CN112342922B - 异形截面箱式钢结构流线型钢拱制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了异形截面箱式钢结构流线型钢拱制造方法，通过节段划分；零件放样及下料；单元件制作；钢拱组装；钢拱焊接；防腐涂装；包装运输的步骤对钢拱进行制作并将其运输至施工点进行安装。本发明所述的异形截面箱式钢结构流线型钢拱制造方法，技术指标先进，实用性强，降低了工程成本，提高经济和社会效益；为类似工程的施工积累了经验。

Description

异形截面箱式钢结构流线型钢拱制造方法

技术领域

本发明属于钢拱制造领域，尤其是涉及异形截面箱式钢结构流线型钢拱制造方法。

背景技术

大型钢结构桥梁设计中，经常会采取钢结构拱肋或塔式结构作为对主桥的补充，其作用多为受力承载需要或力求美观或两者兼具。钢拱形式类型也各不相同：按与主桥连接方式可分为与主桥垂直或形成一定角度的跨桥式和与主桥平行的顺桥式，顺桥式又分为单拱式和双拱式。按钢拱自身结构可分为桁架型、钢管型、箱型等，桁架型以其结构重量轻、施工方便得到广泛应用，桁架型又可细分为三角形、梯形、矩形以及多边形桁架；箱型钢拱多以四边型为主，其结构简单，有利于制造安装方便。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出异形截面箱式钢结构流线型钢拱制造方法，技术指标先进，实用性强，降低了工程成本，提高经济和社会效益；为类似工程的施工积累了经验。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

异形截面箱式钢结构流线型钢拱制造方法，包括以下步骤，

S1、节段划分；相邻焊缝需错开间距，间距大于200mm，即分段对接缝顶板、腹部、底板纵向位置错开最少200mm，同时还应避开内部隔板位置，节段共分为13节，依次定义为A端至M段；

S2、零件放样及下料；采用计算机三维放样技术，对钢箱梁各构件进行准确放样，其中预拱度在下料编程进行优化，由于钢拱线型的特殊性，各隔板、腹板不可以直接累加预拱数值，需将钢拱成型线型的基准点做出相切圆植入编程后进行叠加，确保部件下料的准确性；

S3、单元件制作；考虑到钢拱顶板、底板、腹板的曲线较大，加工单元件后不利于线形控制，因此顶板、底板、腹板加劲肋均采用总成时散装；只有钢拱横隔板需要制作单元件，

a)、零件检查：检查零件编号、外形尺寸、板厚；

b)、人孔加劲圈装焊：安装隔板人孔加劲圈，加劲圈宽度中心线对齐板厚中心线安装，焊接时先焊接加劲圈与隔板角焊缝，后焊接加劲圈对接焊缝；

c)、单元件矫正：将单元件置于检验、矫正胎架上，检查单元件平面度和板边平直度。变形采用火焰矫正，矫正温度控制在600℃～800℃之间，自然冷却，严禁过烧、锤击和水冷；

d)、单元检查及标记：检查单元件长度、宽度、对角线、焊接质量、不平度等，合格单元件进行标识后转入存放；

S4、钢拱组装；

a)、钢拱线型控制：以钢拱设计截面左侧为胎架面，通过在地面放样画地样线，总成时通过地样线控制钢拱线形；

b)、钢拱拱梁结合处的制造线型：钢拱在放样时需考虑温度调差，将拱梁结合处按主梁安装实测高程、温度及厂内预组装现场温度计算对比后进行放样；

c)、钢拱胎架制造：钢拱胎架采用钢管作为立柱，H型钢作为横梁，槽钢作为模板支撑架，通过控制模板高程来控制钢拱线性，

d)、钢拱匹配检查：检查拱肋线形；修正对接端口；修正分段长度；制作梁段标记、标识；

e)、钢拱试装：分别以A段、F段、M段拱脚处为基准，分别向拱顶方向依次试装配；钢拱试装时工地测量点要求采用样冲标记在顶板底板上，测量点布置在距离理论端口线300mm处，顶板底板板宽中心线，板边各3个点，样冲标记应清晰准确；测量安装现场2#、3#、4#墩拱脚横梁与拱脚连接处坐标、吊点横梁吊耳处坐标；钢拱各段单件匹配制造时拉索吊耳暂不焊接，检查拉索吊耳位置，并与现场测量数据进行比对，确认无误后待整体验收，验收合格进行焊接；

S5、钢拱焊接；隔板单元件制作和顶底腹板对接焊缝均使用埋弧自动焊和CO₂气保焊；棱角焊缝和横隔板角焊缝均使用CO₂气保焊；定位焊缝焊接和附属设施焊接均使用CO₂气保焊和手工电弧焊；为保证钢拱焊缝质量，所有焊缝尽量采用平位焊接；

S6、防腐涂装；按照设计涂装体系执行，涂装体系长效性不得低于25年；

S7、包装运输；钢拱各节段均为不规则形状，运输发货前需根据外形尺寸、重量进行包装及运输车辆策划，关键部位采用托架支撑，防止构件变形损坏。

进一步的，S2中下料保证主要构件受力方向与钢材轧制方向一致；钢板及大型零件的起吊转运采用磁力吊具，扁钢加劲板等采用专用吊具起吊。

进一步的，钢板采用数控等离子或火焰切割下料。

进一步的，步骤S4的d)中每轮梁段预拼完成后，对应符合地样测量分段长度，并将该长度与理论长度比较，零件下料时普通分段均加长30mm，合拢段加长100mm，匹配制造时必须确保分段长度不小于理论长度；

梁段拼焊检测合格后，采用激光经纬仪、钢尺等仪器工具，按工艺要求绘制梁段纵横中心线、吊点定位线、端口检查线及梁段桥上吊装时标高测量点等各类标记，并在梁段内侧腹板上装焊梁段钢字编号，以便梁段在吊装过程中易于辨别。

进一步的，S5中焊缝在焊缝金属冷却后进行外观检查，不得有裂纹、未熔合、焊瘤、夹渣、未填满弧坑及漏焊；焊缝施焊24小时，经外观检验合格后，再进行无损检验。

相对于现有技术，本发明所述的异形截面箱式钢结构流线型钢拱制造方法具有以下优势：

(1)本发明所述的异形截面箱式钢结构流线型钢拱制造方法，结合设计、生产运输、安装吊装对钢拱进行合理的分节。

(2)本发明所述的异形截面箱式钢结构流线型钢拱制造方法，设计研发异形拱肋成型胎架，保证钢拱施工的技术质量控制。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例钢拱节段划分示意图；

图2为本发明实施例钢拱制造胎架立面示意图；

图3为本发明实施例钢拱制造胎架界面示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

异形截面箱式钢结构流线型钢拱制造方法，包括以下步骤，

S1、节段划分；相邻焊缝需错开间距，间距大于200mm，即分段对接缝顶板、腹部、底板纵向位置错开最少200mm，同时还应避开内部隔板位置，节段共分为13节，依次定义为A端至M段，如图1所示；

S2、零件放样及下料；采用计算机三维放样技术，对钢箱梁各构件进行准确放样，其中预拱度在下料编程进行优化，由于钢拱线型的特殊性，各隔板、腹板不可以直接累加预拱数值，需将钢拱成型线型的基准点做出相切圆植入编程后进行叠加，确保部件下料的准确性；

S3、单元件制作；考虑到钢拱顶板、底板、腹板的曲线较大，加工单元件后不利于线形控制，因此顶板、底板、腹板加劲肋均采用总成时散装；只有钢拱横隔板需要制作单元件，

a)、零件检查：检查零件编号、外形尺寸、板厚；

b)、人孔加劲圈装焊：安装隔板人孔加劲圈，加劲圈宽度中心线对齐板厚中心线安装，焊接时先焊接加劲圈与隔板角焊缝，后焊接加劲圈对接焊缝；

c)、单元件矫正：将单元件置于检验、矫正胎架上，检查单元件平面度和板边平直度。变形采用火焰矫正，矫正温度控制在600℃～800℃之间，自然冷却，严禁过烧、锤击和水冷；

d)、单元检查及标记：检查单元件长度、宽度、对角线、焊接质量、不平度等，合格单元件进行标识后转入存放；

S4、钢拱组装；

a)、钢拱线型控制：以钢拱设计截面左侧为胎架面，通过在地面放样画地样线，总成时通过地样线控制钢拱线形；

b)、钢拱拱梁结合处的制造线型：钢拱在放样时需考虑温度调差，将拱梁结合处按主梁安装实测高程、温度及厂内预组装现场温度计算对比后进行放样；

c)、钢拱胎架制造：钢拱胎架采用钢管作为立柱，H型钢作为横梁，槽钢作为模板支撑架，通过控制模板高程来控制钢拱线性，如图2和图3所示，

d)、钢拱匹配检查：检查拱肋线形；修正对接端口；修正分段长度；制作梁段标记、标识；

e)、钢拱试装：

钢拱分段焊接完成后，考虑到焊接变形等因素对线形的影响，60+90米跨拱肋整体进行试装。为避免考虑阳光照射影响，试装场地须在车间内部；跨度控制为60000±5mm、90000±5mm，拱高16068+3mm、22823+5mm。胎架制作及拱肋试装配测量时，记录环境温度。采用激光经纬仪、水准仪、钢盘尺等测量工具、仪器。试装胎架与总成制造胎架结构形式相同，

地样放线：以3#墩中心(即60米、90米跨交点)为基准点建立坐标体系，3#墩水平线为基准线，基准线延长至60米跨、90米跨之外固定点。根据设计线型并参考现场实测尺寸放出2#墩、4#墩基准线，延长并超出拱脚边线。

分别以A段、F段、M段拱脚处为基准，分别向拱顶方向依次试装配；钢拱试装时工地测量点要求采用样冲标记在顶板底板上，测量点布置在距离理论端口线300mm处，顶板底板板宽中心线，板边各3个点，样冲标记应清晰准确；测量安装现场2#、3#、4#墩拱脚横梁与拱脚连接处坐标、吊点横梁吊耳处坐标；钢拱各段单件匹配制造时拉索吊耳暂不焊接，检查拉索吊耳位置，并与现场测量数据进行比对，确认无误后待整体验收，验收合格进行焊接；

拉索吊耳复核：测量安装现场2#、3#、4#墩拱脚横梁与拱脚连接处坐标、吊点横梁吊耳处坐标，记录测量时环境温度，同时要求避开阳光强射时间进行测量，记录。

钢拱各段单件匹配制造时拉索吊耳暂不焊接，钢拱试装时线形、端口线对合地样后，再检查拉索吊耳位置，并与现场测量数据进行比对，同时进行温度调差。若与理论偏差大于10mm，应进行调整，确认无误后待整体验收。

验收合格方可进行焊接，钢拱拉索吊耳焊接时通过工装销轴控制两耳板同心度和间距，两耳板间距误差±2mm，耳板内侧焊脚不得超过8mm，除合拢段之外部分验收合格，相应标记、定位及吊耳复核完成，分别吊装合拢段C、I至胎架，按地样对正复核合拢段线型坐标，检验合格做标记并复核拉索吊耳，

S5、钢拱焊接；隔板单元件制作和顶底腹板对接焊缝均使用埋弧自动焊和CO₂气保焊；棱角焊缝和横隔板角焊缝均使用CO₂气保焊；定位焊缝焊接和附属设施焊接均使用CO₂气保焊和手工电弧焊；为保证钢拱焊缝质量，所有焊缝尽量采用平位焊接；

S6、防腐涂装；按照设计涂装体系执行，涂装体系长效性不得低于25年；

S7、包装运输；钢拱各节段均为不规则形状，运输发货前需根据外形尺寸、重量进行包装及运输车辆策划，关键部位采用托架支撑，防止构件变形损坏。

中间钢拱节段：根据分节方案确定中间节段约长12米～16.9米，重量月21.5吨至32.2吨，由于本项目采用C类公差钢板，实际重量约为理论重量的101.5％，运输车辆及重量限位选择时应给与考虑；运输采用卧式，钢拱底部按截面形式设置托架支撑，两端节间定位装置及腹板、顶底板伸长部位做好防护；

拱脚节段：中间拱脚F段是所有节段最重节段，它同时连接了60米、90米跨，中间截面和综合高度最高，按正常情况宽度和高度方向达4.5米，不规则形状造成了放置不稳定性，也是运输的难题。对该段进行综合分析，并通过三维制图进行模拟放置，按其达到空间最小宽度进行设计包装胎架，满足运输不超限要求；

S2中下料保证主要构件受力方向与钢材轧制方向一致；钢板及大型零件的起吊转运采用磁力吊具，扁钢加劲板等采用专用吊具起吊。

钢板采用数控等离子或火焰切割下料。

步骤S4的d)中每轮梁段预拼完成后，对应符合地样测量分段长度，并将该长度与理论长度比较，零件下料时普通分段均加长30mm，合拢段加长100mm，匹配制造时必须确保分段长度不小于理论长度；

梁段拼焊检测合格后，采用激光经纬仪、钢尺等仪器工具，按工艺要求绘制梁段纵横中心线、吊点定位线、端口检查线及梁段桥上吊装时标高测量点等各类标记，并在梁段内侧腹板上装焊梁段钢字编号，以便梁段在吊装过程中易于辨别。

S5中焊缝在焊缝金属冷却后进行外观检查，不得有裂纹、未熔合、焊瘤、夹渣、未填满弧坑及漏焊；焊缝施焊24小时，经外观检验合格后，再进行无损检验，焊缝施焊24小时，经外观检验合格后，再进行无损检验。焊缝无损检验的质量分级、检验方法、检验部位和等级应符合《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011焊缝无损检验质量等级及探伤范围的规定执行。

超声波探伤标准按《焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定》GB11345-2013执行，探伤结果评定按《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011附录F2的规定执行，

射线探伤检验标准按《金属熔化焊焊接接头照相》GB3323-2005执行。

磁粉探伤检验标准：《无损检测焊缝磁粉检测》JB/T6061-2007。

焊缝缺陷修补：焊缝外观检查超出允许偏差及无损检验发现存在超出允许范围的缺陷，必须进行磨修及返修。

1)焊波、余高超标、焊缝咬边≤1mm时，采用砂轮机修磨匀顺。

2)焊脚尺寸不足、焊缝咬边＞1mm时，可采用手工电弧焊或CO2气体保护焊进行补焊，然后用砂轮机修磨匀顺。

3)焊缝内部缺陷的返修，先用碳弧气刨或砂轮机将缺陷清除干净后，再采用手工电弧焊或CO2气体保护焊进行焊接，焊条使用J507碱性焊条。焊前预热50～100℃。

4)焊接裂纹清除时应沿裂纹两端各外延50mm，且应刨出不陡于1:5的斜坡，焊接坡口要求光顺圆滑，打磨掉尖角缺口，焊前预热100～150℃，防止裂纹扩展。

5)返修焊缝焊后均要求打磨光顺，其质量要求与原焊缝相同，返修焊缝的最小长度大于50mm。

6)焊缝同一部位的返修次数不宜超过两次；超过两次以上的返修在查明原因后制定相应的返修工艺；返修工艺须经技术总负责人同意、监理工程师批准后才能实施。

切除临时连接板时留下的缺陷——伤及钢材表面深度大于0.1mm小于1mm的缺陷应用砂轮磨平，深度超过1mm者，用手工补焊后砂轮修整。

咬边——深度小于0.5mm用砂轮磨顺，深度大于0.5mm用手工补焊后砂轮修整。

焊缝裂纹或热影响区裂纹——应查明原因，用碳弧气刨清除缺陷，提出防止措施，返修焊预热100～150℃，用原焊接方法进行返修焊(焊缝长小于200mm可用手工焊)。

气孔、夹渣、未熔透、凹坑等缺陷——用碳弧气刨清除缺陷，用手工焊返修，预热50～100℃，焊后磨顺。

自动焊、半自动焊起弧或落弧的凹坑——自动、半自动起弧或落弧的凹坑，如要继续施焊或补焊时，必须将原弧坑部分或被清除部位的两端，刨成不陡于1:5的斜坡，再继续焊接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.异形截面箱式钢结构流线型钢拱制造方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1、节段划分；相邻焊缝需错开间距，间距大于200mm，即分段对接缝顶板、腹部、底板纵向位置错开最少200mm，同时还应避开内部隔板位置，节段共分为13节，依次定义为A端至M段；

S2、零件放样及下料；采用计算机三维放样技术，对钢箱梁各构件进行准确放样，其中预拱度在下料编程进行优化，由于钢拱线型的特殊性，各隔板、腹板不可以直接累加预拱数值，需将钢拱成型线型的基准点做出相切圆植入编程后进行叠加，确保部件下料的准确性；

S3、单元件制作；考虑到钢拱顶板、底板、腹板的曲线较大，加工单元件后不利于线形控制，因此顶板、底板、腹板加劲肋均采用总成时散装；只有钢拱横隔板需要制作单元件，

a)、零件检查：检查零件编号、外形尺寸、板厚；

b)、人孔加劲圈装焊：安装隔板人孔加劲圈，加劲圈宽度中心线对齐板厚中心线安装，焊接时先焊接加劲圈与隔板角焊缝，后焊接加劲圈对接焊缝；

c)、单元件矫正：将单元件置于检验、矫正胎架上，检查单元件平面度和板边平直度；变形采用火焰矫正，矫正温度控制在600℃~800℃之间，自然冷却，严禁过烧、锤击和水冷；

d)、单元检查及标记：检查单元件长度、宽度、对角线、焊接质量、不平度，合格单元件进行标识后转入存放；

S4、钢拱组装；

a)、钢拱线型控制：以钢拱设计截面左侧为胎架面，通过在地面放样画地样线，总成时通过地样线控制钢拱线形；

b)、钢拱拱梁结合处的制造线型：钢拱在放样时需考虑温度调差，将拱梁结合处按主梁安装实测高程、温度及厂内预组装现场温度计算对比后进行放样；

c)、钢拱胎架制造：钢拱胎架采用钢管作为立柱，H型钢作为横梁，槽钢作为模板支撑架，通过控制模板高程来控制钢拱线性，

d)、钢拱匹配检查：检查拱肋线形；修正对接端口；修正分段长度；制作梁段标记、标识；

e)、钢拱试装：分别以A段、F段、M段拱脚处为基准，分别向拱顶方向依次试装配；钢拱试装时工地测量点要求采用样冲标记在顶板底板上，测量点布置在距离理论端口线300mm处，顶板底板板宽中心线，板边各3个点，样冲标记应清晰准确；测量安装现场2#、3#、4#墩拱脚横梁与拱脚连接处坐标、吊点横梁吊耳处坐标；钢拱各段单件匹配制造时拉索吊耳暂不焊接，检查拉索吊耳位置，并与现场测量数据进行比对，确认无误后待整体验收，验收合格进行焊接；

S5、钢拱焊接；隔板单元件制作和顶底腹板对接焊缝均使用埋弧自动焊和CO₂气保焊；棱角焊缝和横隔板角焊缝均使用CO₂气保焊；定位焊缝焊接和附属设施焊接均使用CO₂气保焊和手工电弧焊；为保证钢拱焊缝质量，所有焊缝尽量采用平位焊接；

S6、防腐涂装；按照设计涂装体系执行，涂装体系长效性不得低于25年；

S7、包装运输；钢拱各节段均为不规则形状，运输发货前需根据外形尺寸、重量进行包装及运输车辆策划，关键部位采用托架支撑，防止构件变形损坏。

2.根据权利要求1所述的异形截面箱式钢结构流线型钢拱制造方法，其特征在于：S2中下料保证主要构件受力方向与钢材轧制方向一致；钢板及大型零件的起吊转运采用磁力吊具，扁钢加劲板采用专用吊具起吊。

3.根据权利要求2所述的异形截面箱式钢结构流线型钢拱制造方法，其特征在于：钢板采用数控等离子或火焰切割下料。

4.根据权利要求1所述的异形截面箱式钢结构流线型钢拱制造方法，其特征在于：步骤S4的d)中每轮梁段预拼完成后，对应符合地样测量分段长度，并将该长度与理论长度比较，零件下料时普通分段均加长30mm，合拢段加长100mm，匹配制造时必须确保分段长度不小于理论长度；

梁段拼焊检测合格后，采用激光经纬仪、钢尺仪器工具，按工艺要求绘制梁段纵横中心线、吊点定位线、端口检查线及梁段桥上吊装时标高测量点各类标记，并在梁段内侧腹板上装焊梁段钢字编号，以便梁段在吊装过程中易于辨别。

5.根据权利要求1所述的异形截面箱式钢结构流线型钢拱制造方法，其特征在于：S5中焊缝在焊缝金属冷却后进行外观检查，不得有裂纹、未熔合、焊瘤、夹渣、未填满弧坑及漏焊；焊缝施焊24小时，经外观检验合格后，再进行无损检验。

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