CN116791485A - 一种钢箱梁节段预拼装的精度控制方法 - Google Patents

一种钢箱梁节段预拼装的精度控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种钢箱梁节段预拼装的精度控制方法，涉及桥梁拼装技术领域。所述方法包括：确定预拼装的关键参数；利用钢箱梁节段模型，计算钢箱梁重量引起的位移以及温度效应引起的位移，并根据钢箱梁顶、底板的环焊情况确定环焊缝收缩位移；基于纵向基准线、横向基准线、钢箱梁重量引起的位移、温度效应引起的位移和环焊缝收缩位移，在胎架上进行钢箱梁节段的匹配件焊接，得到预拼装梁段；钢箱梁节段的焊接包括焊接匹配件、U肋及板肋嵌补段长度量配；利用全站仪检验预拼装梁段的控制点坐标和整体尺寸偏差。本发明能够准确考虑重量、温度作用及焊接收缩等引起的位移，从而有效提高钢箱梁的桥位现场安装精度。

Description

一种钢箱梁节段预拼装的精度控制方法
技术领域
本发明涉及桥梁拼装技术领域，特别是涉及一种钢箱梁节段预拼装的精度控制方法。
背景技术
目前，大跨度桥梁的钢箱梁均采用分节段工厂化制造，为了确保在桥位现场快速、安全地实施高精度节段安装，通常需要在场地胎架上先进行节段预拼装，如发现钢箱梁的线形和尺寸存在偏差，可据此对钢箱梁的线形和尺寸进行修正、调整，从而提前解决实桥安装中的潜在问题。近年来，基于计算机和三维测量技术的虚拟预拼装方法，因无需占用预拼装场地且人力成本低等优点，而逐渐得到推广应用。然而，虚拟预拼装方法并不能准确反映及预测实际的拼装误差，如钢箱梁的重量、拼装场地的环境与结构温度等影响节段拼装精度的主要因素，因此，在场地胎架上进行实体钢箱梁节段预拼装工序有着不可取代的优势，尤其对于安装精度要求较高的大跨度钢箱梁桥。
发明内容
本发明的目的是提供一种钢箱梁节段预拼装的精度控制方法，能够准确考虑重量、温度作用及焊接收缩等引起的位移，从而有效提高钢箱梁的桥位现场安装精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种钢箱梁节段预拼装的精度控制方法，包括：
确定预拼装的关键参数；所述关键参数包括钢箱梁节段的预拼装数量、纵向基准线、横向基准线、钢箱梁重量、测量温度和控制点坐标；
利用钢箱梁节段模型，计算钢箱梁重量引起的位移以及温度效应引起的位移，并根据钢箱梁顶、底板的环焊情况确定环焊缝收缩位移；所述温度效应包括在整体温差及竖向温度梯度的作用；所述整体温差为所述测量温度与设计基准温度的差值；
基于所述纵向基准线、所述横向基准线、所述钢箱梁重量引起的位移、所述温度效应引起的位移和所述环焊缝收缩位移，在胎架上进行钢箱梁节段的匹配件焊接，得到预拼装梁段；所述钢箱梁节段的匹配件焊接包括焊接匹配件、U肋及板肋嵌补段长度量配；
利用全站仪检验所述预拼装梁段的控制点坐标和整体尺寸偏差。
可选地，所述钢箱梁节段的预拼装数量为n+1个；其中前n个钢箱梁节段在预拼装完成之后运至桥位现场进行实桥拼装，剩余1个钢箱梁节段参与下一阶段的预拼装。
可选地，基于所述纵向基准线、所述横向基准线、所述钢箱梁重量引起的位移、所述温度效应引起的位移和所述环焊缝收缩位移，在胎架上进行钢箱梁节段的匹配件焊接，得到预拼装梁段，具体包括：
将所述钢箱梁节段按照胎架上的纵向基准线和横向基准线进行预拼接；
根据所述钢箱梁重量引起的位移、所述温度效应引起的位移和所述环焊缝收缩位移进行钢箱梁节段的匹配件焊接，得到预拼装梁段。
可选地，根据所述钢箱梁重量引起的位移、所述温度效应引起的位移和所述环焊缝收缩位移进行钢箱梁节段的匹配件焊接，得到预拼装梁段，具体包括：
根据所述钢箱梁重量引起的位移、所述温度效应引起的位移和所述环焊缝收缩位移进行钢箱梁节段的匹配件焊接，之后进行钢箱梁端部的U肋、板肋嵌补段长度量配，得到预拼装梁段，并预留内、外腹板端部焊缝待桥位拼装时再施焊。
可选地，利用钢箱梁节段模型，计算钢箱梁重量引起的位移以及温度效应引起的位移，具体包括：
利用压力传感器或液压千斤顶对每个所述钢箱梁节段的重量进行测量；
在每个所述钢箱梁节段设置长度、标高和轴线测量控制点；控制点的位置根据施工监控的实际情况确定，利用全站仪测量钢箱梁的长度、标高及轴线坐标；
采用红外线测温仪分别测量钢箱梁节段的顶板、腹板和底板中关键温度测点的测量温度；
利用有限元计算方法构建钢箱梁节段模型，并利用所述钢箱梁节段模型计算钢箱梁重量引起的位移以及温度效应引起的位移。
可选地，所述竖向温度梯度为非线性分布，且所述非线性分布的分布模式采用三次多项式表示。
可选地，所述环焊缝收缩位移为焊缝宽度的1/3。
可选地，所述钢箱梁节段的匹配件焊接在接近设计基准温度值的稳定温度时段及风力较小的环境中进行。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种钢箱梁节段预拼装的精度控制方法，所述方法包括确定预拼装的关键参数；所述关键参数包括钢箱梁节段的预拼装数量、纵向基准线、横向基准线、钢箱梁重量、测量温度和控制点坐标；利用钢箱梁节段模型，计算钢箱梁重量引起的位移以及温度效应引起的位移，并根据钢箱梁顶、底板的环焊情况确定环焊缝收缩位移；所述温度效应包括在整体温差及竖向温度梯度的作用；所述整体温差为所述测量温度与设计基准温度的差值；基于所述纵向基准线、所述横向基准线、所述钢箱梁重量引起的位移、所述温度效应引起的位移和所述环焊缝收缩位移，在胎架上进行钢箱梁节段的匹配件焊接，得到预拼装梁段；所述钢箱梁节段的匹配件焊接包括焊接匹配件、U肋及板肋嵌补段长度量配；利用全站仪检验所述预拼装梁段的控制点坐标和整体尺寸偏差。本发明基于上述预拼接的控制方法能够准确考虑重量、温度作用及焊接收缩等引起的位移，从而有效提高钢箱梁的桥位现场安装精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明钢箱梁节段预拼装的精度控制方法的流程示意图；
图2为本实施例中钢箱梁胎架预拼装横截面图；
图3为本实施例中钢箱梁胎架预拼装立面图；
图4为本实施例中钢箱梁胎架预拼装平面图；
图5为本实施例中钢箱梁的竖向温度梯度曲线图。
附图标记：
1、钢箱梁节段；2、胎架；3、匹配件；4、液压千斤顶；5、节段环焊缝；6、标高控制点；7、横向基准线；8、纵向基准线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种钢箱梁节段预拼装的精度控制方法，能够准确考虑重量、温度作用及焊接收缩等引起的位移，从而有效提高钢箱梁的桥位现场安装精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种钢箱梁节段预拼装的精度控制方法，包括：
步骤100：确定预拼装的关键参数；所述关键参数包括钢箱梁节段1的预拼装数量、纵向基准线8、横向基准线7、钢箱梁重量、测量温度和控制点坐标；其中，所述钢箱梁节段1的预拼装数量为n+1个；其中前n个钢箱梁节段1在预拼装完成之后运至桥位现场进行实桥拼装，剩余1个钢箱梁节段1参与下一阶段的预拼装。
步骤200：利用钢箱梁节段1模型，计算钢箱梁重量引起的位移以及温度效应引起的位移，并根据钢箱梁顶、底板的环焊情况确定环焊缝收缩位移；所述温度效应包括在整体温差及竖向温度梯度的作用；所述整体温差为所述测量温度与设计基准温度的差值。所述竖向温度梯度为非线性分布，且所述非线性分布的分布模式采用三次多项式表示。
步骤300：基于所述纵向基准线8、所述横向基准线7、所述钢箱梁重量引起的位移、所述温度效应引起的位移和所述环焊缝收缩位移，在胎架2上进行钢箱梁节段1的匹配件焊接，得到预拼装梁段；所述钢箱梁节段1的匹配件焊接包括焊接匹配件3、U肋及板肋嵌补段长度量配。
步骤400：利用全站仪检验预拼装梁段的控制点坐标和整体尺寸偏差。
步骤200中钢箱梁重量及温度效应引起的位移的确定方法为：
利用压力传感器或液压千斤顶4对每个所述钢箱梁节段1的重量进行测量；在每个所述钢箱梁节段1设置长度、标高和轴线测量控制点；控制点的位置根据施工监控的实际情况确定，利用全站仪测量钢箱梁的长度、标高及轴线坐标；采用红外线测温仪分别测量钢箱梁节段1的顶板、腹板和底板中关键温度测点的测量温度；利用有限元计算方法构建钢箱梁节段1模型，并利用所述钢箱梁节段1模型计算钢箱梁重量引起的位移以及温度效应引起的位移。
步骤300的一种具体实施方式，包括：
将所述钢箱梁节段1按照胎架2上的纵向基准线8和横向基准线7进行预拼接；根据所述钢箱梁重量引起的位移、所述温度效应引起的位移和所述环焊缝收缩位移进行钢箱梁节段1的匹配件焊接，得到预拼装梁段。钢箱梁节段1的匹配件焊接的过程为：
根据所述钢箱梁重量引起的位移、所述温度效应引起的位移和所述环焊缝收缩位移进行钢箱梁节段1的匹配件3焊接，之后进行钢箱梁端部的U肋、板肋嵌补段长度量配，得到预拼装梁段，并预留内、外腹板端部焊缝待桥位拼装时再施焊。
作为一种具体实施例，所述环焊缝收缩位移为焊缝宽度的1/3。所述钢箱梁节段1的焊接在接近设计基准温度值的稳定温度时段及风力较小的环境中进行。
基于上述技术方案，提供如下所示实施例。
(1)钢箱梁分段制造，制造完成后依次吊装至胎架2上，如图2-图4所示，其中第1段钢箱梁与胎架2的支撑墩刚性连接以起到固定支座的作用，在确保钢箱梁处于自由状态下进行预拼装，每一轮预拼装的梁段数量为n+1个，其中前n个钢箱梁节段1在预拼装完成之后运至桥位现场进行实桥拼装，具体数量应根据钢箱梁的实际制造与施工情况确定，剩余1个梁段参与下一阶段的预拼装，依次类推。
(2)在预拼装胎架2上确定纵向基准线8和横向基准线7，如图4所示，钢箱梁节段1按照纵向基准线8和横向基准线7进行预拼装；预拼装需要控制钢箱梁的纵向线形、长度、拱度，其中线形通过液压千斤顶4控制，拱度通过匹配件3垫板控制；同时，还需修整顶板、底板的长度和环缝坡口，检查并矫正环缝两侧构件的匹配性。
(3)在尽量接近设计基准温度值的稳定温度时段及风力较小的情况下进行预拼装作业。
(4)精确测量钢箱梁结构参数，并准确计算关键因素引起的钢箱梁位移，包括：
1)利用压力传感器或液压千斤顶4对每个钢箱梁节段1的重量进行精确测量。
2)在每个钢箱梁节段1设置长度、标高、轴线测量控制点，控制点的位置根据施工监控的实际情况确定，利用全站仪测量钢箱梁的长度、标高及轴线坐标。
3)采用红外线测温仪准确测试钢箱梁顶板、腹板、底板中关键温度测点的温度值。
4)运用有限元软件建立钢箱梁节段1模型，计算自重及温度作用下的位移，其中钢箱梁考虑整体温差及竖向温度梯度，整体温差即为相较于设计基准温度的差值，可通过在有限元计算模型中设置等温差模式计算整体温差引起的位移。
钢箱梁的竖向温度梯度为非线性分布，如图5所示，其分布模式采用三次多项式：
Ty＝(A1y3+A2y2+A3y+A4)T0
式中，.y是顶板上表面至计算点的竖向距离；T0是钢箱梁截面最大竖向温差；Ty是上表面至计算点处的竖向温差；A1～A4是系数，可根据一个节段钢箱梁的实测温度场进行数据拟合确定；h为钢箱梁的梁高。
将竖向温度梯度分布模式添加至有限元模型中即可求得温度梯度作用下的位移。
5)钢箱梁环焊是在桥位现场实施，预拼装中需将环焊缝的焊接收缩量考虑进来，根据既有工程中的钢箱梁顶、底板的环焊情况，可将环焊缝的焊接收缩量按焊缝宽度的1/3取值。
(5)根据以上的测量值与计算位移值，进行钢箱梁节段1匹配件3焊接，之后进行以下工序：
1)钢箱梁端部的U肋、板肋嵌补段长度量配。
2)将钢箱梁的内、外腹板端部焊缝留150mm，待桥位拼装时再施焊，以便梁段对接时调校各板的相互位置。
(6)预拼装完成后，在温度相对稳定的时段内，采用全站仪检验控制点坐标和整体尺寸偏差。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种钢箱梁节段预拼装的精度控制方法，其特征在于，包括：
确定预拼装的关键参数；所述关键参数包括钢箱梁节段的预拼装数量、纵向基准线、横向基准线、钢箱梁重量、测量温度和控制点坐标；
利用钢箱梁节段模型，计算钢箱梁重量引起的位移以及温度效应引起的位移，并根据钢箱梁顶、底板的环焊情况确定环焊缝收缩位移；所述温度效应包括在整体温差及竖向温度梯度的作用；所述整体温差为所述测量温度与设计基准温度的差值；
基于所述纵向基准线、所述横向基准线、所述钢箱梁重量引起的位移、所述温度效应引起的位移和所述环焊缝收缩位移，在胎架上进行钢箱梁节段的匹配件焊接，得到预拼装梁段；所述钢箱梁节段的匹配件焊接包括焊接匹配件、U肋及板肋嵌补段长度量配；
利用全站仪检验所述预拼装梁段的控制点坐标和整体尺寸偏差。
2.根据权利要求1所述的钢箱梁节段预拼装的精度控制方法，其特征在于，所述钢箱梁节段的预拼装数量为n+1个；其中前n个钢箱梁节段在预拼装完成之后运至桥位现场进行实桥拼装，剩余1个钢箱梁节段参与下一阶段的预拼装。
3.根据权利要求1所述的钢箱梁节段预拼装的精度控制方法，其特征在于，基于所述纵向基准线、所述横向基准线、所述钢箱梁重量引起的位移、所述温度效应引起的位移和所述环焊缝收缩位移，在胎架上进行钢箱梁节段的匹配件焊接，得到预拼装梁段，具体包括：
将所述钢箱梁节段按照胎架上的纵向基准线和横向基准线进行预拼接；
根据所述钢箱梁重量引起的位移、所述温度效应引起的位移和所述环焊缝收缩位移进行钢箱梁节段的匹配件焊接，得到预拼装梁段。
4.根据权利要求3所述的钢箱梁节段预拼装的精度控制方法，其特征在于，根据所述钢箱梁重量引起的位移、所述温度效应引起的位移和所述环焊缝收缩位移进行钢箱梁节段的匹配件焊接，得到预拼装梁段，具体包括：
根据所述钢箱梁重量引起的位移、所述温度效应引起的位移和所述环焊缝收缩位移进行钢箱梁节段的匹配件焊接，之后进行钢箱梁端部的U肋、板肋嵌补段长度量配，得到预拼装梁段，并预留内、外腹板端部焊缝待桥位拼装时再施焊。
5.根据权利要求1所述的钢箱梁节段预拼装的精度控制方法，其特征在于，利用钢箱梁节段模型，计算钢箱梁重量引起的位移以及温度效应引起的位移，具体包括：
利用压力传感器或液压千斤顶对每个所述钢箱梁节段的重量进行测量；
在每个所述钢箱梁节段设置长度、标高和轴线测量控制点；控制点的位置根据施工监控的实际情况确定，利用全站仪测量钢箱梁的长度、标高及轴线坐标；
采用红外线测温仪分别测量钢箱梁节段的顶板、腹板和底板中关键温度测点的测量温度；
利用有限元计算方法构建钢箱梁节段模型，并利用所述钢箱梁节段模型计算钢箱梁重量引起的位移以及温度效应引起的位移。
6.根据权利要求1所述的钢箱梁节段预拼装的精度控制方法，其特征在于，所述竖向温度梯度为非线性分布，且所述非线性分布的分布模式采用三次多项式表示。
7.根据权利要求1所述的钢箱梁节段预拼装的精度控制方法，其特征在于，所述环焊缝收缩位移为焊缝宽度的1/3。
8.根据权利要求1所述的钢箱梁节段预拼装的精度控制方法，其特征在于，所述钢箱梁节段的匹配件焊接在接近设计基准温度值的稳定温度时段及风力较小的环境中进行。
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