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表4 15MnVNq的优化效果〔6〕 化学成分 / % 力学性能 C 优化前 优化后 P 0.025 0.016 S 0.032 0.008 σs /mpa 460 440 δ5 /% 24 21 aKU /J 30 98 0.18 0.14 九江长江大桥所确定的焊接方法主要是埋弧焊。为了与优化的15MnVNq匹配，焊丝和焊剂也应进行优化，表5列出焊丝与焊剂的匹配结果。所谓焊丝优化，就是尽量降低焊丝中的S（≤0.01%）、P(≤0.015%)，适当减少C。这种优化的焊丝，在钢号尾部附以“E”。在孙口大桥、芜湖大桥建造时也作了焊丝优化工作：H08A→H08E；H10Mn2→H08Mn2E；H08MnA→H08MnE 。这些焊丝目前正在广泛应用于钢桥的制造中。
表5 优化的15MnVNq钢埋弧焊焊丝焊剂匹配结果〔6〕 焊丝 焊剂 σS /MPa 584 607 δ5 / % 26 21 AKV (-20℃) 104 59 H04MnMoE HJ 603(高碱度) HJ 350 显然，钢材的“优化”，实际就是提高钢的纯度。在今天的冶金技术看来已不是问题。兹再列举一些润扬长江大桥使用的Q345D钢几个具体批号的数据，如表6所示。比较表6和表4，显然，当时“优化”的结果远未达到当前所用钢种的性能水平。其实国外也经历过这种情形，在文献〔2〕（p.130）中写有：法国“在发展了连铸并同时采用电磁扰动，精炼除硫，促进了优质厚钢板的发展，无层状撕裂的缺陷。层状撕裂，只是一个过去的幽灵”。我国钢材的性能已达到相当高的水平，但似乎还有质量稳定性问题，尤其是低温韧度常有低值出现，还需进一步改善。
表6 Q345D的化学成分和力学性能（山海关桥梁厂2002年数据） 钢厂 板厚化学成分 / % 力学性能 /mm 舞阳 C P S Ceq * 0.40 0.40 0.39 0.39 σS /MPa 420 360 475 360 δ5 /% 28 31 26 31 AKV (-20℃) /J 279,278,252 259,255,266 196,162,125 265,263,266 30 65 12 20 0.13 0.006 0.002 0.16 0.006 0.002 0.14 0.014 0.006 0.15 0.015 0.001 鞍钢 武钢 *注：Ceq 为碳当量 在16Mn微合金化优化工作的基础上，于1994年修订完成〈低合金高强度钢〉国家标准GB1591-88，代之以GB/T1591-94。与此同时,武汉钢铁公司逐渐将14MnNbq钢定型，并于1994年开始在京九铁路京杭运河桥（L=64m,1孔）上使用多年。14MnNbq钢开发成功表明我国冶金技术已达到较高的水平，可以保证钢的高纯净度和性能要求。表7和表8是芜湖长江大桥14MnNbq钢板供货技术条件［WJX(ZB)36-1997］。在表7、和表8中同时列出GB/T1591-94 标准关于Q345E级钢的技术条件，以资对比。
表7 14MnNbq与Q345E钢的化学成分标准（质量分数，%） 钢种 C 0.11~0.17 ≤0.18 Mn 1.20~1.60 1.00~1.60 Si ≤0.50 ≤0.55 S ≤0.010 ≤0.025 P ≤0.020 ≤0.025 Nb 0.015~0.035 0.015~0.060 * 14MnNbq Q345E *注：钢中至少含有Nb、V（0.02~0..20%）、Ti（0.02~0.020%）中一种。
表8 14MnNbq与Q345E钢的力学性能标准(摘录)
钢种 交货状态 正火 板厚/mm σS / MPa σb / MPa δ5 /% 冷弯 180o AKV-40℃/ J 14MnNbq Q345E ≤16 37~60 ≤16 35~50 ≥370 ≥340 ≥345 ≥295 530~685 490~625 470~630 ≥20 ≥19 ≥22 d=2a d=3a d=2a d=3a ≥100 ≥120 ≥27 协议 可见，14MnNbq较Q345E对钢的成分的控制更严，对低温韧性的要求也更高，而实际供货的质量也确实达到了这个要求。不仅如此，从防脆断设计方面考虑，还研究完成了14MnNbq钢板脆性断裂抗力试验〔7〕，如宽板拉伸试验、四点弯曲试验、落锤试验等，取得钢板厚度与设计温度、焊缝韧性要求的关系式，为大桥防脆断设计提供了一定依据。 2.2 关于焊缝强韧性标准
在焊缝强韧性控制上的贡献是提出了一个新概念“韧强比”（toughness to strengh ratio）。这个新概念“韧强比”曾经1998年5月28日北京“14MnNbq钢材、焊接材料及焊接工艺”评审会讨论，并写入铁道部科技司文件‘科技工函〔1998〕109号’。
防脆断设计是焊接钢桥设计中应予考虑的重要内容之一，其中，规定缺口冲击韧性标准是一个颇为令人为难的问题。几乎每一座大型焊接钢桥都会讨论这个问题。另外，焊缝强度应不应该有上限？国内外一般只要求焊缝强度不低于母材强度即可，没有规定焊缝强度上限。但考虑到高强度钢的屈强比总是随强度提高而提高，因而对应力集中的敏感性也随之增大，所以，认为焊缝强度应该有上限。曾规定焊缝的“超强值”。例如规定：坡口焊缝屈服点超出母材屈服点的数值不得大于100Mpa。但不仅理论根据和试验根据不够充分，执行起来也常有矛盾。芜湖长江大桥曾为此在两年间展开了两次认真的讨论，在宜昌长江大桥、桃夭门大桥等大桥焊接工艺评审时也议论过韧性标准问题。
防脆断设计要考虑断裂准则。断裂准则是用来鉴定结构是否符合断裂特性要求的一个标准，总的来说，断裂准则与断裂特性或断裂状态（即弹性断裂、弹-塑性断裂 、塑性断裂 ）有关。对于大多数大型复杂结构（桥梁、船舶、压力容器等），一定水平的弹-塑性是合适的，这就是所谓“屈服准则”（Yield Criteria, YC）。对应于弹性断裂状态，是为“平面应变极限准则”（LC）。实际上，现有大部分规范多选择了屈服准则。
所谓 “韧强比”，是指冲击功AKV与屈服点σS之比，令RA 代表韧强比，即 满足屈服准则(YC)条件的韧强比要求值RA( Y) ，根据断裂力学 可表达为：
RA( Y) = 0.0016 δ+ 0.01
这样，韧强比直接与板厚δ大小联系起来。在图2中标示的一条斜线，是英国桥梁规范BS 5400所给冲击韧度计算公式的计算值，取安全系数倒数α=0.59，应力集中系数K=2 。显然，完全符合屈服准则。在图中还标有①、②两个点，分别是芜湖长江大桥和南京长江二桥关于焊接接头冲击韧度的设计要求。南京长江二桥，板厚δ=14mm，σS≥345Mpa，试验温度 T= - 20℃， AKV ≥27J；芜湖长江大桥，板厚δ=50mm，σS≥345Mpa，试验温度T= -30℃, AKV ≥48J 。如计算韧强比，南京二桥：RA(Y) =0.032，实际规定的RA =0.078；对于芜湖长江大桥： RA(Y) =0.09，RA =0.14（焊缝实际验收时提高到RA =0.15） 。可见，设计的规定大大超出屈服准则的要求，安全裕度很大。
R A = A KV / σS
图2 屈服准则的应用与“韧强比”
为了保证“韧强比”规定值的要求，在提高强度同时必须相应提高韧度值。但对焊缝而言，由于焊缝的实际韧度常随其强度提高而降低，如图3所示，要求提高焊缝强度同时又要提高韧度，是有颇大难度的；因而一般应采取适当限制焊缝强度上限的方法，即限制焊缝超强来保证韧强比的规定要求。焊缝强度上限决定于韧强比规定值。由图3可知，采用“韧强比”作为控制指标，概念明确而易于实施。
图3 焊缝韧度与焊缝强度σ
SW的关系(据宝鸡桥梁厂实验数据)
关于韧度AKV，只要根据设计确定的最大板厚δ求得韧强比和最低屈服点σS，即可确定韧度最低要求值。实际上，目前一些大桥的设计所确定的韧度要求值AKV都远高出计算的数值，例如南京二桥，按屈服准则AKV≥11J，实际规定AKV≥27J，偏于安全。
关于最低设计使用温度T，国内多采用桥址环境温度TS（50年间气象资料给出的最低温度）减去5℃,即T=TS-5℃。例如，长江下游最低气温可按-15℃算（南京芜湖附近历史上遭遇的最低气温为 -13.1℃），则知南京二桥、润扬长江大桥的最低设计温度T = -20℃. 2.3 焊接钢桥的制造技术
我国桥梁钢结构由早期的铁路桥的简单工型杆件、箱型杆件到当前悬索桥和斜拉桥的复杂的正交异性板（orthotropic bridge deck）之类结构，对焊接技术的要求提高很多，各钢桥制造单位为适应发展的需要，在不断地完善和革新制造技术，工艺装备和工艺水平在不断提高。发展到今天，已具有了制造高质量焊接钢桥的条件，完全能够保证钢梁有高的制造精度（例如表9，另参见〔4〕）和焊缝力学性能。
表9 钢箱梁制造精度实例（润扬长江大桥北汊桥） 检测项目 桥面板长度 桥面板半宽尺寸 梁高 设计尺寸 / mm 允许偏差 / mm 实测尺寸 / mm 9000 16928 3000 ±2 ±3 ±2 9000 16925，16925，16926，16925 3002 这首先是因为各制造厂十分重视并有能力在以下四个方面全面控制质量：
⑴ 技术准备----包括技术文件、施工图和制造工艺方案、工装准备、焊接工艺试验和工艺评审、焊工考核以及准备材料等。
⑵ 先期加工----组焊前的加工准备，包括材料复验、号料、预处理（喷丸除锈及喷漆）、切割下料、坡口加工、制孔、弯曲成型、矫正及零件制造等。
⑶ 组装焊接----包括部件组装、焊接及工序间检验、变形矫正及磨修等。 ⑷ 成品验收----包括箱梁整体组装和预拼装、清理、涂装、验收检查及发运等。 对于钢箱梁制造，各单位均采用精确下料工艺，可以做到无余量切割。大都装备有先进的数控火焰切割机（包括龙门式多嘴切割机）、数控等离子切割机以及数控等离子水下钻割机等。可以在切割下料同时加工出坡口，并可保证尺寸、精度。为钢管拱的制造配备有钢管相关线自动切割机。
工艺装备是钢桥制造的基本设备。目前承担大桥制造任务的单位，都能在最短时间里设计和制造出来合用的各种胎具，例如，U型肋（trough）机器样板翻转钻孔胎、U型肋与桥面板焊接用的反变性焊接胎、纵隔板组焊胎、板单元自定位组装胎以及最大的胎具—钢箱梁主拼装胎架等。主拼装胎架既是钢箱量的组装胎架，又是成桥的预拼装胎架。
钢箱梁的制造需分成“节段”(section) 在工厂制造，箱梁节段在工厂制造完成时，需进行预拼装，以检查尺寸和线形。然后再分解成独立节段，并按计划将节段运送至工地进行拼装成桥。节段大小和重量须适应运输的要求。例如，厦门海沧大桥为三跨连续钢箱梁悬索桥，箱梁总长1108m，梁宽36.6m，梁高3.0m，需分成94个“节段”进行制造，每一节段重达127.4t～206.6t，其中标准节段长12m、重157.5t 。所有节段拼装之后需保证成桥的线形要求，纵向要保证所有节段的锚板吊点中心均在规定半径尺寸的圆弧上，横向也要保证规定的拱度。图4 为钢箱梁节段在工地吊运和拼装的情况。
a b
图 4 钢箱梁工地吊装（厦门海沧大桥）〔8〕
a---吊运；b---拼接
早期制造钢箱梁时，没有专用胎具，采用国外早期使用过的“倒装法”。当前采用正装法“多节段连续匹配组装法”，焊接和预拼装同时完成。这当然需要很大的场地，并且要布置的非常合理。主拼装胎架纵向线形按桥梁的设计线形设置，横向预设上拱度。板单元组装定位须在无日照时进行。这种多节段连续匹配组装法的实施具有一定的创造性。但工艺装备方面尚有进一步提高和完善之处，以进一步提高效率和质量。当前，定位板（“马”）的使用尚不能完全避免，应尽可能减少。
焊接方法的应用与早期也有很大不同。已经不再仅仅是手工电弧焊定位、埋弧自动焊完成焊接任务的情况。在公路斜拉桥和悬索桥钢箱梁制造中，高效率焊接方法的应用受到重视，