剪力钉（栓钉、焊钉）在桥梁建设中的重要作用与材质使用验收的注意事项

一、剪力钉在桥梁建设中的重要作用

剪力钉作为钢-混凝土组合结构的关键连接件，在桥梁工程中承担着传递剪力、确保结构协同受力的核心作用，具体体现在以下几个方面：

1. 增强结构整体性
   通过将钢梁与混凝土桥面板有效结合，剪力钉显著提升桥梁的整体刚度和稳定性。例如，武汉鹦鹉洲长江大桥采用直径22 mm的ML15钢剪力钉，其布置间距和承载力设计确保了主梁在复杂荷载下的安全性能。

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3. 优化材料性能
   钢-混凝土组合结构兼具钢材的高抗拉性和混凝土的抗压性。剪力钉的存在使两者协同工作，减少结构自重，增加使用空间，并提高抗震性和耐久性。狮子洋大桥工程中，70万根圆柱头焊钉的应用大幅提升了索塔钢壳的承载效率。

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5. 提升施工效率
   智能化焊接技术的应用（如机器人螺柱焊接生产线）显著提高了焊接速度和质量稳定性。试验研究表明，机器人焊接在批量生产中效率可达每个焊钉16-20秒，且焊缝外观和力学性能均满足规范要求。

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7. 保障长期安全
   剪力钉的合理布置与焊接质量直接影响桥梁的疲劳寿命和抗剪性能。例如，日本规范要求剪力钉间距不超过混凝土板厚的3倍，且最小间距需满足构造要求，以防止局部应力集中。

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二、材质选择与验收注意事项

剪力钉的材质和验收是确保其性能的核心环节，需严格遵循以下规范与流程：

（一）材质选择标准

1. 材料性能要求

   表1 焊钉尺寸公差示例（单位：mm）

   公称直径	直径允许范围	头部直径（dk）允许范围
   13	12.57-13	21.58-22.42
   22	21.48-22	34.5-35.5

• 常用材质包括ML15、ML15Al等，其机械性能需符合国家标准（如GB/T 10433）。例如，ML15Al焊钉的屈服强度需≥320 MPa，抗拉强度≥400 MPa，延伸率≥14%。

• 国际标准如ISO 13918、JIS B1198对焊钉尺寸（直径、长度）及公差范围有明确规定（见表1）。

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2. 化学成分与复验

• 材质需提供质保书，化学成分（如C、Si、Mn含量）应符合GB/T 1591-2018要求。例如，Q355MD钢板的碳当量（CEV）需≤0.39%，以确保焊接性能。

• 重要工程中，焊钉及母材需抽样复验，复验项目包括拉伸、弯曲及冲击试验。

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（二）焊接工艺与验收要点

1. 焊接工艺评定

• 焊接前需进行工艺评定试验，确定电流、时间、提升高度等参数。例如，直径22 mm焊钉的推荐参数为：电流2000-2200 A，时间1.0-1.2 s，提升高度3-5 mm。

• 穿透焊与非穿透焊需区分伸出长度（如Φ22焊钉非穿透焊伸出长度6 mm，穿透焊7-9 mm）。

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2. 焊后质量检验

   图1 弯曲试验合格示例（J2工况试件）
   

• 弯曲试验：锤击弯曲30°后，焊缝及热影响区不得出现裂纹（图1）。

• 拉伸试验：断裂位置应在焊钉杆部，拉力荷载需≥标准值（如Φ22焊钉≥159.6 kN）。

• 外观检查：焊缝需360°连续焊脚，高度＞1 mm，宽度＞0.5 mm，无气孔、夹渣或咬边（咬肉深度＜0.5 mm）。

• 力学性能试验：

3. 智能化焊接质量控制

• 采用机器人焊接时，需定期校准设备定位精度，并监控熔敷量（如Φ22焊钉熔化量4-6 mm）。

• 焊接环境需控制温湿度（推荐温度20-25℃，湿度≤60%），避免焊缝氧化。

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（三）施工与验收规范

1. 布置原则

• 间距要求：纵向间距≥5d（d为焊钉直径），横向间距≥4d，且最大间距不超过混凝土板厚的3倍（如日本规范）。

• 边缘距离：焊钉距钢梁翼缘边缘≥25 mm，防止局部应力集中。

2. 文件审查

• 检查焊钉质保书、复验报告及焊接工艺评定记录。

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• 瓷环需烘干处理，并核查烘焙记录。

三、工程应用与展望

狮子洋大桥和武汉鹦鹉洲长江大桥的实践表明，剪力钉的合理设计与严格验收是保障桥梁安全的关键。随着智能化焊接技术的发展，机器人焊接在效率和质量稳定性上的优势日益凸显。未来，结合人工智能实时监控焊接参数，将进一步推动剪力钉焊接工艺的标准化与精细化。

参考文献

1. GB/T 10433-2002《电弧螺柱焊用圆柱头焊钉》

2. JTG/T 3651-2022《公路钢结构桥梁制造和安装施工规范》

3. ISO 13918《焊接材料-电弧螺柱焊用焊钉及瓷环》

4. 王帆. 钢—混凝土组合梁中剪力钉的布置原则及单钉承载力的确定[J]. 铁道建筑, 2013.

（完）