CN103056616A - 一种弯扭箱形构件及其制造工艺 - Google Patents
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本发明涉及一种弯扭箱形构件及其制造工艺，属于钢结构技术领域。包括由顶板、底板以及腹板围成的截面为等腰梯形的长方体箱形，且长方体箱形设置有一个以上的横隔板，本发明不仅扭曲幅度大，而且设计合理、结构坚固。
Description
技术领域
本发明涉及弯扭箱形构件及其制造工艺，属于钢结构技术领域。
背景技术
随着建筑工程的高速发展，出现了很多超大跨度的结构和很多新型建筑造型，这些结构和造型非常复杂，为了使结构适应建筑造型的要求，就需要结构中的一些构件随着结构的曲率变化而变化，这些变化包括构件的弯曲、扭转和异形，混凝土结构因自身沉重和后期承载力已经不能单独实现这些造型，凤凰国际传媒中心就是一种钢结构建筑工程，位于北京朝阳公园，是全新概念的媒体体验舱，它超越了以往媒体与观众隔着屏幕交流的关系，将观众引入开放的莫比乌斯环形空间当中感受凤凰传媒的魅力。凤凰国际传媒中心钢结构属超大跨度空间结构，长约130m，宽约124m。钢结构罩棚由双向交叉双全梁结构及竖向支撑系统组成，表面积约为27500平方米，重量达5200吨左右，分内外两层。在凤凰国际传媒中心工程中，屋盖构件除少量为单曲形箱梁外，其余均为空间弯扭箱形结构，其施工质量，将关系到本工程主体的建筑造型，因此对该类构件的制作工艺的研讨显得尤为重要。另外，由于箱体壁厚从16mm～115mm厚薄相差较大，但扭曲幅度非常大，加工成型和焊接变形较难控制，所以加工制作难度非常大，必须按特殊构件进行重点分析并制订相应可行的加工工艺来保证其制作精度要求。
发明内容
本发明针对上述问题的不足，提出一种设计合理、结构坚固的同时扭曲幅度大一种弯扭箱形构件及其制造工艺。
本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种弯扭箱形构件，包括由顶板、底板以及腹板围成的截面为等腰梯形的长方体箱形，且长方体箱形设置有一个以上的横隔板，以 A*,B*,C*,D*分别表示长方体箱形轮廓线上的控制点,G*为横隔板定位控制点，F*为腹板拼接控制点，以长方体箱形的一端面A1,B1，C1，D1面中点为坐标原点，以A1,B1,C1,D1面中点与F3,F4，F7，F8面中点的连线为X轴，Y轴指向A1,B1中点，Z轴垂直于XY平面向A1C1边指出建立XYZ坐标系,则所述长方体箱形的形状为:
| 控制点 | 坐标（单位mm）（X,Y,Z） | 控制点 | 坐标（单位mm）（X,Y,Z） | 控制点 | 坐标（单位mm）（X,Y,Z） |
| A1 | (-74,343,164) | B1 | (-37,349,-164) | C1 | (28,-350,248) |
| A2 | (341,401,229) | B2 | (373,414,-99) | C2 | (432,-295,296) |
| A3 | (843,461,301) | B3 | (870,482,-27) | C3 | (921,-239,347) |
| A4 | (1348,508,365) | B4 | (1369,537,37) | C4 | (1412,-194,391) |
| A5 | (1854,543,421) | B5 | (1870,581,94) | C5 | (1905,-160,427) |
| A6 | (2362,567,469) | B6 | (2373,614,142) | C6 | (2399,-137,455) |
| A7 | (2871,581,507) | B7 | (2876,636,182) | C7 | (2894,-123,474) |
| A8 | (3380,584,536) | B8 | (3381,648,212) | C8 | (3390,-119,483) |
| D1 | (84,-341,-248) | G1 | (3381,648,212) | F1 | (-37,349,-164) |
| D2 | (481,-275,-201) | G2 | (3380,584,536) | F2 | (-74,343,164) |
| D3 | (962,-207,-150) | G3 | (3391,-22,-7) | F3 | (8093,385,-13) |
| D4 | (1445,-149,-106) | G4 | (3390,-119,483) | F4 | (8131,250,286) |
| D5 | (1929,-102,-69) | G5 | (5397,609,230) | F5 | (84,-341,-248) |
| D6 | (2416,-66,-40) | G6 | (5417,512,545) | F6 | (28,-350,248) |
| D7 | (2903,-39,-19) | G7 | (5346,-35,-54) | F7 | (7967,-215,-362) |
| D8 | (3391,-22,-7) | G8 | (5376,-182,423) | F8 | (8026,-420,90) |
一种上述所述弯扭箱形构件的制造工艺，包括以下步骤：第一步，对顶板、底板以及腹板的展开采用计算机精确放样，让程序进行自动对顶板、底板以及腹板的展开，并同时可以生成箱体内部的横隔板安装位置线，然后将顶板、底板以及腹板的切割数据输入数控切割机进行下料切割；
第二步，将顶板、底板以及腹板分成二块进行分别成形加工，分段加工前，在顶板、底板以及腹板上划出成形加工后的检测基准线，加工压制线根据顶板、底板以及腹板端面线形角度，平行于端面线形每隔500mm设置；
第三步，顶板、底板以及腹板成形加工采用三辊卷板机和油压机进行冷压加工成形，然后顶板、底板以及腹板上的压制成形加工压制线进行对顶板、底板以及腹板的成形压制，压制时，应从一端向另一端逐步进行，并用角度样板进行测量；
第四步，对顶板、底板以及腹板加工成形过程及成形后进行检测；
第五步，制作用于组装、焊接的胎架；
第六步，将底板吊上组装胎架进行定位，底板与胎架模板上口紧贴，其间隙控制在1mm以内，然后吊上腹板和箱体内部的横隔板，与胎架进行固定，横隔板安装定位时定对顶板、底板以及腹板上的安装控制线位置，并检查与顶板、底板以及腹板的安装间隙，定位后提交检查员验收，验收合格后先进行箱体内部的焊接，焊接时先焊箱体横隔板的立焊焊缝，后焊平焊焊缝，再焊顶板、底板以及腹板间的纵向焊缝，焊接采用CO2气保焊进行对称焊接，从箱体中部向两端退步焊接；
第七步，将顶板进行焊接封板，封板保证与加劲肋的安装间隙，然后在箱体腹板的外侧面将平行于箱体轴心线的两根水平线驳至箱体外侧壁板上，进行翻身清根后再焊，焊后校正测量。
优选的：所述第四步中，检测采用专用样箱进行全面检测，样箱根据顶板、底板以及腹板的实际扭曲线形进行1：1的制作，将顶板、底板以及腹板的扭曲面真实地以三维形式表示出来，检测时只要将样箱放在加工后的顶板、底板以及腹板上，定位扭曲顶板、底板以及腹板的外形边线进行检查，样箱表面各点与顶板、底板以及腹板的间隙应控制在2mm以内，否则应进行再次加工，顶板、底板以及腹板的余量根据样箱外形尺寸进行修割。
优选的：对于用样箱检测后发现加工成形精度不满足组装要求的顶板、底板以及腹板，重新进行校正加工采用火工热加工校正成形，而弯曲加热时火焰温度宜控制在600-650℃，且顶板、底板以及腹板每次加热后，在空气中自由冷却，并在顶板、底板以及腹板上以一定的间隔时间均匀施加外力，让顶板、底板以及腹板缓慢成型。
本发明的弯扭箱形构件及其制造工艺，相比现有技术，具有以下有益效果：1.由于包括由顶板、底板以及腹板围成的截面为等腰梯形的长方体箱形，且长方体箱形设置有一个以上的横隔板，因此设计合理、结构坚固的同时扭曲幅度大。
2. 由于对顶板、底板以及腹板的展开采用计算机精确放样，因此能够控制放样下料精度。
3. 由于将顶板、底板以及腹板分成二块进行分别成形加工，且由于弯扭箱形分段展开长度弧长达到13米多，因此其成形加工方便。
4.由于压制时，从一端向另一端逐步进行，并用角度样板进行测量，因此能够避免压制过大。
5.由于重新进行校正加工采用火工热加工校正成形，因此能够方便、精确地保证顶板、底板以及腹板的加工精度。
附图说明
图1是本发明实施例弯扭箱形构件的结构示意图；
图2是本发明实施例弯扭箱形构件的坐标建立示意图
图3是本实施例的胎架结构示意图；
图4是本实施例的底板安装胎架上的结构示意图；
图5是本实施例的腹板、底板、横隔板安装在胎架上的结构示意图；
图6是本实施例弯扭箱形构件与胎架结构示意图；
其中：1为顶板，2为底板，3为腹板，4为横隔板，5为胎架。
具体实施方式
附图非限制性地公开了本发明一个优选实施例的结构示意图，以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。
实施例
本实施例的一种弯扭箱形构件如图1、2所示，包括包括由顶板、底板以及腹板围成的截面为等腰梯形的长方体箱形，且长方体箱形设置有一个以上的横隔板，以 A*,B*,C*,D*分别表示长方体箱形轮廓线上的控制点,G*为横隔板定位控制点，F*为腹板拼接控制点，以长方体箱形的一端面A1,B1，C1，D1面中点为坐标原点，以A1,B1,C1,D1面中点与F3,F4，F7，F8面中点的连线为X轴，Y轴指向A1,B1中点，Z轴垂直于XY平面向A1C1边指出建立XYZ坐标系,则所述长方体箱形的形状为:
| 控制点 | 坐标（单位mm）（X,Y,Z） | 控制点 | 坐标（单位mm）（X,Y,Z） | 控制点 | 坐标（单位mm）（X,Y,Z） |
| A1 | (-74,343,164) | B1 | (-37,349,-164) | C1 | (28,-350,248) |
| A2 | (341,401,229) | B2 | (373,414,-99) | C2 | (432,-295,296) |
| A3 | (843,461,301) | B3 | (870,482,-27) | C3 | (921,-239,347) |
| A4 | (1348,508,365) | B4 | (1369,537,37) | C4 | (1412,-194,391) |
| A5 | (1854,543,421) | B5 | (1870,581,94) | C5 | (1905,-160,427) |
| A6 | (2362,567,469) | B6 | (2373,614,142) | C6 | (2399,-137,455) |
| A7 | (2871,581,507) | B7 | (2876,636,182) | C7 | (2894,-123,474) |
| A8 | (3380,584,536) | B8 | (3381,648,212) | C8 | (3390,-119,483) |
| D1 | (84,-341,-248) | G1 | (3381,648,212) | F1 | (-37,349,-164) |
| D2 | (481,-275,-201) | G2 | (3380,584,536) | F2 | (-74,343,164) |
| D3 | (962,-207,-150) | G3 | (3391,-22,-7) | F3 | (8093,385,-13) |
| D4 | (1445,-149,-106) | G4 | (3390,-119,483) | F4 | (8131,250,286) |
| D5 | (1929,-102,-69) | G5 | (5397,609,230) | F5 | (84,-341,-248) |
| D6 | (2416,-66,-40) | G6 | (5417,512,545) | F6 | (28,-350,248) |
| D7 | (2903,-39,-19) | G7 | (5346,-35,-54) | F7 | (7967,-215,-362) |
| D8 | (3391,-22,-7) | G8 | (5376,-182,423) | F8 | (8026,-420,90) |
一种上述所述弯扭箱形构件的制造工艺，包括以下步骤：第一步，对顶板、底板以及腹板的展开采用计算机精确放样，让程序进行自动对顶板、底板以及腹板的展开，并同时可以生成箱体内部的横隔板安装位置线，然后将顶板、底板以及腹板的切割数据输入数控切割机进行下料切割；
第二步，将顶板、底板以及腹板分成二块进行分别成形加工，分段加工前，在顶板、底板以及腹板上划出成形加工后的检测基准线，加工压制线根据顶板、底板以及腹板端面线形角度，平行于端面线形每隔500mm设置；
第三步，顶板、底板以及腹板成形加工采用三辊卷板机和油压机进行冷压加工成形，然后顶板、底板以及腹板上的压制成形加工压制线进行对顶板、底板以及腹板的成形压制，压制时，应从一端向另一端逐步进行，并用角度样板进行测量；
第四步，对顶板、底板以及腹板加工成形过程及成形后进行检测；
第五步，如图3所示，制作用于组装、焊接的胎架；
第六步，如图4、5所示，将底板吊上组装胎架进行定位，底板与胎架模板上口紧贴，其间隙控制在1mm以内，然后吊上腹板和箱体内部的横隔板，与胎架进行固定，横隔板安装定位时定对顶板、底板以及腹板上的安装控制线位置，并检查与顶板、底板以及腹板的安装间隙，定位后提交检查员验收，验收合格后先进行箱体内部的焊接，焊接时先焊箱体横隔板的立焊焊缝，后焊平焊焊缝，再焊顶板、底板以及腹板间的纵向焊缝，焊接采用CO2气保焊进行对称焊接，从箱体中部向两端退步焊接；
第七步，如图6所示，将顶板进行焊接封板，封板保证与加劲肋的安装间隙，然后在箱体腹板的外侧面将平行于箱体轴心线的两根水平线驳至箱体外侧壁板上，进行翻身清根后再焊，焊后校正测量。
在上述所述第四步中，检测采用专用样箱进行全面检测，样箱根据顶板、底板以及腹板的实际扭曲线形进行1：1的制作，将顶板、底板以及腹板的扭曲面真实地以三维形式表示出来，检测时只要将样箱放在加工后的顶板、底板以及腹板上，定位扭曲顶板、底板以及腹板的外形边线进行检查，样箱表面各点与顶板、底板以及腹板的间隙应控制在2mm以内，否则应进行再次加工，顶板、底板以及腹板的余量根据样箱外形尺寸进行修割。
对于用样箱检测后发现加工成形精度不满足组装要求的顶板、底板以及腹板，重新进行校正加工采用火工热加工校正成形，而弯曲加热时火焰温度宜控制在600-650℃，且顶板、底板以及腹板每次加热后，在空气中自由冷却，并在顶板、底板以及腹板上以一定的间隔时间均匀施加外力，让顶板、底板以及腹板缓慢成型。
上面结合附图所描述的本发明优选具体实施例仅用于说明本发明的实施方式，而不是作为对前述发明目的和所附权利要求内容和范围的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术和权利保护范畴。
Claims (4)
1.一种弯扭箱形构件，其特征在于:包括由顶板、底板以及腹板围成的截面为等腰梯形的长方体箱形，且长方体箱形设置有一个以上的横隔板，以 A*,B*,C*,D*分别表示长方体箱形轮廓线上的控制点,G*为横隔板定位控制点，F*为腹板拼接控制点，以长方体箱形的一端面A1,B1，C1，D1面中点为坐标原点，以A1,B1,C1,D1面中点与F3,F4，F7，F8面中点的连线为X轴，Y轴指向A1,B1中点，Z轴垂直于XY平面向A1C1边指出建立XYZ坐标系,则所述长方体箱形的形状为:
。
2.一种基于权利要求1所述弯扭箱形构件的制造工艺，其特征包括以下步骤：第一步，对顶板、底板以及腹板的展开采用计算机精确放样，让程序进行自动对顶板、底板以及腹板的展开，并同时可以生成箱体内部的横隔板安装位置线，然后将顶板、底板以及腹板的切割数据输入数控切割机进行下料切割；
第二步，将顶板、底板以及腹板分成二块进行分别成形加工，分段加工前，在顶板、底板以及腹板上划出成形加工后的检测基准线，加工压制线根据顶板、底板以及腹板端面线形角度，平行于端面线形每隔500mm设置；
第三步，顶板、底板以及腹板成形加工采用三辊卷板机和油压机进行冷压加工成形，然后顶板、底板以及腹板上的压制成形加工压制线进行对顶板、底板以及腹板的成形压制，压制时，应从一端向另一端逐步进行，并用角度样板进行测量；
第四步，对顶板、底板以及腹板加工成形过程及成形后进行检测；
第五步，制作用于组装、焊接的胎架；
第六步，将底板吊上组装胎架进行定位，底板与胎架模板上口紧贴，其间隙控制在1mm以内，然后吊上腹板和箱体内部的横隔板，与胎架进行固定，横隔板安装定位时定对顶板、底板以及腹板上的安装控制线位置，并检查与顶板、底板以及腹板的安装间隙，定位后提交检查员验收，验收合格后先进行箱体内部的焊接，焊接时先焊箱体横隔板的立焊焊缝，后焊平焊焊缝，再焊顶板、底板以及腹板间的纵向焊缝，焊接采用CO2气保焊进行对称焊接，从箱体中部向两端退步焊接；
第七步，将顶板进行焊接封板，封板保证与加劲肋的安装间隙，然后在箱体腹板的外侧面将平行于箱体轴心线的两根水平线驳至箱体外侧壁板上，进行翻身清根后再焊，焊后校正测量。
3.根据权利要求2所述弯扭箱形构件的制造工艺，其特征在于：所述第四步中，检测采用专用样箱进行全面检测，样箱根据顶板、底板以及腹板的实际扭曲线形进行1：1的制作，将顶板、底板以及腹板的扭曲面真实地以三维形式表示出来，检测时只要将样箱放在加工后的顶板、底板以及腹板上，定位扭曲顶板、底板以及腹板的外形边线进行检查，样箱表面各点与顶板、底板以及腹板的间隙应控制在2mm以内，否则应进行再次加工，顶板、底板以及腹板的余量根据样箱外形尺寸进行修割。
4.根据权利要求3所述弯扭箱形构件的制造工艺，其特征在于：对于用样箱检测后发现加工成形精度不满足组装要求的顶板、底板以及腹板，重新进行校正加工采用火工热加工校正成形，而弯曲加热时火焰温度宜控制在600-650℃，且顶板、底板以及腹板每次加热后，在空气中自由冷却，并在顶板、底板以及腹板上以一定的间隔时间均匀施加外力，让顶板、底板以及腹板缓慢成型。
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