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        空間變截面拱式鋼塔加工技術(shù)

        2013-09-04 10:41:52張友為
        天津建設(shè)科技 2013年5期
        關(guān)鍵詞:鋼塔夾角工裝

        □文 /張友為

        空間變截面拱式鋼塔加工技術(shù)

        □文 /張友為

        文章從對(duì)空間變截面拱式鋼塔加工的重點(diǎn)和難點(diǎn)分析入手,詳細(xì)闡述了鋼塔的加工工藝流程和操作要點(diǎn),使鋼斜塔的加工精度得到了良好地控制。

        空間;變截面;鋼塔;加工

        1 工程概況

        鋼塔在主梁結(jié)構(gòu)以上部分高79.5 m,傾角75°,為拱式變截面箱型,主梁從塔中穿過。主塔柱錨索區(qū)為鋼箱梁結(jié)構(gòu),斷面外形尺寸5.694 m×2.5 m~3.0 m×2.5 m,鋼塔箱梁鋼板厚度40 mm。主塔為拱式變截面箱型鋼塔,見圖1。

        2 鋼斜塔加工重點(diǎn)和難點(diǎn)

        1)構(gòu)成鋼塔的鋼板為Q345qD鋼板,由于鋼板比較厚,焊前焊后必須進(jìn)行熱處理,焊前預(yù)熱采用火焰加熱,同時(shí)在焊接過程中采取相應(yīng)的控制變形措施或采用反變形手段,保證鋼塔單元段成型后的準(zhǔn)確性。

        2)由于鋼塔傾斜又相對(duì)較高,組成鋼塔的各個(gè)構(gòu)件之間的精確定位是安裝關(guān)鍵。

        3)鋼塔制作空間相對(duì)狹小且?guī)в兴骱?,每個(gè)索盒都帶有空間角度,既有水平夾角又有豎直夾角(α、β)且每個(gè)夾角都不同。

        3 加工工藝流程及操作要點(diǎn)

        建立空間立體模型→從模型上采集空間坐標(biāo)→搭設(shè)工裝胎→制作精確的加工圖紙→加工索盒→組裝鋼塔梁→鋼塔梁的焊接→焊接熱處理及變形控制→鋼塔安裝支架的基礎(chǔ)處理與支架受力計(jì)算→搭設(shè)鋼塔安裝支架→鋼塔梁的吊裝→合龍段的安裝。

        3.1 建立空間立體模型

        根據(jù)設(shè)計(jì)給定的理論鋼塔軸線標(biāo)準(zhǔn)方程和鋼塔的各個(gè)斷面尺寸,建立1∶1的三維空間模型,見圖2。改變以往手工放樣的方法,節(jié)約了大量的放樣時(shí)間并且提高了加工精度,保證了下料誤差<0.5 mm。

        圖2 鋼塔空間立體模型

        3.2 從模型上采集空間坐標(biāo)

        根據(jù)空間模型測(cè)量出所有起點(diǎn)、橫隔板、接口點(diǎn)、終點(diǎn)等特殊斷面位置的三維空間坐標(biāo),這些坐標(biāo)既作為搭設(shè)工裝的控制點(diǎn),又作為鋼塔梁加工的控制點(diǎn),每個(gè)斷面給出4個(gè)角點(diǎn)的三維坐標(biāo),整個(gè)鋼塔梁給出了若干個(gè)斷面、控制點(diǎn)、控制坐標(biāo)。

        3.3 搭設(shè)工裝胎

        鋼塔梁一般采用在工廠內(nèi)搭設(shè)工裝胎具進(jìn)行加工的方法。把拱式U型鋼塔梁的兩側(cè)拱圈整體加工,既滿足了加工的要求又滿足了預(yù)拼裝的要求。把拱式U型鋼塔梁的塔頂作為合龍段的加工工裝。

        3.4 制作精確的加工圖紙

        構(gòu)成鋼塔梁箱體的主板都是空間異形結(jié)構(gòu),既包含彎曲又有漸變截面,鋼塔底部最寬,鋼塔頂部最窄,所以必須制作平面展開圖,平面展開圖的制作改變了以往手工機(jī)械制圖的方法,用三視圖確定展開平面的方法,首先按照設(shè)計(jì)參數(shù)制作出空間模型,用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算出空間模型的展開圖,既節(jié)約了大量的時(shí)間,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,又保證了圖紙的準(zhǔn)確性和精確度。每張單板下料圖都是在整體的展開圖中剪切下來(lái)的,這樣既保證了下料圖的準(zhǔn)確,又保證了每節(jié)箱梁拼接口的準(zhǔn)確。

        3.5 索盒的加工

        每個(gè)索盒都帶有空間角度,既有水平夾角又有豎直夾角且每個(gè)夾角都不同。為簡(jiǎn)化施工,建立了每個(gè)索盒在鋼塔內(nèi)的空間模型,按照空間模型制作出每個(gè)索盒的單件圖,保證所有板件的角度和尺寸準(zhǔn)確。

        索盒鋼板采用數(shù)控火焰切割機(jī)下料,加工完成后即開始組裝,索盒的組裝在工裝平臺(tái)上實(shí)施。

        3.6 鋼塔梁的組裝

        按工藝要求組成鋼塔箱體單元段的零部件在加工準(zhǔn)備完成后即開始箱體的組裝。箱體的組裝在工裝胎上進(jìn)行聯(lián)體組裝,同時(shí)又作為預(yù)拼裝。主塔鋼梁段組裝采用平裝法進(jìn)行,其順序?yàn)橄潴w底板部件→一側(cè)腹板部件→一側(cè)橫隔板部件→一側(cè)中腹板部件→另一側(cè)中腹板部件→另一側(cè)橫隔板部件→一側(cè)腹板部件→索盒的組裝→頂板部件→外裝飾鋼板,見圖3。

        3.7 鋼塔梁的焊接

        斜拉橋的主要特點(diǎn)是利用橋塔引出的斜纜索作為梁跨的彈性中間支撐,借以降低梁垮的截面彎矩,減輕梁重,提高梁的跨越能力。故鋼塔梁一般需要比較厚的鋼板,為防止焊接應(yīng)力過大,組裝焊接主要采用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊進(jìn)行施工。

        鋼塔的焊縫焊接要求均為Ⅰ級(jí)100%熔透焊,為保證厚板焊接能夠達(dá)到質(zhì)量要求,經(jīng)過大量的焊接工藝試驗(yàn),總結(jié)出適用于厚板焊接的工藝參數(shù),包括焊接電流、電壓,焊接速度,氣體流速,預(yù)熱溫度,層間溫度,后熱溫度等。焊接時(shí)嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù),確保依據(jù)已經(jīng)通過的焊接工藝評(píng)定所確定的參數(shù)進(jìn)行。

        3.8 鋼塔梁的焊接熱處理及變形控制

        鋼塔所有厚鋼板焊接時(shí)焊前焊后必須進(jìn)行熱處理,焊前預(yù)熱采用火焰加熱,溫度控制在100~150℃,加熱范圍每側(cè)寬度均應(yīng)大于焊件厚度的1.5倍且≮100 mm,焊后熱處理應(yīng)在焊后立即進(jìn)行,采用火焰加熱溫度在250~350℃保溫,保溫材料采用石棉,保溫時(shí)間為根據(jù)板厚每25 mm板厚1 h,焊后熱處理加熱范圍以焊口中心為基準(zhǔn),每側(cè)不應(yīng)小于焊縫的3倍。焊接時(shí)控制層間溫度,層間溫度控制在150~200℃。

        制作專用剛性約束卡具并結(jié)合剛性支撐以及采取反變形措施,使鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何尺寸及形位公差符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

        4 結(jié)語(yǔ)

        通過對(duì)空間變截面拱式鋼塔加工技術(shù)的研究,總結(jié)出了厚板焊接的工藝要求、三維放樣技術(shù)以及空間結(jié)構(gòu)件的測(cè)量定位技術(shù),從而使鋼斜塔的加工精度得到了良好的控制,達(dá)到了設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求,確保了工程質(zhì)量。

        [1]TG/TF 50—2011,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

        [2]GB 50205—2001,鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

        U443.38

        C

        1008-3197(2013)05-68-02

        10.3969/j.issn.1008-3197.2013.05.026

        2013-06-04

        張友為/男,1972年生,高級(jí)工程師,天津天佳市政公路工程有限公司,從事工程技術(shù)管理工作。

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