双曲面钢主塔制造施工工法.docx

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1、双曲面钢主塔制造施工工法1 .前言随着我国国民经济以及钢结构桥梁施工技术的发展，钢主塔逐渐开始应用在桥梁建设领域，其中我国于2005年10月建成通车的南京长江第三大桥首次在我国的桥梁建设中运用钢主塔柱。在缆索支承桥中，采用钢主塔符合可持续工程和绿色工程的结构设计新理念。而钢主塔在我国桥梁建设领域的应用仍比较少，现行的各种桥梁规范中也没有明确关于双曲变截面钢主塔制造验收的依据。双曲面钢主塔属于新型钢主塔结构类型，没有可参考的制造工艺，为了有效控制曲面厚板成型、曲面厚板单元制造、双曲面钢主塔节段制造以及双曲面钢主塔节段试拼装质量，保证钢主塔各节段连续匹配、保证成塔线形，保证钢主塔按期加工完成并达到

2、设计要求，中铁四局集团有限公司自行开发了兼具先进性和经济性的双曲面钢主塔制造工法。通过在南宁英华大桥的成功应用，表明该工法的厚板“锥形”曲面一次成型技术、曲面板单元制造技术、双曲变截面钢主塔节段制造技术及节段总拼装、试拼装一体化制造等技术先进合理，并形成了一系列自主知识产权，其关键技术已申请国家发明专利针对桥梁钢结构施工中的高强度厚板的曲面成型工艺（巾请号201410577472.3）,曲面斜塔空中对接万能移动平台施工方法（申请号201410541867.8）等2项，并进入实审阶段，经中国公路建设行业协会成果鉴定，达到了国际先进水平，获得科技创新成果一等奖，取得了显著的社会效益和经济效益。通过

3、工程实践进行总结，形成本工法。2 .工法特点1 .1工法采用的厚板“锥形”曲面一次成型技术利用三维模型对曲面板展开尺寸进行精确控制，通过计算机模拟曲面板成型过程，确定卷板机工作参数，通过卷板机进行厚板“锥形”曲面一次成型。相比传统的“以折代曲”的折弯工艺，该技术提高了生产效率，节约了人工投入，节省了施工成本，同时减少了吊装作业，降低了安全风险。2 .2钢塔外壁板的曲率半径由底部5123I1n1渐变为3624mm,通过对外壁板单元制造胎具支撑体系（弧形牙板）的设计及精确设置实现了曲面板单元外形尺寸的精度控制，同时“一胎多用”，降低了施工成本。3 .3采用以主塔内壁板曲面为基准，横隔板为内胎，卧式

4、拼装的方法控制钢主塔节段双向曲面的外形尺寸精度，有效保证了双曲变截面钢塔节段的制造质量。4 .4通过自行研究设计的整体式曲面胎架，运用总、试拼装一体化的制造技术，对双曲变截面钢主塔整体线形进行控制，提高了工效，缩短了制造工期，同时有效保证了钢主塔节段的连续匹配和成塔线形。3 .适用范围本工法适用于双曲面或单曲面等异型截面钢主塔的制造，对其他异型截面的钢主塔结构制造有借鉴意义。4 .工艺原理通过卷板机进行“锥形”曲面钢板的一次加工成形，将“锥形”曲面钢板在“锥形”曲面板单元拼装胎架上组拼、焊接成“锥形”曲面板单元后参加双曲变截面钢主塔节段总拼装。节段总拼装、试拼装在曲面胎架上同时进行，节段按内壁

5、板单元、横隔板单元、侧壁板单元、外壁板单元的顺序进行总拼装，胎架上相邻节段间顶紧不留间隙。总拼装、试拼装完成后焊接节段间临时匹配件。钢主塔总拼装分两轮进行，第一轮末次节段作为第二轮初始节段进行总拼装，以保证双曲变截面钢主塔线形的连续匹配。5 .施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程施工工艺流程主要分为：“锥形”曲面钢板加工、“锥形”曲面板单元制造、总拼胎架制造及线形调整、内壁板单元上胎、横隔板单元上胎、侧壁板单元上胎、外壁板单元上胎、节段焊接、匹配件焊接和解体下胎。施工工艺流程图如下：横隔板单元上胎侧壁板单元上胎图5.1-1工艺流程图5.2操作要点5.2.1厚板“锥形”曲面一次成型1 .利用

6、绘图软件建模放样确定“锥形”曲面钢板的平面尺寸，划线、下料。2 .钢板下料后送入卷板机平台，进行对料，保证钢板横向中心线与卷板机上辐轴在同一直线上，钢板纵向延上辐轴中心线对称。3 .曲面板加工前先对钢板两端进行预弯，然后将钢板中心线与卷板机上辐中心线重合，开始分别向两侧进行卷制并回到初始位置，通过数次卷制使得钢板两端加工弧度达到预定值，加工过程中用“曲率样板”进行检验，对曲面板的长、宽进行测量，最后进行补正弯曲，符合验收要求后吊下平台。八7106ErnCX7206mm263Omm图5.2.1-1“锥形”曲面钢板三维放样5.2.2“锥形”曲面板单元制造1 .根据曲面类别（1/2圆形或1/4圆形）

7、制造“锥形”曲面板单元分拼装胎架，胎架纵向为曲面，曲率半径按同类曲面板最大值设定。胎架分为主体结构及底座两部分，主体结构可通过底座滚轴进行一定范围内旋转，以实现“锥形”曲面板与板条肋间的船位焊接。2 .在胎架纵梁上安装支撑体系（曲形牙板），曲形牙板外曲面曲率半径同胎架纵梁内曲面曲率半径，曲形牙板内曲面曲率半径根据相应曲面板两端曲率半径设置，通过变换曲形牙板来进行“锥形”曲面板单元的加工。3 .将“锥形”曲面钢板吊至拼装胎架上，将“锥形”曲面钢板两端、及两侧与胎架临时固定，以限制板单元拼焊过程中的变形。4 .板肋组装过程中用“样板”检查板肋与“锥形”曲面钢板间角度，保证板肋与曲面板内表面垂直度，

8、按焊接工艺要求定位焊接。.板肋组装完成后进行“锥形”曲面板单元的船位焊接，为减少因焊接引起的板单元变形，由中间向两侧进行板条肋与“锥形”曲面壁板间角焊缝的焊接。图5.2.2-1“锥形”曲面板单元拼装胎架示意图5.2.3总拼装胎架制造及线形调整钢主塔节段拼装以塔节段内表面的圆弧曲面为基准进行塔节段内表面线形的控制，同时以横隔板作为内胎进行塔节段圆弧表面线形控制。胎架制作前，先根据塔节段平面布置图，在拼装场地上放出“地样”，划好塔节段平面的控制中线及节段接缝基准线，通过CAD放样，取得塔节段放平后各控制点位的相对高程，然后通过水平仪（全站仪）测量监控，保证“地样”基准线上点位的相对高程精度。胎架制

9、造完成后，在胎架上铺设钢板进行预压，胎架线形符合要求后方可开始塔节段总拼装。图5.2.3-1节段总拼胎架5.6. 2.4内壁板单元上胎1 .内壁板单元上胎前根据地样位置确定起点，在起点位置设置挡板，保证内壁板单元端部位置准确。2 .内壁板单元上胎后，通过吊垂球方式符合内壁板单元各角点是否与地样位置相符。.内壁板单元位置无误后将内壁板单元与胎架进行临时固定。5.2.5横隔板上胎将矫正合格的横隔板吊装至内壁板单元上的安装线上，用角尺、样板检查横隔板与内壁板间角度，调整到位后，将横隔板与内壁板点焊固定，并在横隔板两侧焊斜撑，保证横隔板单元稳定。5.2.5-2横隔板上胎2图5.2.5-1横隔板上胎图1

10、5.2.6侧壁板单元上胎图5.2.6-1侧壁板单元吊装图5.2.6-2侧壁板单元调整侧壁板单元上胎前进行矫正，保证板单元平面度符合要求。侧壁板采用行吊吊至横隔板对应位置，将板肋插入横隔板工艺孔中后顶紧，检查板单元端部与内壁板单元是否平齐，合格后侧壁板单元与内壁板单元、横隔板单元焊接固定。5.2.7外壁板单元上胎外壁板单元上胎前，先在内壁板下方焊接限位挡板，将外壁板单元合理设置吊耳，四点起吊，缓慢贴近横隔板，将圆弧壁板缓焊贴近横隔板，将圆弧壁板板肋插装进横隔板槽孔。圆弧板就位后，竖向通过临时挡板控制圆弧壁板位置，横向通过手拉葫芦调整圆弧壁板位置，就位后点焊固定。5. 后上胎的外壁板单元与先上胎的

11、外壁板单元间通过码板临时固定。6. 2.8节段焊接节段拼装完成后进行相关尺寸复检，合格后节段焊接按以下顺序施焊：横隔板与内壁板、侧壁板间角焊缝一圆弧壁板间对接焊缝一嵌补段对接焊缝、嵌补段与圆弧壁板角焊缝一圆弧壁板与内、侧壁板间局部熔透角焊缝。7. 2.9总拼装测量控制因钢主塔节段为双曲面节段，采用卷尺、水平仪等常规测量方法无法全面的对其总拼装效果进行检验，因此采用全站仪进行总体尺寸观测。43041图5.2.9-1节段总拼装观测点布置图1图5.2.9-2节段总拼装观测点布置图21 .按上图所以在双曲变截面钢主塔节段上标记观测点。2 .通过全站仪观测双曲面节段总拼装底部侧边观测点和顶部中心点观测点

12、的相对坐标。3 .通过“转站”观测计算出双曲面节段各关键控制点之间的坐标关系，与理论值对比从而对双曲面节段总拼装外形尺寸及线形进行检测。图5.2.9-3全站仪观测1图5.2.9-4全站仪观测25.2.10匹配件安装节段焊接完成后，对节段外形尺寸、节段间距、试拼装线形等进行检查、调整，符合验收要求后进行匹配件的安装。节段匹配件安装在节段壁板内侧。5.2.11节段下胎节段匹配件焊接完成后节段解体下胎，进行节段外观修磨。并对胎架进行复测，线形符合要求后进行第二轮节段总拼装。6.材料与设备6.1 材料南宁英华大桥钢主塔主体材质为Q370qD,其性能应符合桥梁用结构钢(GBT714-2008)o进场的板

13、材按照南宁英华大桥钢主塔、钢箱梁制造及验收规则要求进行复验，评定用钢板的选用必须挑选复验合格，且碳、磷、硫等化学成分偏标准上限且冲击韧性偏标准下限的进行制备。根据钢板材质选择与母材相匹配的焊接材料，焊接材料的选择依据建筑钢结构焊接技术规程JGJ81-2002的要求。表6.1-1焊接材料名称焊材牌号标准名称标准号埋弧焊丝H10Mn2埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂GB/T12470-2003埋弧焊剂SJ1O1qCO2气体保护焊焊丝E501T-1碳钢药芯焊丝GB/T10045-2001ER50-6气体保护电弧焊用碳钢、低合金焊丝GB/T8110-2008焊条E5015非合金钢及细晶粒钢焊条GB/T511

14、7-20126. 2机械设备表6.2-1主要施工机械配备表序号设备名称型号规格/型号单位数量备注1行吊QD台2IOOt2行吊1DA台425t3倒运平板车/台1IOOt4碳弧气刨ZX7-500台85气体保护焊机NDR-500台326红外电焊条烘箱ZYH-30台17空气压缩机2V-0.5/8台88水准仪DSZ2台19全站仪TCA1800台1徒卡10干湿温度计/个17.质量控制6.1 执行标准表7.1-1标准规范清单标准号标准名称()制造JTG/TF50-2011公路桥涵施工技术规范JTGF80/1-2004公路工程质量检验评定标准第一册土建工程JT/T722-2008公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件

15、TB10212-2009铁路钢桥制造规范GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范（二）检验及试验GB/T2650-2008焊接接头冲击试验方法GB/T2651-2008焊接接头拉伸试验方法GB/T2652-2008焊缝及熔敷金属拉伸试验方法GB/T2653-2008焊接接头弯曲试验方法GB/T2654-2008焊接接头硬度试验方法JB/T6061-2007无损检测焊缝磁粉检测GB/T4956-2003磁性基体上非磁性覆盖层覆盖层厚度测量磁性法GB/T6463-2005金属和其他无机覆盖层厚度测量方法评述GB/T9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验6.2 “锥形”曲面板成型质量验收标准表7.2-1“锥形”曲面板成型质量验收标准序号项目允许偏差（mm）简图曲高度H