桥梁钢结构焊材成本定额模块与工程应用研究

摘要：针对桥梁钢结构焊材成本中存在的经验依赖性强、精度不足等问题，本文结合桥梁钢结构的结构形式、焊接工艺特性等，通过建立焊材成本数学计算框架，构建多因素、多层次、多结构的焊材成本定额模块，提高桥梁钢结构项目成本的控制效率和准确性。

关键词：桥梁钢结构；焊材成本；定额模块

1 引言

现有焊材成本定额方法多采用经验系数法或部分计算法，其在成本控制应用中的准确性和适应性不足，无法满足桥梁钢结构项目多批次、多类型、多结构的精细化分工。本文通过分析桥梁钢结构常用焊接方法、焊接工艺，焊材损耗等，以焊缝形式分类、单元件分类、结构分类分层次计算焊材成本基础定额，辅助数据分析、统计及计算工具，以形成焊材成本定额动态化计算的方法。

2 焊接材料消耗的理论基础

2.1 焊接材料消耗构成

根据熔化焊的特性，焊接材料在火焰、电弧、激光等热源作用下熔化形成焊缝熔敷金属。因此可以通过计算焊缝熔敷金属重量的方法，测算焊接材料消耗，但在实际焊接过程中受焊接工艺、焊接材料、烧损氧化、残留损耗等，焊材实际消耗重量大于焊缝熔敷金属重量，即损耗系数，也可用熔敷率定义。

2.2 关键影响因素

根据焊接材料消耗的计算方法，影响因素主要包括焊缝截面积、焊缝长度、材料密度及焊接材料的损耗系数。焊缝截面积主要取决于焊缝形式和接头形式；焊缝长度均设为1米，作为定额定量的基础；材料密度相当或接近母材密度；损耗系数受焊接方法、焊接材料特性、焊接工艺参数等因素影响。

3 定额模块的建设

3.1 焊缝截面积

在桥梁钢结构中，焊缝截面积主要受母材板厚、焊缝形式、接头形式、坡口大小、间隙、焊接工艺等因素的影响。本文根据组成焊缝截面积的形状，分类计算主要焊缝形式的焊缝截面积，并说明其适用范围。

3.1.1 无坡口角焊缝

无坡口角焊缝是指在两个构件形成的角接接头中，无需对母材边缘进行坡口加工直接施焊的角焊缝，一般根据母材厚度和载荷确定有效厚度或焊脚尺寸，桥梁钢结构行业中常用焊脚尺寸。

3.1.2对接焊缝

对接焊缝是桥梁钢结构焊接工艺中常见的一种焊缝形式，主要用于连接两个位于同一平面的构件，使其形成连续结构的焊缝形式。按照坡口设计可分为I形坡口、V形坡口、X形坡口、U形坡口等。桥梁钢结构焊接工艺中常用V形坡口和X形坡口，另在V形坡口的情况下存在贴衬垫的单面焊双面成型工艺和不贴衬垫的反面气刨工艺。本文以V形坡口贴衬垫的工艺、X形双面坡口反面气刨清根两种工艺为基础计算对接焊缝截面积，其他形式可参考计算。

3.1.3 全熔透角焊缝

全熔透角焊缝是角焊缝的一种形式，要求焊缝金属完全熔透接头根部并填充整个坡口，且在坡口外形成一定高度的加强焊缝。常用的坡口形式为单边V形坡口、双面K形坡口，在施焊空间受限的情况下，也存在使用贴衬垫的单面焊双面

成型工艺。本文以双面K形坡口工艺为基础计算对接焊缝截面积，其他形式可参考计算。

3.1.4 部分熔透角焊缝

部分熔透角焊缝也是角焊缝的一种形式，其熔透深度小于接头厚度，仅要求焊缝金属部分熔入母材，形成一定深度的有效熔合区，适用于承受较低载荷或对强度要求不高的焊缝，也是桥梁钢结构焊接工艺中常见的焊缝形式。本文以双面K形坡口工艺为基础计算部分熔透角焊缝截面积，其他形式可参考计算。

3.1.5 非直角角接接头焊缝

桥梁钢结构中因结构的不同，存在部分非直角的角接接头，如桥面板板单元U肋焊缝、钢箱梁斜腹板与顶底板焊缝、多边形梁拱等。其焊缝截面单边或双边呈不规则三角形，截面积可使用海伦公式计算。

3.2 损耗系数

损耗系数的确定是焊材损耗计算的关键，其数值受焊接工艺、操作水平、材料特性、环境条件等多因素影响。确定损耗系数的方法主要有理论计算法（分项累加）、实验测量法、经验取值法等，在实际应用中通常采用理论计算法计算，对比实验测量法、经验取值法修正损耗系数。

3.2.1 理论计算法（分项累计）

将损耗拆分为独立分项，分解计算后累加：

3.2.2 实验测量法

通过实际焊接实验，称量焊接前后焊材质量差，得到实际消耗量G实际，并计算焊缝熔敷金属重量G理论，得到实际损耗系数。

3.2.3 经验取值法

参考行业标准或手册推荐损耗系数，实际应用中需要考虑焊丝种类变化、保护气体种类变化、数字化弧焊电源等因素对实际损耗率的影响。对于埋弧焊焊接，其损耗系数要计算焊剂使用量、人工回收率及机械回收率等因素，一般典型焊接方法损耗系数示例：

3.3 定额模块的搭建

基于焊缝熔敷金属重量的计算，焊接材料损耗系数的论证，可以准确计算单位长度下，焊接材料的消耗量。根据桥梁钢结构典型结构形式、焊接工艺、焊接方法等多维度，多模块化设计，搭建出焊缝级、单元件级、总拼级甚至项目级的动态定额模块。表7以无坡口角焊缝为例进行模块搭建，对接焊缝、全熔透角焊缝等可根据具体焊接工艺、焊接方法、坡口形式、施焊空间、甚至组合焊接工艺等进行参考搭建。

示例：假定单侧焊缝长度1m，焊脚尺寸8mm，使用CO2药芯焊丝焊接，焊丝单价8元/kg，取焊丝损耗系数为1.1，焊丝消耗量为：0.28kg/m。焊材成本为：2.24元/m。在已知某构件焊缝延长米及构件重量的情况下，可计算该构件焊材成本的每吨单价，作为该构件制造单价的重要组成部分。

4 工程验证与应用

4.1 案例验证与应用

某跨江大桥钢桁梁项目，其U肋桥面板，U肋焊缝采用内外焊埋弧焊焊接，U肋封板及板肋焊缝采用CO2气体保护焊药芯焊丝焊接，通过统计焊缝长度，调用对应定额模块及定位焊补偿模块，经对比分析定额模块与传统经验法准确性如下：

通过实际工程应用表明：焊材定额成本模块法准确性相较传统经验法得到了极大提高，且经测算过程对比工作效率提升了近60%，同时焊材定额模块法也为桥梁钢结构制造建立标准化定额管理体系提供了理论支撑。

5 结束语

桥梁钢结构焊材成本定额模块的研究不仅是提升工程经济性的重要手段，也为制造成本建立标准化定额管理体系提供了理论支撑。本文通过构建基于动态因素的定额模块，结合工程实践验证，显著提高了定额计算的精度和适用性，有助于降低生产成本，但仍需在实际工程中不断验证和完善。未来，随着焊接技术的发展，基于BIM技术的工程量统计以及人工智能技术的不断进步，实现焊接成本与焊接过程的实时监控和动态优化，将是行业发展的重要趋势。

参考文献

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