空間變截面拱式鋼塔加工技術(shù)

□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(guò)。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(jiàn)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(guò)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(jiàn)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(kāi)圖，平面展開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(jiàn)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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。