CN107745227A - 空间多曲面异形钢桥拱加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间多曲面异形钢桥拱加工方法，其特征在于，包括以下的方法步骤：首先根据建筑形态模拟的钢拱弧度来建立三维模型并进行图纸深化、确定组装胎架定位点，然后搭设加工地模，将确定竖立胎架定位在加工地模上，在搭设地模同时根据图纸深化得到的加工详图进行钢板预处理和钢板下料，并进行构件和零件加工，将加工好的构件和零件分段上胎架节段组装及焊接成单元节段，最后进行后期的表面处理，完成钢桥拱的加工。本发明方法降低了空间多曲面异形钢桥拱加工难道，提高钢桥拱的加工精度，同时也降低了钢桥拱的现场安装难度以及提高了钢桥拱的现场安装效率。

Description

空间多曲面异形钢桥拱加工方法

技术领域

本发明属于钢桥拱加工技术领域，具体涉及一种空间多曲面异形钢桥拱加工方法。

背景技术

桥面钢拱是设置在桥面两侧，只承受自重荷载的装饰造型结构。钢拱一般为弧型、空间曲面型等造型，主要用于增加桥梁上部整体美观程度。空间钢桥拱跨度大、造型独特、结构受力复杂，主体结构常由大跨度的箱型构件组成。多曲面造型的空间桥拱，不仅在箱型构件的各外表面呈现出不同的弧度，而且即使在同一外表面上也会产生不同的弯曲，从而产生构件的不规则扭曲感。这种不规则的扭曲再结合大跨度的特征，使钢拱更具视觉的冲击力。空间多曲面异形钢桥拱为空间整体结构，部分钢拱段的外表面钢板需要弯曲成数个不同的曲面，同时为达到桥梁装饰的目的，对钢拱曲面精度的要求非常高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种空间多曲面异形钢桥拱加工方法，能够适用于各类单段构件体积大、曲面多样化的钢桥拱的加工以及普通工艺无法满足曲面定位的钢桥拱的加工，降低了空间多曲面异形钢桥拱加工难道，提高钢桥拱的加工精度，同时也降低了钢桥拱的现场安装难度以及提高了钢桥拱的现场安装效率。

为了达到上述技术效果，本发明采用的技术方案是：

一种空间多曲面异形钢桥拱加工方法，其特征在于，包括以下的方法步骤：

S1.图纸深化、确定组装胎架定位点：通过专业三维建模软件根据建筑形态模拟钢拱弧度来建立三维模型，将模型模拟的线条导入CAD中，得到较为精确的曲面定位，再将CAD中的曲面定位线条导入详图深化软件，建立加工详图模型，将加工详图模型线条与原模型模拟的线条比对并修正误差后制作加工详图，在加工详图中针对钢拱的曲面，设置部分三维坐标，作为组装胎架的定位点；

S2.搭设地模：搭设施工平台并竖立胎架，将三维坐标通过竖立胎架定位在加工地模上；竖立胎架时竖立胎至多为每2米一档，且每块横向加劲板下部至少设有一个控制点，同时相邻两加劲板之间也设有控制点。

S3.钢板预处理：清楚钢板表面的毛刺、电焊药皮、飞溅物、油污、灰尘和锈斑，喷涂保护漆；

S4.钢板下料：将所有加工详图中的钢桥拱构件通过详图设计软件进行钢板展开，导出钢板展开图，根据钢板展开图用数控机床切割下料，得到钢板零件板；

S5.构件和零件加工：将钢板零件板按加工详图采用三辊弯圆机进行机械弯圆成型为钢桥拱构件或零件，并对成型后的构件和零件采样线架校核至精度达到要求；对于曲面造型复杂的采用计算机辅助生成弯曲半径光谱，制作相应数量的弧度模板来控制辊压精度；

S6.节段组装及焊接：将加工好的构件和零件分段上胎架组装并焊接固定形成单元节段；钢桥拱的顶底板的加劲肋与主板的焊接采用全熔透焊缝；厚度≥16mm的加劲肋，采用坡口部分熔透的方式与主板焊接；所有焊缝高度与母材平齐；

S7.后处理：清理干净单元节段的外表面，并进行防腐油漆处理，最终完成钢桥拱的加工。

进一步地，所述步骤S4钢板下料中钢板零件板的精度偏差为0-2mm。

进一步地，所述步骤S4钢板下料还包括在下料前对钢板进行采样，并做火焰切割工艺评定，做评定的试件表面应喷涂有保护漆，且该保护漆与预处理后的钢板的保护漆相同。

进一步地，所述步骤S6节段组装及焊接中，胎架与钢桥拱构件之间设有橡胶垫保护。

进一步地，所述步骤S6节段组装及焊接中，当板厚不大于24mm，当环境温度低于5℃时，缝口在40～50mm范围内应采取不高于80℃的加温预热措施；板厚大于24mm，缝口50～80mm范围内应预热80～120℃。

进一步地，所述步骤S6节段组装及焊接中，焊缝采用打底、填充和盖面三层多道焊接的方式进行焊接。

进一步地，所述步骤S6节段组装及焊接还包括对构件焊接变形后的热矫正措施，所述热矫正措施为控制温度在600～800℃的情况下进行矫正，矫正后自然冷却到环境温度。

进一步地，所述步骤S7后处理还包括防腐油漆处理前的单元节段的整体预拼装以及在预拼装时安装端口匹配码板和对端口匹配码板进行标记。

进一步地，所述步骤S7后处理过程中，防腐油漆处理的施工温度为10℃～30℃，相对湿度不大于80％。

所述步骤S7后处理过程中，防腐喷涂油漆处理时底层油漆喷2-3遍，进一步地，每遍厚度不超过2.5mm，后一遍必须在前一遍干燥后再喷涂，喷涂时确保涂层完全闭合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过图纸深化、确定组装胎架定位点，然后根据确定的组装胎架定位点搭设地模，竖立胎架时竖立胎至多为每2米一档，且每块横向加劲板下部至少设有一个控制点，同时相邻两加劲板之间也设有控制点，并同时根据图纸深化出的加工详图进行钢板下料前预处理及钢板下料，然后加工、组装以及后处理，加工时对成型后的构件采样线架校核，对于曲面造型复杂的采用计算机辅助生成弯曲半径光谱，制作相应数量的弧度模板来控制辊压精度，从而本发明能够适用于各类单段构件体积大、曲面多样化的钢桥拱的加工以及普通工艺无法满足曲面定位的钢桥拱的加工，提高了钢桥拱的加工精度，降低了钢桥拱的现场安装难度，提高了钢桥拱的现场安装效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，加以详细说明。

附图说明

图1为本发明的加工方法流程图。

具体实施方式

一种空间多曲面异形钢桥拱加工方法，其加工方法流程参见图1所示，具体包括以下步骤：

S1.图纸深化、确定组装胎架定位点：主要采用X-STEEL详图设计软件进行构件、零件加工详图设计。X-STEEL详图设计软件的主要作用为立体建模、零件数据生成、施工详图绘制。由于多曲面钢拱在建立模型时，钢板不同曲面的定位较为困难，因此为确保多曲面钢拱的坐标定位准确，在X-STEEL详图设计软件建模前，应用如犀牛软件等更为专业的三维建模工具进行辅助建模。据建筑造型，采用犀牛等专业三维建模软件建立三维模型，然后将模型模拟的线条导入CAD中，形成较为精确的曲面定位。将CAD中较为精确的曲面定位线条导入X-STEEL等钢结构详图深化软件，再以此线条为依据建立加工详图模型。加工详图建模完成后，再将详图深化软件的加工详图三维模型模拟线条导入到CAD中与原犀牛模型线条进行对比。通过对比得出的误差进行修正，直至详图深化软件的模型精度达到标准。采用X-STEEL等详图深化软件建立三维智能钢结构模型后，再利用软件功能迅速得到零件、安装、总体布置图及各构件参数，并形成有效的加工详图。同时利用软件功能，针对钢拱的曲面，设置部分三维坐标，作为组装胎架的定位点。

S3.钢板预处理：由于钢桥拱单件构件无论是在高度还是宽度上都超出了抛丸机的除锈范围，因此钢桥拱半成品无法组装后再进行抛丸。考虑钢桥拱无法组装后再进行抛丸的情况，为防止钢板在正式防腐油漆处理前锈蚀程度超过规范要求，故对钢板采用预处理的方式，即在钢板组装前先完成先行除锈的步骤。除锈前构件表面的毛刺、电焊药皮、飞溅物、油污、灰尘在除锈前应清除干净。表面处理应按设计规定的施工方法施工,并达到规定的除锈等级,GB8923标准Sa2.5级要求。由于钢桥拱的加工周期较长，为防止构件在加工过程中发生返锈的情况，因此除锈后应先喷涂一道保护漆。

S4.钢板下料：钢桥拱的本体为一个扭曲结构，所有的零件板加工详图需要通过STEEL软件进行展开。根据钢板展开图，通过数控进行切割，精度偏差控制在2mm以内，此精度不会对后期的拼装造成尺寸偏差。

S5.构件和零件加工：钢桥拱构件的大片是需要根据造型来弯曲，先进行机械弯圆，将弯曲的精度到位后再上胎架进行拼装。构件和零件采用三辊成型，成型精度采样线架校核，精度达到要求后，再上胎架，可以最大限度避免强制就位采取的工装，锤击等造成外观缺陷的手段，从源头上控制外观成型。曲面造形复杂的采用计算机辅助，主要采用NX8.5软件自动生成弯曲半径光谱，制作相应数量的弧度模板，以准确控制辊压精度。各类钢结构部件的零件，原则上应采用气割切割，并优先考虑精密切割、仿形切割、数控自动切割、等离子切割等方法。手工切割只能用于次要零件或手工切割后还要再进行加工的零件。梁段中为便于纵肋通过而对板件进行的切口和便于焊缝通过而对板件的切角切口必须光滑，所有的火焰切边必须进行边缘打磨处理。在钢材加工之前，应选用有代表性的试件进行火焰切割工艺评定。对于切割前已经过抛丸除锈预处理并喷上车间底漆的钢材，其进行火焰切割工艺评定的试件，应涂上同样的底漆。切割时，应防止缺口，主要受力构件的零件边缘不允许有缺口。一般构件的零件边缘缺口不大于1mm。待焊接表面和邻近焊缝表面不应有松散和很厚的氧化皮、漆皮、锈、潮气、油污或其它杂质，以免妨碍正常焊接作业或产生烟尘。所有引弧板与灭弧板的表面，均应磨光，彻底去除氧化皮。引板的材质、厚度、坡口应与所焊件相同。

S2.搭设地模：通过X-STEEL软件将钢桥拱模型制出后并给出三维坐标，通过计算得出Z向控制点，并推算出X向及Y向控制点，得出投影的三维坐标。搭设加工地模，通过坚立胎架，将三维坐标通过竖立胎架定位在加工地模上。竖立胎架的坚立胎采用2米一档，需要保证每块横向加劲板下部至少设有1个控制点，同时加劲板之间再多增加1个或多个控制点来确保精度。将一个大段的钢桥拱整体地面胎架全部放样定位，切口以及胎架之间的固定工作后，再将卷制好的钢桥拱主板放入胎架进行定位拼装。未避免损伤，分段制作前，各段保留1公分余量，胎架与钢桥拱之间采用橡胶垫块进行保护。

S6.节段组装及焊接：

所有的扭曲装饰拱构件的零件全部采用数据机床下料，确保展开后零件的精度，下料完成后，进行胎架拼装。三维坐标通过胎架投影完成后，将底板放入其中。钢板放入胎架后如果零件的弯曲弧度过大，三辊弯圆机只能弯曲到近似弧度，则需要再采用火焰或手拉葫芦将钢板矫正到胎架定位点。底板定位后，如箱体较小内隔板较少，则先组装两侧腹板，对连接边焊缝进行电焊固定。如箱体内隔板较多，先组装两侧腹板会影响横隔板焊接时，则先组装内隔板。曲面弧度较大的腹板及隔板安装时，同样需要在底板上部或外侧再竖立新的胎架进行定位，最后组装上盖板。

由于钢桥拱为全部外露景观性的装饰结构，所以对焊接外观的要求较高。工厂生产时焊接选用高性能的药芯焊丝进行气保焊接，保证焊缝外观成型美观、无飞溅流挂等优点。拱肋截面外角不垂直，壁板间的角接焊后的外观需要打磨后出厂。板厚不大于24mm，当环境温度低于5℃时，缝口40～50mm范围内应采取适当的加温措施；板厚大于24mm，缝口50～80mm范围内应预热温度80～120℃。所有对接缝两端焊接前均应装上引、熄弧板，焊接时不得在焊缝以外母材上引、熄弧。各单元参与总成定位前，焊缝区必须彻底清磨，清除锈、氧化皮、油污、水份，露出金属光泽。焊缝外观不得有裂纹，未熔合、夹渣、焊瘤、旱坑未填满等缺陷。顶底板的加劲肋与主板的焊接采用全熔透焊缝，避免采用角焊缝，以免产生焊缝的疲劳开裂。厚度≥16mm的加劲肋，采用坡口部分熔透的方式与主板焊接。所有要求熔透的贴角焊缝，都应熔透。所有坡口焊接的坡口形式及尺寸均应依照设计图纸和焊接规程的要求处理。对坡口焊接的贴角焊缝，当未标注贴角尺寸时，一般以不小于1.5t^1/2考虑(t为较厚焊件厚度)。为减小变形，采用先打底、再填充、后盖面的三层多道焊接，焊接时所产生的电流电压严格按焊接工艺评定制定的参数执行。构件在胎架拼装完成后，对外侧焊缝进行加固，再吊出胎架进行焊接作业，在焊按受热后，会产生一定的变形，还需再次回到胎架中进行复测，如发生偏差，采用烤火释放爆接应力等措施使构件回到原位。所有焊缝高度与母材平齐。

在组装和连接一个结构的各个部分时，焊接工艺和程序应使变形和收缩尽量小，并减少结构约束应力。同时要特别注意钢箱梁施焊后产生的变形，为每一种构件的加工创立一个焊接程序，该程序应同接头焊接工艺和整个制造方法结合起来，以加工出符合规定质量要求的构件。在对收缩有较大拘束条件下进行焊接时，焊缝应连续焊完。构件焊接前，宜设置反变形。采取有效措施防止钢桥拱由于焊接产生的变形对钢桥拱结构产生不利影响,如设置约束变形的支撑。当构件焊接后产生较大的变形，应予矫正，采用热矫正法时，矫正温度应控制在600～800℃，不宜超过800℃，并自然冷却到环境温度。温度未降至环境温度时，不得锤击钢料，且严禁水冷却。构件焊接完成后，待焊缝冷却到环境温度后应先目检，合格后，才可进行无损探伤，无损探伤应在焊接24h后进行，对于板厚大于40mm的焊缝，无损探伤应在焊接48h后进行。

S7.后处理：

钢桥拱建筑造型复杂、加工制造安装难度高，工厂内控制好单元节段的线形和质量的同时，在出厂前需要进行整体的预拼装。预拼装节段件应处于自由状态，不得强行固定。钢桥拱尽量在长度方向保证通长预装，宽度方向的侧向脚肢由于受到车间场地影响，可以单独先和其连接的单元单元节段进行局部预拼装。分段制作前，各保留1公分余量，作为工厂预拼装对接调整量。预拼装过程中详细测量控制点、端口的位置，预拼装过程中同时安装好端口的匹配码板并做好标记，现场复原安装时可按照匹配的标记进行。为满足精度的要求，预拼装采用小拼单元来进行，每个结构点的最大三维空间偏差为±5mm。

由于钢桥拱为全部外露景观性的装饰结构，对预拼装合格后的单元节段做防腐油漆处理，油漆后外观看不见焊接的痕迹。防腐油漆处理时施工温度要求在10℃～30℃，相对湿度不大于80％，同时在雨、雾、雪和较大量灰尘条件下，禁止在室外施工。底层油漆喷2～3遍，每遍喷涂厚度不应超过2.5mm，必须在前一遍干燥后，再喷涂后一遍。每次喷涂后用测厚针检测涂层厚度，并确保喷涂达到设计规定的厚度。喷涂时应确保涂层完全闭合，轮廓清晰。对于设计要求涂层表面要平整光滑时，对最后一遍涂层作抹平处理，确保外表面均匀平整。

本发明不局限于上述具体的实施方式，对于本领域的普通技术人员来说从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空间多曲面异形钢桥拱加工方法，其特征在于，包括以下的方法步骤：

S1.图纸深化、确定组装胎架定位点：通过专业三维建模软件根据建筑形态模拟钢拱弧度来建立三维模型，将模型模拟的线条导入CAD中，得到较为精确的曲面定位，再将CAD中的曲面定位线条导入详图深化软件，建立加工详图模型，将加工详图模型线条与原模型模拟的线条比对并修正误差后制作加工详图，在加工详图中针对钢拱的曲面，设置部分三维坐标，作为组装胎架的定位点；

S2.搭设地模：搭设施工平台并竖立胎架，将三维坐标通过竖立胎架定位在施工平台上；在竖立胎架时竖立胎至多为每2米一档，且每块横向加劲板下部至少设有一个控制点，同时相邻两加劲板之间也设有控制点。

S3.钢板预处理：清楚钢板表面的毛刺、电焊药皮、飞溅物、油污、灰尘和锈斑，喷涂保护漆；

S4.钢板下料：将所有加工详图中的钢桥拱构件通过详图设计软件进行钢板展开，导出钢板展开图，根据钢板展开图对预处理后的钢板采用数控机床切割下料，得到钢板零件板；

S5.构件和零件加工：将钢板零件板按加工详图采用三辊弯圆机进行机械弯圆成型为钢桥拱构件或零件，并对成型后的构件和零件采样线架校核至精度达到要求；对于曲面造型复杂的采用计算机辅助生成弯曲半径光谱，制作相应数量的弧度模板来控制辊压精度；

S6.节段组装及焊接：将加工好的构件和零件分段上胎架组装并焊接固定形成单元节段；钢桥拱的顶底板的加劲肋与主板的焊接采用全熔透焊缝；厚度≥16mm的加劲肋，采用坡口部分熔透的方式与主板焊接；所有焊缝高度与母材平齐；

S7.后处理：清理干净单元节段的外表面，并进行防腐油漆处理，最终完成钢桥拱的加工。

2.根据权利要求1所述的一种空间多曲面异形钢桥拱加工方法，其特征在于，所述步骤S4钢板下料中钢板零件板的精度偏差为0-2mm。

3.根据权利要求1所述的一种空间多曲面异形钢桥拱加工方法，其特征在于，所述步骤S4钢板下料还包括在下料前对钢板进行采样，并做火焰切割工艺评定，做评定的试件表面应喷涂有保护漆，且该保护漆与预处理后的钢板的保护漆相同。

4.根据权利要求1所述的一种空间多曲面异形钢桥拱加工方法，其特征在于，所述步骤S6节段组装及焊接中，胎架与钢桥拱构件之间设有橡胶垫保护。

5.根据权利要求1所述的一种空间多曲面异形钢桥拱加工方法，其特征在于，所述步骤S6节段组装及焊接中，当环境温度低于5℃时，当板厚不大于24mm，缝口在40～50mm范围内应采取不高于80℃的加温预热措施；板厚大于24mm，缝口在50～80mm范围内应预热80～120℃。

6.根据权利要求1所述的一种空间多曲面异形钢桥拱加工方法，其特征在于，所述步骤S6节段组装及焊接中，焊缝采用打底、填充和盖面三层多道焊接的方式进行焊接。

7.根据权利要求1所述的一种空间多曲面异形钢桥拱加工方法，其特征在于，所述步骤S6节段组装及焊接还包括对构件焊接变形后的热矫正措施，所述热矫正措施为控制温度在600～800℃的情况下进行矫正，矫正后自然冷却到环境温度。

8.根据权利要求1所述的一种空间多曲面异形钢桥拱加工方法，其特征在于，所述步骤S7后处理还包括防腐油漆处理前的单元节段的整体预拼装以及在预拼装时安装端口匹配码板和对端口匹配码板进行标记。

9.根据权利要求1所述的一种空间多曲面异形钢桥拱加工方法，其特征在于，所述步骤S7后处理过程中，防腐油漆处理的施工温度为10℃～30℃，相对湿度不大于80％。

10.根据权利要求1所述的一种空间多曲面异形钢桥拱加工方法，其特征在于，所述步骤S7后处理过程中，防腐喷涂油漆处理时底层油漆喷2-3遍，每遍厚度不超过2.5mm，后一遍必须在前一遍干燥后再喷涂，喷涂时确保涂层完全闭合。