CN109290739A - 一种空间曲线钢塔节段制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空间曲线钢塔节段制造工艺,根据空间曲线钢塔节段设计结构,结合钢桥梁施工作业流程,从各工序制定切实可行的控制工艺,确保节段制造精度达标。通过设计结构三维建模,放样空间曲线零件尺寸;利用高精度数控下料、划线及加工设备,进行零件的加工;采用辊板处理、多点顶压、工装约束方法,实现空间曲线板的线形要求;设计制作曲线节段专用组焊胎型,制定合理的组拼、焊接顺序,采用先进的三维扫描检测设备,确保曲线节段制作精度;根据钢塔节段结构,采用多种预拼装方式组合使用,降低预拼装作业实施的安全风险。
Description
技术领域
本发明涉及一种空间曲线钢塔节段制造工艺,属桥梁钢塔柱加工制造技术领域。
背景技术
国内桥梁塔柱起步阶段,基本以钢筋混凝土为主,自2000年以后钢结构塔柱逐渐增多,现已成为桥梁建设的一支主流。前十几年来,桥梁钢塔柱的设计主要以直线型、单曲线型为主,采用工厂化加工制造,以达到设计造型、结构功能的要求。对于直线型、单曲线钢塔节段的制造,通过多年的不断研究与攻关,现已有较为完善的制造工艺技术,能够满足此类结构的加工制造要求。
发明内容
设计目的:钢塔柱曲线造型设计中,采用空间曲线结构设计,从二维结构设计升华至三维结构设计,对钢塔结构制造提出较高要求。针对空间曲线钢塔结构,目前施工尚处于探索阶段,其空间曲线钢塔节段制造工艺亦无完善的技术,本发明设计一种能够确保空间曲线钢塔节段制造线形、结构尺寸达到预期精度目标的空间曲线钢塔节段制造工艺。
设计方案:为了实现上述设计目的,本发明是基于直线型、单曲线型钢塔节段制造经验基础上,结合曲线结构特点、国内先进的加工制造设备、钢结构制造工艺流程,研发出的成套空间曲线钢塔节段制造工艺。
为了形成一套完整的空间曲线钢塔节段制造工艺,选择一段具有代表性的空间曲线钢塔节段,进行结构制作试验。制定空间曲线钢塔节段制造试验工艺,通过试验过程跟踪与检测,发现制造过程中存在的问题,积累试验数据和经验,完善其制造工艺与措施。通过实际项目的生产,验证空间曲线钢塔节段制造工艺的可行性,不断改进完善,最终形成一套成熟的工艺技术。即:
空间曲线钢塔节段制造工艺主要用于空间曲线钢塔节段零件加工、板单元制作、节段组焊、节段检测及预拼装等施工过程,对其各施工过程中施工方法、制造精度进行指导和控制,达到预期的质量标准要求。空间曲线钢塔节段制造工艺主要包括以下几方面:
⑴空间曲线零件放样:
空间曲线零件采用传统技术很难实现轮廓尺寸放样,为此借助于三维软件创建数据模型(该三维软件系现有公开软件,在此对软件不作叙述),通过三维软件展开功能实现零件的平面二维尺寸确定。在零件数据模型上布设统一基准线、检测点等控制基准,在零件通过三维软件展开的同时,将基准线、检测点附着进行展平得到二维平面内线型和点,便于施工基准布设。根据零件的平面二维尺寸及基准线、检测点信息,增设加工工艺留量,将其编译生成可以让加工设备识别的图文程序。
⑵ 空间曲线零件加工:
空间曲线零件经展平后一般在平面内板边为曲线,故均采用数控切割机精确下料。零件下料时,预留后期加工、焊接收缩量。零件上施工用基准线、检测点通过激光数控划线设备进行精确施划。零件周边的焊接坡口通过仿形切割机进行焰割。
⑶ 空间曲线板单元成型:
零件制作合格后,先通过大型辊板设备进行辊弯处理,消除零件内加工产生的内应力,同时按照线形辊出单向曲线,为后续空间曲线成型奠定基础。根据每个空间曲线板的线型,制作多点顶压工装,可以刚性约束其空间姿态;将辊弯的零件按基准线在胎型就位,采用多点顶压使其整体平面达到预设线型要求;为了防止解除顶压刚性约束后的反弹,可预设一定预变形量。按照基准线施划板肋组装位置线,按线进行板肋组装,采用半自动小车施焊板肋焊缝,并进行焊缝检测。曲线板单元组焊完成后,解除马固,在无约束状态下,测量检测点坐标达到预期目标;若检测点坐标超差,采用热矫正措施修整达到规定值。
⑷ 空间曲线钢塔节段组焊:
空间曲线钢塔节段由若干个曲线板单元组成,该节段组装应严格按照预设的基准线进行对位拼装。根据曲线节段结构特点,明确组拼的顺序,确定基准板单元(作为节段组装基准的其中一个板单元)。按照曲线节段基准板单元线型要求,设计制作专用胎型,使其基准板单元与胎型线型密贴,并在胎型周边布设监测控制网,作为后续的测量基准。组成曲线节段的曲板单元组拼过程中,每组装一件检测基准线、检测点对位精度和偏差,确保组拼的精度。曲线节段组拼尺寸检测符合预设工艺量后,节段采用由内至外、对称分中施焊原则焊接,焊后进行焊缝质量检查,并对焊接变形进行局部修整。为了检测空间曲线节段的整体线形和尺寸,采用三维扫描测量进行数据采集,与理论模型对比分析偏差,为施工质量精度控制提供精确数据支持。
⑸ 空间曲线钢塔预拼装:
为了验证制作的空间曲线节段的相互连接关系及其制造线形,通过节段间的预拼装作业进行实体模拟,降低桥位高空施工作业难度。根据参与预拼装空间曲线节段线型及结构,确定其预拼装方式(立式预拼装、水平预拼装、间接预拼装),并制作预拼装胎型和工装,使其满足预拼装线形的要求。预拼装作业时,应对参与预拼装的空间曲线节段进行整体检测,确定线形偏差、接口错边量,通过修整达到预期预拼装精度要求。根据预拼装检测数据,布设对位基准线,作为桥位安装就位的基准。对于结构复杂,在采用实体预拼装基础上,可采用数字化模拟预拼装进行辅助分析,判断其线形和连接精度。
本发明与背景技术相比,一是能够精确、便捷的实现三维空间零件的放样。传统CAD对三维零件尺寸放样难度大,一般为近似放样,费时费力,而采用数据模型进行三维零件转化出二维图纸,精度高、效率高,且降低了人为的错误率;二是激光数控划线技术提高了基准布设精度,适用性强,传统施工一般采用人工施划基准线即可满足施工要求,对于空间曲线结构的基准线,在展开为二维信息后,基准线一般呈现任意曲线,采用人工施划只能控制关键点,而且施划难度大,效率低,而采用数控划线可以施划任意线型,精度高、效率快、准确度高;三是空间曲线板单元、节段制作工装设计,提升了复杂线形的钢结构制造水平,以往项目多以直线结构为主,二维曲线结构次之,其制造采用二维的工装就能满足要求,而本申请结构空间曲线的精度控制,必须设计对结构三维空间造型的约束性工装,以此达到制造尺寸与线形符合设计要求;四是多种预拼装方式灵活应用,降低了预拼装作业安全风险,项目钢塔预拼装过程中,针对结构尺寸和线形,分别采用了立式预拼装、水平预拼装、间接预拼装等实体预拼装方法,为钢塔预拼装的实施提供了可操作性,较以往单一预拼装方式,大大降低的施工安全风险。
附图说明
图1是根据设计结构创建三维模型,并将三维模型转化为二维图纸信息。
图2是采用激光数控设备施划曲线基准线。
图3是空间曲板多点顶压成型胎型结构示意图。
图4是空间曲线钢塔节段组焊胎型主视示意图。
图5是空间曲线钢塔节段立式预拼装示意图。
图6是空间曲线钢塔节段立水平预拼装示意图。
具体实施方式
实施例1:参照附图1-6。空间曲线钢塔节段制造工艺,在其施工作业中,应按以下要求实施:
⑴ 根据设计零件结构,采用三维CATIA软件创建数据模型,在模型上布设施工用基准线和检测点,通过展开得到二维加工信息,并通过编译生成数控程序。三维零件展开为二维结构示意见图1,并在工程图界面完成主要结构尺寸、特征点坐标等标注。
⑵ 空间曲线零件采用数控切割机下料,采用数控激光划线设备施划基准线,采用半自动小车焰切焊接坡口。空间曲线零件激光数控划线示意见图2,其中1-为数控激光划线设备、2-为零件、3-为施划的曲线基准线。
⑶ 空间曲板成型通过辊板预弯、多点顶压实现设计线形。在每个曲板成型时,根据其线形要求,设计制作多点顶压成型胎型,胎型应具备适应性、可调性等特点,并对其胎型的精度进行检测。空间曲板成型胎型示意见图3,其中1-胎型基础、2-为胎型立柱、3-为胎型纵横梁、4-为顶压装置立柱、5-为顶压装置纵横梁、6-支撑调整件、7-为支撑板、8-为板边压紧装置、9-为液压顶升装置,曲板成型时,通过板边压紧装置限位零件,将顶压装置横梁上的液压顶升装置移至需顶压部位完成定点成型。
⑷ 根据空间曲线钢塔结构和线形要求,设计制作专用钢塔节段组焊胎型,用以约束钢塔节段制造尺寸和线形。胎型应具有足够刚性、安全性、操作性及高精度等特点,为钢塔节段制造提供外部胎型。空间曲线钢塔节段胎型示意见图4,其中1-为胎型基础、2-胎型纵横梁、3-曲线线型调整板、4-为边侧限位装置、5-为中间限位装置、6-人员施工作业平台,根据曲线钢塔线形,设置调整板线形与其相适应并铺设基准板,利用限位装置完成侧板限位顶紧与安全防护、提供作业平台。
⑸ 根据钢塔节段结构尺寸及线形,确定其适宜的预拼装方式,确保作业过程安全;结合空间曲线钢塔节段结构,选择合理支撑点位置,避免结构因此而发生不均匀变形;另外,根据节段曲线线型,控制支撑点高程,使其与节段曲线相一致。钢塔节段预拼装示意见图5和图6,其中1-为预拼装胎型或支撑点、2-为第一段预拼装钢塔节段、3-为第二段预拼装钢塔节段、4-为第三段预拼装钢塔节段、5-为钢塔节段基准线,钢塔采用2+1模式预拼装,留最后一段参与下一轮次预拼装作业。
需要理解到的是:上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述,但是这些文字描述,只是对本发明设计思路的简单文字描述,而不是对本发明设计思路的限制,任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改,均落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种空间曲线钢塔节段制造工艺,其特征是:
⑴ 空间曲线零件放样:
采用三维软件创建数据模型,通过三维软件展开功能实现零件的平面二维尺寸确定,在零件数据模型上布设统一基准线、检测点控制基准,在零件通过三维软件展开的同时,将基准线、检测点附着进行展平得到二维平面内线型和点;
⑵ 空间曲线零件加工:
采用数控切割机精确下料,零件下料时,预留后期加工、焊接收缩量,零件上施工用基准线、检测点通过激光数控划线设备进行精确施划;
⑶ 空间曲线板单元成型:
零件制作合格后,先通过大型辊板设备进行辊弯处理,消除零件内加工产生的内应力,同时按照线形辊出单向曲线,为后续空间曲线成型奠定基础,根据每个空间曲线板的线型,制作多点顶压工装,可以刚性约束其空间姿态;将辊弯的零件按基准线在胎型就位,采用多点顶压使其整体平面达到预设线型要求;
⑷ 空间曲线钢塔节段组焊:
空间曲线钢塔节段由若干个曲线板单元组成,该类节段组装按照预设的基准线进行对位拼装,根据曲线节段结构特点,明确组拼的顺序,确定基准板单元(作为节段组装基准的其中一个板单元),按照曲线节段基准板单元线型要求,制作胎型,使其基准板单元与胎型线型密贴,并在胎型周边布设监测控制网,作为后续的测量基准,曲线节段组拼尺寸检测符合预设工艺量后,节段采用由内至外、对称分中施焊原则焊接;
⑸ 空间曲线钢塔预拼装:
根据参与预拼装空间曲线节段线型及结构,确定其预拼装方式为立式预拼装、水平预拼装、间接预拼装,并制作预拼装胎型和工装,使其满足预拼装线形的要求,预拼装作业时,应对参与预拼装的空间曲线节段进行整体检测,确定线形偏差、接口错边量,通过修整达到预期预拼装精度要求,根据预拼装检测数据,布设对位基准线,作为桥位安装就位的基准。
2.根据权利要求1所述的空间曲线钢塔节段制造工艺,其特征是:零件通过三维模型进行结构尺寸放样;零件曲线基准线通过激光数控划线设备施划;零件周边的焊接坡口通过仿形切割机进行焰割。
3.根据权利要求1所述的空间曲线钢塔节段制造工艺,其特征是:为了防止解除顶压刚性约束后的反弹,空间曲线板单元采用多点顶压时预设一定预变形量,按照基准线施划板肋组装位置线,按线进行板肋组装,采用半自动小车施焊板肋焊缝,并进行焊缝检测,曲线板单元组焊完成后,解除马固,在无约束状态下,测量检测点坐标达到预期目标;若检测点坐标超差,采用热矫正措施修整达到规定值。
4.根据权利要求1所述的空间曲线钢塔节段制造工艺,其特征是:组成曲线节段的曲板单元组拼过程中,每组装一件检测基准线、检测点对位精度和偏差,确保组拼的精度。
5.根据权利要求1所述的空间曲线钢塔节段制造工艺,其特征是:为了检测空间曲线节段的整体线形和尺寸,采用三维扫描测量进行数据采集,与理论模型对比分析偏差,为施工质量精度控制提供精确数据支持。
6.根据权利要求1所述的空间曲线钢塔节段制造工艺,其特征是:对于结构复杂,在采用实体预拼装基础上,采用数字化模拟预拼装进行辅助分析,判断其线形和连接精度。
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