼箱梁制造規(guī)范》規(guī)定的鋼箱梁段制造尺寸允許偏差：梁高±2 mm；梁寬(半寬)：2車道±5 mm(±2.5 mm)，4車道±6 mm(±3 mm)，6車道±8 mm(±4 mm)，端口對角線差≤6 mm。而對梁段組裝允許偏差要求：梁高±2 mm，梁寬(用梁段上的兩吊點(diǎn)橫向中心距代替)：2車道、4車道、6車道分別為±5，±6，±8 mm，端口對角線差≤4 mm。這里，控制梁段上吊點(diǎn)的橫向間距允許偏差是有意義的，所給的允許偏差也是合理的，但這應(yīng)該是成品的基本尺寸允許偏差要求。而不應(yīng)該是組裝允許偏差要求。因?yàn)椋艚M裝時(shí)滿足該公差要求，當(dāng)鋼箱梁組焊完成并解馬(鋼箱梁與總拼胎架解除約束)后，因剛性約束解除、應(yīng)力釋放會(huì)使梁段的幾何尺寸發(fā)生變化，此時(shí)很難達(dá)到梁段的基本尺寸允許偏差要求。而且，對梁段頂、底板或輪廓尺寸寬度的尺寸允許偏差分別要求為±5 mm(2車道)、±6 mm(4車道)、±8 mm(6車道)的意義也不大。
3 制定鋼梁構(gòu)件組裝尺寸允許偏差應(yīng)注意的問題
3.1、對部分鋼梁構(gòu)件組裝允許偏差的剖析
鋼橋梁制造驗(yàn)收規(guī)范或規(guī)則是鋼梁制造過程中必須嚴(yán)格遵守的重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，只有科學(xué)合理的標(biāo)準(zhǔn)要求才能起到指導(dǎo)生產(chǎn)的作用，而鋼梁構(gòu)件的組裝允許偏差是保證成品尺寸精度的關(guān)鍵，必須認(rèn)真對待。從鋼桁梁橋桿件高度組裝允許偏差的確定可以看出(2.1節(jié))，鋼桁梁橋的工形、箱形桿件，由于組成零件少、結(jié)構(gòu)相對簡單，規(guī)范容易給出較為合理、與基本尺寸允許偏差相匹配的組裝允許偏差要求；而對于斷面尺寸較大、組成零件多且對幾何精度要求較高的鋼塔節(jié)段，必須結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、組裝方案、焊接變形等綜合因素來確定其組裝允許偏差(2.2節(jié))；對于大型鋼箱梁節(jié)段來說，制造工序多、影響因素多，梁段的幾何精度受組裝工藝、焊接變形等多種因素的影響，所以，把梁段組裝尺寸允許偏差和成品尺寸允許偏差定成一致或接近是不合理的、也是不科學(xué)的(2.3節(jié))。因此，必須結(jié)合具體鋼橋梁構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、焊縫設(shè)計(jì)、制造工藝等因素確定其組裝允許偏差。
3.2、如何確定復(fù)雜鋼梁構(gòu)件的組裝允許偏差
要制定合理的鋼梁構(gòu)件組裝尺寸允許偏差，不但要清楚其成品基本尺寸允許偏差要求，更要了解其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、制造工藝等。實(shí)際上，對于大型鋼箱梁節(jié)段，從制造流程上來說，根本不存在整體的組裝允許偏差要求，因?yàn)殇撓淞汗?jié)段是邊組裝邊焊接的工藝，如：首先，底板從中間向兩邊、兩邊向中間依次組裝、焊接(最后組焊合龍底板)，再將橫隔板從一端向另一端組裝、焊接，之后，頂板從中間向兩邊、兩邊向中間組裝、焊接，最后，組焊合龍頂板單元等。也就是說，鋼箱梁節(jié)段并不是整體組裝完成后再焊接的，而是邊組裝邊焊接，所以，制造規(guī)范給的鋼箱梁節(jié)段組裝尺寸允許偏差，在生產(chǎn)中是無法操作的，因?yàn)榻M裝完成意味著焊接完成，檢測的幾何尺寸為解馬前的尺寸。而鋼箱梁在解馬后，會(huì)因?yàn)楹附觾?nèi)應(yīng)力使梁段寬度兩側(cè)發(fā)生反彈等，從而使得解馬前后的尺寸發(fā)生變化，即解馬前的尺寸與梁段成品尺寸允許偏差也是不同的。
因此，對于較復(fù)雜的鋼梁構(gòu)件，保證構(gòu)件成品尺寸允許偏差的關(guān)鍵應(yīng)該是深厚的造橋理念、科學(xué)合理的工藝方案、工藝設(shè)計(jì)及工藝留量等，組裝尺寸允許偏差應(yīng)在制造工藝中考慮。在制造驗(yàn)收規(guī)范或規(guī)則中，對鋼梁構(gòu)件組裝工序規(guī)定一些基本要求是必要的，如：板單元的對接錯(cuò)邊、對接或組裝間隙等要求，但對于梁段整體的幾何精度等要求，在規(guī)范中很難給出合理的標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)該由制造廠在工藝中體現(xiàn)，其目標(biāo)就是確保達(dá)到制造驗(yàn)收規(guī)范或規(guī)則中的成品基本尺寸允許偏差要求。
3.3、制定的鋼梁構(gòu)件基本尺寸允許偏差應(yīng)該科學(xué)合理
鋼梁構(gòu)件的基本尺寸允許偏差是基于結(jié)構(gòu)安全、安裝順利而定的，過嚴(yán)的規(guī)范要求會(huì)大大增加制造成本且無益于結(jié)構(gòu)安全及橋位安裝，如：對于30～50 m寬度的鋼箱梁來說，一味地要求寬度尺寸允許偏差達(dá)到±6 mm(4車道)、±8 mm(6車道)是沒有意義的，因?yàn)?，對于由多個(gè)板單元組成并經(jīng)過多次組裝、焊接工序才能完成的鋼箱梁節(jié)段來說，達(dá)到較高的公差要求難度較大，也沒有必要。所以，國外發(fā)達(dá)國家的相關(guān)規(guī)范規(guī)定，鋼箱梁節(jié)段的寬度允許偏差為±(4+b/2)mm(b為鋼箱梁寬度，m)，如：b=40 m，則寬度允許偏差為±24 mm。可以看出，這個(gè)寬度尺寸允許偏差比國內(nèi)規(guī)范要寬松得多。當(dāng)然，對于比較關(guān)鍵的指標(biāo)，從嚴(yán)要求是合理的，如：鋼箱梁節(jié)段上吊點(diǎn)位置精度、相鄰鋼箱梁節(jié)段的錯(cuò)臺(tái)、隔板與頂板組裝間隙等要求，不過，按同一工藝且采用預(yù)拼裝匹配制作的梁段，相鄰梁段的錯(cuò)臺(tái)達(dá)到≤2 mm的要求是容易達(dá)到的。即應(yīng)該結(jié)合鋼梁構(gòu)件具體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、各項(xiàng)點(diǎn)的重要程度等制定科學(xué)合理的基本允許偏差要求。
4 結(jié) 論
科學(xué)合理的鋼梁構(gòu)件基本尺寸允許偏差要求，不僅有利于確保結(jié)構(gòu)安全、方便制造及橋位安裝，更有利于節(jié)省制造成本。而組裝允許偏差與制造工藝密切相關(guān)，尤其對于較復(fù)雜的鋼梁構(gòu)件，應(yīng)該由制造廠依據(jù)鋼梁構(gòu)件的基本允許偏差要求，結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、焊接收縮等因素在工藝上給出，規(guī)范上只需對組裝工序的一些基本要求予以規(guī)定。