CN217438712U - 异形曲线结构钢混组合塔节段 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种能够实现塔高方向为变截面且呈曲线变化的异形曲线结构钢混组合塔节段，钢混组合塔截面为异形曲线截面，由R1m、R3m圆弧曲线和过渡直线组成，塔高方向为变截面且呈曲线变化，塔柱节段由箱内壁板、曲线外壁板、分仓板、箱内连接件和横竖向钢筋组成。优点：采用异形曲线钢混组合塔结构设计，能够实现塔柱结构造型的独创性，充分展现各地文化与桥梁建设理念，同时避免了纯钢塔受力稳定性、用钢量大的问题，避免了混凝土结构造型单一的不足。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种能够实现塔高方向为变截面且呈曲线变化的异形曲线结构钢混组合塔节段，属特大型钢混桥梁制造领域。
背景技术
国内钢混组合塔技术应用始于南京长江第五大桥，开创了该类桥梁塔柱新结构体系。钢混组合塔结构设计灵活，适应特殊结构造型；利用钢壳作为浇筑混凝土的模板，减少了混凝土钢混组合塔的模板使用量；没有纯钢混组合塔的用钢量大，成本介于混凝土塔和钢混组合塔之间；发挥了钢与混凝土的优势，有利于结构耐久性。但是其构成的钢混组合塔节段断面无法实现异形、竖向也无法实现曲线结构，不能满足塔高方向为变截面且呈曲线变化的要求。因为塔高方向为变截面且呈曲线变化制造存在如下技术难点：⑴节段线形复杂，其节段线形制造、精度控制难度大；⑵结构组成零部件多、主要为异形，对节段结构组装与尺寸精度控制难；⑶节段主要结构以中厚板（16mm至24mm）为主，结构连接焊缝多，焊接变形对结构影响大；⑷节段结构体量大、线形复杂，其组拼检测与成品精度控制有难度。
发明内容
设计目的：设计一种能够实现塔高方向为变截面且呈曲线变化的异形曲线结构钢混组合塔节段。
设计方案：为了实现上述设计目的。本实用新型在方案设计上采取以下应对技术方案：
1、节段线形施工控制技术方案：通过数字化模型放样复杂曲线零件，采用设备、工装法保证零件曲线线形，在专用工装上制作曲线板单元，根据节段线形制作组拼工装并进行节段组拼，通过零件、板单元、节段分阶段线形控制，使节段整体线形符合设计要求。
2、节段组装精度控制技术方案：采用数字化模型放样零件，并增设工艺留量，利用高精度数控焰切设备下料，严格控制板单元组焊精度，在专用工装上以测量网精确定位各件，并在断面尺寸上留设2～4mm焊接收缩量。
3、节段焊接变形控制技术方案：根据节段组成板件厚度、接头形式，通过试验确定焊接坡口形式、焊接工艺；根据节段结构特点，规定各焊缝施焊顺序和焊接原则；对焊接量大，结构刚性弱的部位，采用临时支撑加固后焊接；对焊后变形进行矫正处理。
4、节段制造精度检测技术方案：节段在组拼过程中，通过独立于工装的测量基准网和高程控制点进行监测；节段成品采用激光三维扫描测量设备进行检测，综合判定节段精度偏差；节段之间的连接关系通过立式实体预拼装进行接口匹配精度检验。
结构方案：根据异形曲线结构钢混组合塔节段结构特征，结合钢结构制造工艺流程与施工技术，考虑钢混组合塔节段组成零件多、焊缝密集且易变形等特点，将钢混组合塔节段划分为若干板单元进行制作，再组焊为整体节段。该类节段制造关键工艺方案如下：
⑴零件加工方案：平面型零件按以往钢桥梁施工技术可以实施；对于曲线零件，通过数字化建模放样、智能化数控下料与划线、机械化加工，保证曲线零件的精度和线形。
⑵板单元制作方案：平面型板单元制作技术已成熟，已在南京长江第五大桥项目中得以应用；对于曲线型板单元制作，需根据各板单元线形特征，设计制作不同类型的组拼工装，保证板单元制作线形的控制要求；在专用可调式工装（由下部立柱、纵横梁、可调支撑件、立式限位架、施工平台等组成）上，进行板单元的组拼、焊接与变形矫正等工作，最后组装横竖向钢筋。
⑶节段组拼方案：根据节段结构特征，通过BIM数字化模型进行方案模拟，制定节段合理的组拼顺序；根据节段尺寸与线形，设计专用组拼工装，在工装约束下进行组成单元组拼；在各组成单元组拼过程中，采用全站仪、水准仪进行现场监测，保证各件组装精准。
⑷节段焊接方案：根据结构焊缝设计要求，通过工艺试验确定各接缝的坡口形式及焊接工艺；为了降低焊接变形量，采用临时工艺隔板、支撑进行刚性加固；为了避免异变形，根据结构对称的特点，节段结构焊缝采用对称施焊原则；为了施工操作性，采用分步阶段法进行结构焊接。
⑸附着钢筋连接与附属件安装：节段组焊完成后，连接各板单元之间横向钢筋接头，安装箱内拉结钢筋，安装节段内平台与爬梯等附属结构。
⑹节段成品检测方案：节段组焊完成后，对结构局部变形采用热矫正处理，节段整体采用激光三维扫描测量设备进行精度检测。
⑺节段预拼装：根据钢混组合塔节段结构特征，采用立式实体预拼装，模拟桥位安装状态，进行接口匹配精度检验。
技术方案：一种异形曲线结构钢混组合塔节段，钢混组合塔截面为异形曲线截面，由R1m、R3m圆弧曲线和过渡直线组成，塔高方向为变截面且呈曲线变化，塔柱节段由箱内壁板、曲线外壁板、分仓板、箱内连接件和横竖向钢筋组成。
本实用新型与背景技术相比，采用异形曲线钢混组合塔结构设计，能够实现塔柱结构造型的独创性，充分展现各地文化与桥梁建设理念，同时避免了纯钢塔受力稳定性、用钢量大的问题，避免了混凝土结构造型单一的不足。
附图说明
图1是大桥钢混组合塔节段示意图。
具体实施方式
实施例1：参附图1。一种异形曲线结构钢混组合塔节段，钢混组合塔截面为异形曲线截面，由R1m、R3m圆弧曲线和过渡直线组成，塔高方向为变截面且呈曲线变化，塔柱节段由箱内壁板1、曲线外壁板4、分仓板5、箱内连接件2和横竖向钢筋3组成。所述箱内壁板1为平面型板单元。所述曲线外壁板4为双向曲面板单元、扭曲板单元。所述分仓板5为平面型板单元。其制作方法：
⑴曲线零件加工工艺要点：根据设计结构与线形，采用数字化模型方式进行曲线零件的放样；结合结构加工工艺，在曲线零件上增设工艺留量；利用三维软件的钣金展开功能，获取曲线零件的二维轮廓；利用现有的编译软件生成程序性文件，采用数控切割设备下料、激光自动划线布置基准线；利用机械设备，进行零件周边加工、坡口开设等；采用冷压成型设备、热矫正措施进行零件的曲线成型。
⑵曲线板单元制作工艺要点：曲线型外壁板单元采用曲线工装制作，工装设计为可调整式活动工装，便于适应结构尺寸的变化；曲线外壁板在专用工装（主要由下部立柱、纵横梁、可调支撑件、立式限位架、施工平台组成）上成型后，采用刚性马固使其与工装固结，板肋与曲线外壁板顶紧组装；采用线能量小的CO2气体保护焊工艺进行板单元焊接，严格控制焊接顺序、对称焊、焊接参数等，降低变形量；焊接完成后，解除刚性马固进行板单元检测，采用热矫正工艺进行局部变形的修整，直至板单元精度符合标准要求；在板单元横竖肋钢筋孔中，依次穿入已加工好端部连接螺纹的钢筋，并采用临时限位板通过钢筋端部螺纹固定钢筋空间位置，保证后期钢筋连接精度与可调整性。
⑶节段组拼工艺要点：根据节段结构特征，规定各板单元组拼顺序，通过BIM数字化模型进行组拼方案模拟，不断优化组拼顺序，保证各单元顺利组拼；根据节段尺寸、线形，设计制作专用工装，工装底面平整度偏差小于2mm，布设内外板单元定位装置，工装外布设纵横向测量基准线和高程监测点；在工装上，以周边测量网为基准依次由内向外组拼各件，主要结构组装顺序为：内壁板单元→分仓板单元→双向曲线板单元→扭曲板单元→箱内连接件等，组装检测合格后，采用临时工艺隔板（功能：保证箱口尺寸、提高结构刚性）、马板等对关键部位进行刚性马固。
⑷节段焊接工艺要点：根据焊接工艺试验确定的坡口形式、焊接工艺与焊接材料，优先采用自动化焊接设备进行施焊；在节段的接口部位、板单元对接缝部位、T型交接部位增设工艺隔板、马板等刚性临时固结件，提高结构抗变形、焊接收缩的能力，对结构尺寸精度保证有利；根据节段结构特点与以往钢混组合塔焊接经验，按照对称焊接原则，规定严格的焊接顺序，使结构在焊接过程中应力接近均匀分布，避免节段整体产生扭曲变形；为了降低结构焊接内应力、便于焊接作业，节段采用阶段法（先焊接内壁板组成的内仓结构焊缝，再焊接分仓板、外壁板组成的箱体结构焊缝）进行结构焊接。
⑸壁板附着钢筋连接与附属件安装要点：节段组焊完成后，先用套筒机械连接壁板上的附着横向钢筋，再组装横向钢筋锚固端，最后组装箱内拉结钢筋；在电梯井道仓内，组焊电梯预焊件和停靠站平台；在人行爬梯通道安装斜梯、平台等结构。
⑹节段检测工艺要点：利用布设的局部检测网，采用全站仪对节段组成板单元的基准线进行监测，采用水准仪对组成板单元横基准线、节段顶标高进行监测，保证组拼精度可控；由于节段整体体量大、线形复杂，故引入激光三维扫描测量设备，对节段外露面进行整体扫略，获取实际制造实物模型，并将实物模型与理论模型采用最小二乘法拟合对比，取得节段的综合偏差报告。
⑺节段预拼装工艺要点：根据钢混组合塔断面结构与线形特点，适宜采用立式预拼装进行节段实体预拼装作业；考虑施工安全、流水化施工要求，采用模式进行预拼装；预拼装通过基准线对位、高程控制，保证连接接口匹配精度要求；在接口设置桥位对位线、安装桥位定位导向装置（根据钢混组合塔线形与特点进行设计）和检查接口、竖向钢筋对位精度。
需要理解到的是：上述实施例虽然对本实用新型的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本实用新型设计思路的简单文字描述，而不是对本实用新型设计思路的限制，任何不超出本实用新型设计思路的组合、增加或修改，均落入本实用新型的保护范围内。
Claims (1)
1.一种异形曲线结构钢混组合塔节段，其特征是：钢混组合塔截面为异形曲线截面，由R1m、R3m圆弧曲线和过渡直线组成，塔高方向为变截面且呈曲线变化，塔柱节段由箱内壁板（1）、曲线外壁板（4）、分仓板（5）、箱内连接件（2）和横竖向钢筋（3）组成；箱内壁板（1）为平面型板单元，曲线外壁板（4）为双向曲面板单元、扭曲板单元，分仓板（5）为平面型板单元；曲线外壁板在由下部立柱、纵横梁、可调支撑件、立式限位架、施工组成平台上成型，采用刚性马固使其与工装固结，板肋与曲线外壁板顶紧组装；在板单元横竖肋钢筋孔中，依次穿入已加工好端部连接螺纹的钢筋，并采用临时限位板通过钢筋端部螺纹固定钢筋空间位置；组装顺序为：内壁板单元→分仓板单元→双向曲线板单元→扭曲板单元→箱内连接件，先焊接内壁板组成的内仓结构焊缝，再焊接分仓板、外壁板组成的箱体结构焊缝；壁板附着钢筋连接与附属件安装要点：节段组焊完成后，先用套筒机械连接壁板上的附着横向钢筋，再组装横向钢筋锚固端，最后组装箱内拉结钢筋。
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| CN202121963707.4U CN217438712U (zh) | 2021-08-20 | 2021-08-20 | 异形曲线结构钢混组合塔节段 |
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| CN202121963707.4U Active CN217438712U (zh) | 2021-08-20 | 2021-08-20 | 异形曲线结构钢混组合塔节段 |
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|---|---|---|---|---|
| CN113718648A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-11-30 | 中铁宝桥集团有限公司 | 异形曲线结构钢混组合塔节段及制造工艺 |
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