CN113718631A - 钢桥梁双曲抛物面薄板密肋板单元及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢桥梁双曲抛物面薄板密肋板单元及制作方法，结构数字化建模→零件放样→数控下料→自动划线→冷压一次成型→制作工装→热矫二次成型→组装板单元加劲肋→板单元焊接→结构焊接检测→变形修整→组焊剪力钉→组装钢筋。优点：一是解决了钢桥梁双曲抛物面结构信息表达问题，实现了施工信息的有效传递；二是解决了钢桥梁双曲抛物面曲面板成型问题，其成型精度达到了设计、标准相关要求；三是实现了项目双曲抛物面板单元制造任务要求，保证了项目施工质量和进度；四是提升了钢桥梁复杂曲线结构加工制造技术水平，促进钢桥梁制造技术的不断发展。

Description

钢桥梁双曲抛物面薄板密肋板单元及制作方法

技术领域

本发明涉及一种塔柱部分外壁板单元的断面为R1m、R3m圆弧曲线，上下圆弧不同心、半径相同、弧长不同，板单元竖向为任意曲线，形成了类似马鞍面或者双曲抛物面结构的钢桥梁双曲抛物面薄板密肋板单元及制作方法，属特大型钢混桥梁制造领域。

背景技术

国内参建的钢结构桥梁，主要以直线型结构为主，二维曲线结构（有一个方向为曲线）次之；但随着我国钢桥梁建造水平的提升，人民日益增长的物质文化需求，钢桥梁呈现多元化发展，三维曲线结构（空间曲线结构）渐渐成为钢桥梁建造的亮点；三维曲线结构中的扭曲面结构可近似展开，其加工制造技术瓶颈已攻克；而对于双曲抛物面结构，其板单元制作技术仍是技术难题。如果采用传统二维曲线板成型方法，难以准确表达零件尺寸，其冷压、滚弯成型只能进行一个方向的弯曲，无法达到双曲抛物面双向曲线线形的要求；采用扭曲线形板的多点顶压方案，由于结构曲率小，线形变化大，难以实现大行程的顶压控制，且线形精度无法保证。

发明内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种塔柱部分外壁板单元的断面为R1m、R3m圆弧曲线，上下圆弧不同心、半径相同、弧长不同，板单元竖向为任意曲线，形成了类似马鞍面或者双曲抛物面结构的钢桥梁双曲抛物面薄板密肋板单元及制作方法。

设计方案：为了实现上述设计目的。本发明在方案设计上，针对钢桥梁双曲抛物面板单元结构线形加工问题，结合钢桥梁制造工艺流程，采用数字化模型进行零件放样，数控精切下料，激光自动划线，主要曲线方向冷压成型，采用工装、热矫正措施实现双曲面成型，顶紧组拼横竖肋，采用小线能量工艺焊接，组装横竖向钢筋等工艺措施制作。

上述钢桥梁双曲抛物面板单元制造方案，采用既有生产设备，研发了系列针对双曲抛物面板单元结构放样、零件加工、曲面成型、板单元组焊与预焊件安装等施工措施，从结构放样、加工到板单元制作完成，均有相应措施保证过程质量，能够有效的保证双曲抛物面板单元制造精度要求，该方法方便易行、实用性强，值得在此类结构制造中广泛推广。

结构方案：针对钢桥梁双曲抛物面板单元结构特点，拟采用以下制造工艺流程：结构数字化建模→零件放样→数控下料→自动划线→冷压一次成型→制作工装→热矫二次成型→组装板单元加劲肋→板单元焊接→结构焊接检测→变形修整→组焊剪力钉→组装钢筋。

根据设计结构进行BIM数字化建模，将双曲抛物面线形分解为两个方向的近似线形，利用软件的钣金展开功能，实现双曲抛物面零件的近似展开，得到零件轮廓尺寸；采用数控精密切割设备焰切下料，并根据冷弯成型工艺要求布设折弯线，采用激光自动划线机床布划零件各折弯线，按折弯线利用专用冷压机械进行零件一个方向的曲线预弯，再在双曲抛物面板单元专用胎型上进行热矫正成型，使其线形与胎型支撑密贴后固定；组装数控精密切割制作的曲线板肋，使其板肋与曲面板密切，采用小线能量的CO₂气体保护焊对称施焊，焊接过程中采用马固方式进行焊接变形约束，焊后进行结构线形与焊缝质量检测，对于焊接引起的局部变形采用热矫正予以修整；按要求布设剪力钉位置线，施焊板单元上剪力钉，在横竖肋中穿入已加工好的钢筋并采用定位工装临时固定。

技术方案：一种钢桥梁双曲抛物面薄板密肋板单元制作方法，结构数字化建模→零件放样→数控下料→自动划线→冷压一次成型→制作工装→热矫二次成型→组装板单元加劲肋→板单元焊接→结构焊接检测→变形修整→组焊剪力钉→组装钢筋。

本发明与背景技术相比，一是解决了钢桥梁双曲抛物面结构信息表达问题，实现了施工信息的有效传递；二是解决了钢桥梁双曲抛物面曲面板成型问题，其成型精度达到了设计、标准相关要求；三是实现了项目双曲抛物面板单元制造任务要求，保证了项目施工质量和进度；四是提升了钢桥梁复杂曲线结构加工制造技术水平，促进钢桥梁制造技术的不断发展。

附图说明

图1是双曲抛物面板单元结构示意图。

图2是双曲抛物面制造信息表达示意图。

图3是图1中A-A向剖视示意图。

图4是双曲抛物面板制作胎型断面示意图。

图5是是双曲抛物面板制作胎型侧面示意图。

图6是双曲抛物面板单元组装顺序示意图。

图7是双曲抛物面板单元及钢筋安装实例图片，目的是为了说明本发明，如不符合要求，可以删除。

具体实施方式

实施例1：参附图1-7。一种钢桥梁双曲抛物面薄板密肋板单元制作方法，结构数字化建模→零件放样→数控下料→自动划线→冷压一次成型→制作工装→热矫二次成型→组装板单元加劲肋→板单元焊接→结构焊接检测→变形修整→组焊剪力钉→组装钢筋。

具体制作方案为：根据设计结构进行BIM数字化建模，将双曲抛物面线形分解为两个方向的近似线形，利用软件的钣金展开功能，实现双曲抛物面零件的近似展开，得到零件轮廓尺寸；采用数控精密切割设备焰切下料，并根据冷弯成型工艺要求布设折弯线，采用激光自动划线机床布划零件各折弯线，按折弯线利用专用冷压机械进行零件一个方向的曲线预弯，再在双曲抛物面板单元专用胎型上进行热矫正成型，使其线形与胎型支撑密贴后固定；组装数控精密切割制作的曲线板肋，使其板肋与曲面板密切，采用小线能量的CO2气体保护焊对称施焊，焊接过程中采用马固方式进行焊接变形约束，焊后进行结构线形与焊缝质量检测，对于焊接引起的局部变形采用热矫正予以修整；按要求布设剪力钉位置线，施焊板单元上剪力钉，在横竖肋中穿入已加工好的钢筋并采用定位工装临时固定。

工艺方法：根据钢桥梁双曲抛物面板单元特征，结合加工制造工艺方法，其双曲抛物面板单元施工技术要点如下：

（1）双曲抛物面制造信息表达要点：双曲抛物面结构线形特殊，采用传统的工程图难以表达线形特征，无法指导现场施工作业。为了精确、有效的展示双曲抛物面结构信息，特采用CATIA三维建模软件，进行结构信息化建模，通过数字化模型将双曲抛物面线形投影在两个正交面上，通过控制两个方向的线形实现整体线形精度；双曲抛物面零件的轮廓尺寸，通过三维软件的钣金展开功能进行近似放样，并直接转化为零件数控下料编译程序。双曲抛物面板的板肋，通过模型放样曲线轮廓尺寸，直接编译为下料程序。为了双曲抛物面成型施工控制，在曲面板上布设机械折弯线、组装基准线，直接转化在双曲抛物面展开零件上。

（2）双曲抛物面零件加工与成型工艺要求：按照数字化模型展开放样的零件尺寸，结合结构板肋数量、焊接要求，预留各向工艺留量，采用高精度数控下料机床焰切下料，并采用仿形切割机进行周边焊接坡口加工。按放样出的折弯线、组装基准线信息，在专用平台上采用激光数控划线机床布划，基准线双面划线，作为后续板单元组拼的基准。根据双曲抛物面线形特征，先对曲率半径小的圆弧变截面曲线进行加工，主要采用冷压成型设备进行冷弯，在冷弯过程中，严格控制冷压曲线线形，并采用专用样板进行不间断的检测，确保圆曲线匀顺、上下端曲率半径。根据每个曲面板线形，设计可调整式曲面成型胎型（胎型增设双向预变形量），将一次成型的双曲抛物面板就位，采用热矫正方法进行圆弧法线方向曲线成型，最终使双曲抛物面板达到胎型线形，并采用临时马固措施固结。

（3）双曲抛物面板单元组焊成型工艺要求：由于双曲抛物面线形的影响，采用以往项目组拼顺序（先组焊竖向肋，后组焊横向肋），将使纵横肋干涉无法组装。为了控制组装精度和约束焊接变形，先按线组装横向肋，再由端部穿入竖向肋，使各板肋与曲面板密切，横竖肋之间顶紧；先分中、对称焊接曲面板与横向肋的连接焊缝，作为主要曲线线形的内支撑结构，再分中、对称焊接曲面板与竖向肋的连接焊缝，焊接采用线能量小的CO2气体保护焊工艺，焊接过程中注意控制焊接参数，尽量减少焊接变形，避免翘曲变形。焊接完成后，解除刚性约束，对其线形、焊缝进行整体检测，采用热矫正修整焊接局部角变形，修正板单元纵横基准线作为后期施工的基准。

（4）双曲抛物面板单元剪力钉、钢筋组焊要点：双曲抛物面板上密布剪力钉，通过基准线进行剪力钉位置布设，采用拉弧焊机进行剪力钉的焊接，板单元接缝区域的剪力钉待接缝施焊完成后补焊。环向、竖向钢筋均采用I级螺纹连接接头，采用牵引、顶推等方式进行安装。为了保证竖向钢筋在孔中的定位，同时不影响桥位安装时的接头精确连接，特设计了钢筋定位专用工装，保证钢筋定位准确，施工安全。根据曲线线形，板单元环向钢筋为曲线，考虑钢筋锚固端构造，由螺纹端向板单元竖向肋的孔群依次穿入，并采用引导系统辅助，保证钢筋安装速度。

双曲抛物面薄板密肋板单元制作方法，是基于以往桥梁钢结构制造经验，结合项目特点采用的系列工艺措施，通过试验件试制、过程分析、结果检测与评估，综合确定的成套技术。在依托项目实施中，通过不断优化工艺方法，精确控制制作胎型精度，提高人员综合技术水平，使产品质量稳步提高，保证了双曲抛物面薄板密肋板单元的制造效率和产品质量。

钢桥梁双曲抛物面薄板密肋板单元制作方法，适用于双曲薄板复杂线形板单元制作，能够实现板单元制作的流水化施工，保证曲面板的线形精度，所采用工艺方法成熟稳定，适应性强，是实现双曲抛物面薄板密肋板单元制造技术的新突破，值得类似项目借鉴，其工艺方法具有推广价值。

实施例2：参照附图1-7。一种钢桥梁双曲抛物面薄板密肋板单元，双曲抛物面薄板密肋板单元中多条壁板横向肋2与曲面壁板4紧密配合，多条壁板竖向肋1与曲面壁板4紧密配合构成的断面圆曲线所有断面3等径，纵向矢高曲线所有断面6不等。自上而下或自下而上的多条壁板横向肋2间穿有多条钢筋5。

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 (4)

1.一种钢桥梁双曲抛物面薄板密肋板单元制作方法，其特征是：结构数字化建模→零件放样→数控下料→自动划线→冷压一次成型→制作工装→热矫二次成型→组装板单元加劲肋→板单元焊接→结构焊接检测→变形修整→组焊剪力钉→组装钢筋。

2.根据权利要求1所述的钢桥梁双曲抛物面薄板密肋板单元制作方法，其特征是：根据设计结构进行BIM数字化建模，将双曲抛物面线形分解为两个方向的近似线形，利用软件的钣金展开功能，实现双曲抛物面零件的近似展开，得到零件轮廓尺寸；采用数控精密切割设备焰切下料，并根据冷弯成型工艺要求布设折弯线，采用激光自动划线机床布划零件各折弯线，按折弯线利用专用冷压机械进行零件一个方向的曲线预弯，再在双曲抛物面板单元专用胎型上进行热矫正成型，使其线形与胎型支撑密贴后固定；组装数控精密切割制作的曲线板肋，使其板肋与曲面板密切，采用小线能量的CO2气体保护焊对称施焊，焊接过程中采用马固方式进行焊接变形约束，焊后进行结构线形与焊缝质量检测，对于焊接引起的局部变形采用热矫正予以修整；按要求布设剪力钉位置线，施焊板单元上剪力钉，在横竖肋中穿入已加工好的钢筋并采用定位工装临时固定。

3.一种钢桥梁双曲抛物面薄板密肋板单元，其特征是：双曲抛物面薄板密肋板单元中多条壁板横向肋（2）与曲面壁板（4）紧密配合，多条壁板竖向肋（1）与曲面壁板（4）紧密配合构成的断面圆曲线所有断面（3）等径，纵向矢高曲线所有断面（6）不等。

4.根据权利要求1所述的钢桥梁双曲抛物面薄板密肋板单元，其特征是：自上而下或自下而上的多条壁板横向肋（2）间穿有多条钢筋（5）。

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