钢桥的连接方式及作用

钢桥是先由钢板及型钢连接成杆件，再由杆件连接成整体的桥跨结构。按照连接方法的不同，钢桥可分为焊接、铆接和螺栓连接（主要是高强螺栓连接）三种类型。

钢桥的连接按其作用不同，可分为受力性连接和缀连性连接。受力性连接是将桥跨结构的内力通过连接由结构的一部分传递到另一部分的连接，例如桁梁桥的节点连接及分段组合杆件在拼接处的连接等。缀连性连接则是保证所连各部分形成一个整体而共同工作，例如轴向受力组合杆件各部之间的连接。

连接部分是钢桥构造的一个重要部分。连接性能的好坏直接影响整个桥跨结构的承载力，假如连接的承载力小于杆件的承载力，则杆件的承载力就不能充分发挥；一处连接丧失承载力，则将影响整个桥跨结构的正常运营。根据钢桥养护的经验，对连接的加固往往比构件的加固还要困难，而连接又是钢桥结构中的一个薄弱环节，所以相关规范规定了主要杆件连接的容许承载力应不小于杆件的容许承载力。

1. 焊 接

钢梁的制造一般都是先在工厂将各个部件组合成杆件，然后将杆件运到工地拼装成整孔桥跨结构。全部用铆钉连接的梁称为铆接梁；全部用电焊连接，而杆件拼装成整孔桥跨时用铆钉连接，这种既有焊接又有铆接的钢梁称为铆焊梁；制造杆件用焊接，将杆件拼装成整孔桥跨并用高强螺栓连接的梁，则称为栓焊梁。

焊接是钢结构中常用的一种连接方法。焊接与铆（栓）接比较，由于焊接不削弱杆件的截面（不钻钉孔），又可省去拼接板，因此可使结构重量减轻，节省钢材。此外，采用焊接制造可使工艺简化，并易采用自动操作，因此焊接是种比较经济的连接。焊接的缺点是：对于承受动荷载的钢桥，其对钢材质量也要求较高，还需采取措施来减小焊接过程产生的焊接残余应力和焊接变形；手工焊缝的质量与焊工的施焊技术有很大关系，质量不易保证；有些部位的焊缝还不能完全采用自动焊，并且焊接质量的精确检查方法也较为费事。

2. 铆 接

铆钉分热铆与冷铆两种，铁路钢桥现在一般用热铆。热铆就是将一端用铆钉头的铆钉加热到1 050～1 150 °C，喂进钉孔，用铆钉枪趁热将钉杆镦粗，填满钉孔，并将另一端打成顶头的工艺。铆合终了的温度须在500 °C 以下。铆钉在冷缩过程中，由于在长度方向的收缩受到钢板的阻止，所以铆钉对板束产生一种夹紧的作用力，这种力称之为钳力。而铆钉传力的大小与板束厚度及铆合终止的实时温度有关，一般在1 500～2 200 MPa。让铆钉具有较大的钳力，对于铆接传力是有利的。

铆钉连接的常用类型有三种：搭接，两构件位于不同平面内，彼此直接交搭并铆合起来；单面拼接板对接，被拼接的两构件位于同一平面内，用一块拼接板和铆钉把两者连接起来；双面拼接板对接，即单面拼接板对接，再加一块拼接板对称铆合起来。

上述三种连接类型中，搭接和单面拼接板对接的内力传递都有偏心，因此连接处会发生挠曲和扭转，从而引起附加应力，同时铆钉都受单剪，因此其承载能力较低，需要的钉数较多。双面拼接板对接是较好的连接形式，它受力对称，不会发生挠曲或转动，且铆钉受双剪，承载能力较高。铆钉的排列一般采用并列和错列两种形式，并列比较简单，错列可以减少钢板截面的削弱。

铆钉连接的最大优点首先是其具有较为良好的弹塑柔韧性。这个弹塑柔韧性保证了各个铆钉间或被铆合的构件间应力的重新分配，使未受足荷载的铆钉和部件分担了那些受到超应力的铆钉或部件的超载，从而使一个连接处的各个铆钉承受的应力大体相等。其次，铆钉的弹塑柔韧性保证了桥梁在运营中的安全，铆接在破坏前产生的位移和变形，容易被检查发现和设法防止。对于大跨度钢桥，当厚钢板的技术条件不能满足焊接要求时采用铆接则可以安全、方便地利用板束来代替板厚。由于铆接桥梁使用已有100 多年，积累的经验较多，因此在大跨度钢桥中还有应用。铆接的主要缺点是用钢量较多，工艺较为复杂。

3. 螺栓连接(www.xing528.com)

普通螺栓分为粗制螺栓和精制螺栓。为了安装方便，粗制螺栓直径要比栓孔小2～4 mm，而精制螺栓直径只比栓孔小0.3～0.5 mm，安装时也费力得多，但其承载力较粗制螺栓大。螺栓装好后，当受力稍大时就要发生滑动，直到螺栓与孔壁顶紧。螺帽不可能拧得很紧，在行车振动作用下，螺栓容易发生松动，因此，永久性铁路钢桥不宜采用普通螺栓（特别是粗制螺栓）作连接。普通螺栓的计算方法与铆接相似，但不同的是铆接计算所用铆钉直径按钉孔计算，而普通螺栓则按栓杆直径计算。

高强度螺栓连接（图6.1.1）是钢结构的一种较为先进的连接方法，在铁路钢桥制造中已被广泛采用。我国钢桥上常用的是40B（40 硼）高强度螺栓（抗拉强度≥1 150 MPa），常用直径型号有M24、M22 两种规格。高强度螺栓的形状与普通螺栓基本相似，但作用是不同的。普通螺栓虽也拧紧，但栓杆的预拉力很小，受力后板束容易滑动，因此它全靠螺栓杆与栓孔壁之间的挤压和螺栓杆的受剪来传递杆件内力；而高强度螺栓则是通过拧紧螺帽使栓杆产生很大的预拉力，从而使板束间产生很大的摩擦力，高强度螺栓连接就是依靠摩擦力来传力的，这就是高强度螺栓的工作特点。

普通螺栓连接在金属结构中出现得最早，它的优点是装拆简便、设备简单、操作方便、长度不受限制，但不能将栓孔填实、易松动且承载力低，故目前在钢桥中仅用于工地的临时性结构及钢梁拼装。

图6.1.1　高强螺栓示意图

1—高强度螺栓；2—高强度螺母；3—高强度垫圈；4—拼接板；5—杆件

与铆接相比较，高强度螺栓连接具有以下优点：

① 比较省钢。一个直径为22 mm 的40 硼钢高强度螺栓（单面摩擦）承载能力为530 kN，而一个直径23 mm 的普通铆钉单剪强度为410 kN，所以高强度螺栓的承载能力比铆钉大30%，在受力相同的情况下高强度螺栓的数量将少于铆钉数量。由于螺栓数量少，节点板、拼接板的尺寸就可减小，杆件截面的削弱也小，这样就节省了钢料。如工厂采用焊接，工地采用高强度螺栓连接，可节省钢材10%。

② 改善了结构受力情况。铆钉连接是靠铆钉受剪或承压传力的，钉孔处会产生较高的应力集中。采用高强度螺栓连接的钢结构，其内力是靠钢板表面的摩擦力传递的，应力集中现象将得到改善，提高了杆件的容许疲劳强度。

③ 施工速度较快。进行铆接钢桥施工需要有一定工艺水平的铆工才能完成铆合。而在栓接钢桥中，由于高强度螺栓施工简便，拼装时可用高强度螺栓直接代替拼装螺栓，因此施工速度快，施工质量容易保证。对于不熟悉高强度螺栓的工人，只要经过短期训练就可以担负起安装高强度螺栓的工作。

④ 施工劳动强度较轻，改善了劳动条件，而且养护也较简便。

由于高强度螺栓的承载力是以抗滑强度来表示的，所以在施工中必须严格遵守两个原则：一是被连接的钢板面必须严格按规定进行处理，确保质量，以取得可靠的较大的摩擦系数；二是在拧紧高强螺栓时，必须严格执行操作规程，使螺栓达到设计的预拉应力值，严防超拧、欠拧和漏拧。