CN109290739B - 一种空间曲线钢塔节段制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空间曲线钢塔节段制造工艺，根据空间曲线钢塔节段设计结构，结合钢桥梁施工作业流程，从各工序制定切实可行的控制工艺，确保节段制造精度达标。通过设计结构三维建模，放样空间曲线零件尺寸；利用高精度数控下料、划线及加工设备，进行零件的加工；采用辊板处理、多点顶压、工装约束方法，实现空间曲线板的线形要求；设计制作曲线节段专用组焊胎型，制定合理的组拼、焊接顺序，采用先进的三维扫描检测设备，确保曲线节段制作精度；根据钢塔节段结构，采用多种预拼装方式组合使用，降低预拼装作业实施的安全风险。

Description

一种空间曲线钢塔节段制造工艺

技术领域

本发明涉及一种空间曲线钢塔节段制造工艺，属桥梁钢塔柱加工制造技术领域。

背景技术

国内桥梁塔柱起步阶段，基本以钢筋混凝土为主，自2000年以后钢结构塔柱逐渐增多，现已成为桥梁建设的一支主流。前十几年来，桥梁钢塔柱的设计主要以直线型、单曲线型为主，采用工厂化加工制造，以达到设计造型、结构功能的要求。对于直线型、单曲线钢塔节段的制造，通过多年的不断研究与攻关，现已有较为完善的制造工艺技术，能够满足此类结构的加工制造要求。

发明内容

设计目的：钢塔柱曲线造型设计中，采用空间曲线结构设计，从二维结构设计升华至三维结构设计，对钢塔结构制造提出较高要求。针对空间曲线钢塔结构，目前施工尚处于探索阶段，其空间曲线钢塔节段制造工艺亦无完善的技术，本发明设计一种能够确保空间曲线钢塔节段制造线形、结构尺寸达到预期精度目标的空间曲线钢塔节段制造工艺。

设计方案：为了实现上述设计目的，本发明是基于直线型、单曲线型钢塔节段制造经验基础上，结合曲线结构特点、国内先进的加工制造设备、钢结构制造工艺流程，研发出的成套空间曲线钢塔节段制造工艺。

为了形成一套完整的空间曲线钢塔节段制造工艺，选择一段具有代表性的空间曲线钢塔节段，进行结构制作试验。制定空间曲线钢塔节段制造试验工艺，通过试验过程跟踪与检测，发现制造过程中存在的问题，积累试验数据和经验，完善其制造工艺与措施。通过实际项目的生产，验证空间曲线钢塔节段制造工艺的可行性，不断改进完善，最终形成一套成熟的工艺技术。即：

空间曲线钢塔节段制造工艺主要用于空间曲线钢塔节段零件加工、板单元制作、节段组焊、节段检测及预拼装等施工过程，对其各施工过程中施工方法、制造精度进行指导和控制，达到预期的质量标准要求。空间曲线钢塔节段制造工艺主要包括以下几方面：

⑴空间曲线零件放样：

空间曲线零件采用传统技术很难实现轮廓尺寸放样，为此借助于三维软件创建数据模型（该三维软件系现有公开软件，在此对软件不作叙述），通过三维软件展开功能实现零件的平面二维尺寸确定。在零件数据模型上布设统一基准线、检测点等控制基准，在零件通过三维软件展开的同时，将基准线、检测点附着进行展平得到二维平面内线型和点，便于施工基准布设。根据零件的平面二维尺寸及基准线、检测点信息，增设加工工艺留量，将其编译生成可以让加工设备识别的图文程序。

⑵ 空间曲线零件加工：

空间曲线零件经展平后一般在平面内板边为曲线，故均采用数控切割机精确下料。零件下料时，预留后期加工、焊接收缩量。零件上施工用基准线、检测点通过激光数控划线设备进行精确施划。零件周边的焊接坡口通过仿形切割机进行焰割。

⑶ 空间曲线板单元成型：

零件制作合格后，先通过大型辊板设备进行辊弯处理，消除零件内加工产生的内应力，同时按照线形辊出单向曲线，为后续空间曲线成型奠定基础。根据每个空间曲线板的线型，制作多点顶压工装，可以刚性约束其空间姿态；将辊弯的零件按基准线在胎型就位，采用多点顶压使其整体平面达到预设线型要求；为了防止解除顶压刚性约束后的反弹，可预设一定预变形量。按照基准线施划板肋组装位置线，按线进行板肋组装，采用半自动小车施焊板肋焊缝，并进行焊缝检测。曲线板单元组焊完成后，解除马固，在无约束状态下，测量检测点坐标达到预期目标；若检测点坐标超差，采用热矫正措施修整达到规定值。

⑷ 空间曲线钢塔节段组焊：

空间曲线钢塔节段由若干个曲线板单元组成，该节段组装应严格按照预设的基准线进行对位拼装。根据曲线节段结构特点，明确组拼的顺序，确定基准板单元（作为节段组装基准的其中一个板单元）。按照曲线节段基准板单元线型要求，设计制作专用胎型，使其基准板单元与胎型线型密贴，并在胎型周边布设监测控制网，作为后续的测量基准。组成曲线节段的曲板单元组拼过程中，每组装一件检测基准线、检测点对位精度和偏差，确保组拼的精度。曲线节段组拼尺寸检测符合预设工艺量后，节段采用由内至外、对称分中施焊原则焊接，焊后进行焊缝质量检查，并对焊接变形进行局部修整。为了检测空间曲线节段的整体线形和尺寸，采用三维扫描测量进行数据采集，与理论模型对比分析偏差，为施工质量精度控制提供精确数据支持。

⑸ 空间曲线钢塔预拼装：

为了验证制作的空间曲线节段的相互连接关系及其制造线形，通过节段间的预拼装作业进行实体模拟，降低桥位高空施工作业难度。根据参与预拼装空间曲线节段线型及结构，确定其预拼装方式（立式预拼装、水平预拼装、间接预拼装），并制作预拼装胎型和工装，使其满足预拼装线形的要求。预拼装作业时，应对参与预拼装的空间曲线节段进行整体检测，确定线形偏差、接口错边量，通过修整达到预期预拼装精度要求。根据预拼装检测数据，布设对位基准线，作为桥位安装就位的基准。对于结构复杂，在采用实体预拼装基础上，可采用数字化模拟预拼装进行辅助分析，判断其线形和连接精度。

本发明与背景技术相比，一是能够精确、便捷的实现三维空间零件的放样。传统CAD对三维零件尺寸放样难度大，一般为近似放样，费时费力，而采用数据模型进行三维零件转化出二维图纸，精度高、效率高，且降低了人为的错误率；二是激光数控划线技术提高了基准布设精度，适用性强，传统施工一般采用人工施划基准线即可满足施工要求，对于空间曲线结构的基准线，在展开为二维信息后，基准线一般呈现任意曲线，采用人工施划只能控制关键点，而且施划难度大，效率低，而采用数控划线可以施划任意线型，精度高、效率快、准确度高；三是空间曲线板单元、节段制作工装设计，提升了复杂线形的钢结构制造水平，以往项目多以直线结构为主，二维曲线结构次之，其制造采用二维的工装就能满足要求，而本申请结构空间曲线的精度控制，必须设计对结构三维空间造型的约束性工装，以此达到制造尺寸与线形符合设计要求；四是多种预拼装方式灵活应用，降低了预拼装作业安全风险，项目钢塔预拼装过程中，针对结构尺寸和线形，分别采用了立式预拼装、水平预拼装、间接预拼装等实体预拼装方法，为钢塔预拼装的实施提供了可操作性，较以往单一预拼装方式，大大降低的施工安全风险。

附图说明

图1是根据设计结构创建三维模型，并将三维模型转化为二维图纸信息。

图2是采用激光数控设备施划曲线基准线。

图3是空间曲板多点顶压成型胎型结构示意图。

图4是空间曲线钢塔节段组焊胎型主视示意图。

图5是空间曲线钢塔节段立式预拼装示意图。

图6是空间曲线钢塔节段立水平预拼装示意图。

具体实施方式

实施例1：参照附图1-6。空间曲线钢塔节段制造工艺，在其施工作业中，应按以下要求实施：

⑴ 根据设计零件结构，采用三维CATIA软件创建数据模型，在模型上布设施工用基准线和检测点，通过展开得到二维加工信息，并通过编译生成数控程序。三维零件展开为二维结构示意见图1，并在工程图界面完成主要结构尺寸、特征点坐标等标注。

⑵ 空间曲线零件采用数控切割机下料，采用数控激光划线设备施划基准线，采用半自动小车焰切焊接坡口。空间曲线零件激光数控划线示意见图2，其中1-为数控激光划线设备、2-为零件、3-为施划的曲线基准线。

⑶ 空间曲板成型通过辊板预弯、多点顶压实现设计线形。在每个曲板成型时，根据其线形要求，设计制作多点顶压成型胎型，胎型应具备适应性、可调性等特点，并对其胎型的精度进行检测。空间曲板成型胎型示意见图3，其中1-胎型基础、2-为胎型立柱、3-为胎型纵横梁、4-为顶压装置立柱、5-为顶压装置纵横梁、6-支撑调整件、7-为支撑板、8-为板边压紧装置、9-为液压顶升装置，曲板成型时，通过板边压紧装置限位零件，将顶压装置横梁上的液压顶升装置移至需顶压部位完成定点成型。

⑷ 根据空间曲线钢塔结构和线形要求，设计制作专用钢塔节段组焊胎型，用以约束钢塔节段制造尺寸和线形。胎型应具有足够刚性、安全性、操作性及高精度等特点，为钢塔节段制造提供外部胎型。空间曲线钢塔节段胎型示意见图4，其中1-为胎型基础、2-胎型纵横梁、3-曲线线型调整板、4-为边侧限位装置、5-为中间限位装置、6-人员施工作业平台，根据曲线钢塔线形，设置调整板线形与其相适应并铺设基准板，利用限位装置完成侧板限位顶紧与安全防护、提供作业平台。

⑸ 根据钢塔节段结构尺寸及线形，确定其适宜的预拼装方式，确保作业过程安全；结合空间曲线钢塔节段结构，选择合理支撑点位置，避免结构因此而发生不均匀变形；另外，根据节段曲线线型，控制支撑点高程，使其与节段曲线相一致。钢塔节段预拼装示意见图5和图6，其中1-为预拼装胎型或支撑点、2-为第一段预拼装钢塔节段、3-为第二段预拼装钢塔节段、4-为第三段预拼装钢塔节段、5-为钢塔节段基准线，钢塔采用2+1模式预拼装，留最后一段参与下一轮次预拼装作业。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种空间曲线钢塔节段制造工艺，其特征是：

⑴ 空间曲线零件放样：

采用三维软件创建数据模型，通过三维软件展开功能实现零件的平面二维尺寸确定，在零件数据模型上布设统一基准线、检测点控制基准，在零件通过三维软件展开的同时，将基准线、检测点附着进行展平得到二维平面内线型和点；

⑵ 空间曲线零件加工：

采用数控切割机精确下料，零件下料时，预留后期加工、焊接收缩量，零件上施工用基准线、检测点通过激光数控划线设备进行精确施划；

⑶ 空间曲线板单元成型：

零件制作合格后，先通过大型辊板设备进行辊弯处理，消除零件内加工产生的内应力，同时按照线形辊出单向曲线，为后续空间曲线成型奠定基础，根据每个空间曲线板的线型，制作多点顶压工装，可以刚性约束其空间姿态；将辊弯的零件按基准线在胎型就位，采用多点顶压使其整体平面达到预设线型要求；

⑷ 空间曲线钢塔节段组焊：

空间曲线钢塔节段由若干个曲线板单元组成，空间曲线钢塔节段组装按照预设的基准线进行对位拼装，根据曲线节段结构特点，明确组拼的顺序，将节段组装基准的其中一个板单元确定为基准板单元，按照曲线节段基准板单元线型要求，制作胎型，使其基准板单元与胎型线型密贴，并在胎型周边布设监测控制网，作为后续的测量基准，曲线节段组拼尺寸检测符合预设工艺量后，节段采用由内至外、对称分中施焊原则焊接；

⑸ 空间曲线钢塔预拼装：

根据参与预拼装空间曲线节段线型及结构，确定其预拼装方式为立式预拼装、水平预拼装、间接预拼装，并制作预拼装胎型和工装，使其满足预拼装线形的要求，预拼装作业时，应对参与预拼装的空间曲线节段进行整体检测，确定线形偏差、接口错边量，通过修整达到预期预拼装精度要求，根据预拼装检测数据，布设对位基准线，作为桥位安装就位的基准。

2.根据权利要求1所述的空间曲线钢塔节段制造工艺，其特征是：零件通过三维模型进行结构尺寸放样；零件曲线基准线通过激光数控划线设备施划；零件周边的焊接坡口通过仿形切割机进行焰割。

3.根据权利要求1所述的空间曲线钢塔节段制造工艺，其特征是：为了防止解除顶压刚性约束后的反弹，空间曲线板单元采用多点顶压时预设一定预变形量，按照基准线施划板肋组装位置线，按线进行板肋组装，采用半自动小车施焊板肋焊缝，并进行焊缝检测，曲线板单元组焊完成后，解除马固，在无约束状态下，测量检测点坐标达到预期目标；若检测点坐标超差，采用热矫正措施修整达到规定值。

4.根据权利要求1所述的空间曲线钢塔节段制造工艺，其特征是：组成曲线节段的曲板单元组拼过程中，每组装一件检测基准线、检测点对位精度和偏差，确保组拼的精度。

5.根据权利要求1所述的空间曲线钢塔节段制造工艺，其特征是：为了检测空间曲线节段的整体线形和尺寸，采用三维扫描测量进行数据采集，与理论模型对比分析偏差，为施工质量精度控制提供精确数据支持。

6.根据权利要求1所述的空间曲线钢塔节段制造工艺，其特征是：对于结构复杂，在采用实体预拼装基础上，采用数字化模拟预拼装进行辅助分析，判断其线形和连接精度。

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