CN114310162B - 一种曲线钢箱梁大节段整孔制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种曲线钢箱梁大节段整孔制作方法，通过计算机模拟实桥制造线形，设计含有纵横向预拱度的曲线形总拼胎架，并按工艺要求完成小节段整体组焊。然后在胎架上将2‑3个小节段接长为满足涂装要求的制造分段。最后在桥位附近的大节段接长车间，采用三向液压千斤顶、滑移工装、多轴线数字化模块车完成曲线钢箱梁大节段的精匹配、环口连接、出胎及转运。此技术的重点是小节段制作精度及大节段制造线形的控制。小节段的制作精度可通过计算机模拟、实桥总体预拼装、板单元激光划线切割、空间三维控制网及工艺留量的合理设置等措施来控制，已在多个项目中测试得到验证。

Description

一种曲线钢箱梁大节段整孔制作方法

技术领域

本发明涉及一种既能满足60米跨度、宽度不限，重量1000吨以上，采用大节段整孔架设曲线钢箱梁，又能满足制作精度要求的曲线钢箱梁大节段整孔制作方法。

背景技术

1、本申请人在先专利申请公开文献CN201310020369.4、名称“一种大型曲线钢箱梁制作方法”，该发明专利主要保护一种曲线钢箱梁直线制作及预拼装方法。钢箱梁采用直线胎架制作，整体后切方式，且该专利所述节段为长度15m以内的小节段，与本专利所述技术有本质区别。

2、本申请人在先专利申请公开文献CN20140059569.5、名称“一种大型组合梁钢主梁整孔制作方法”，该发明专利主要保护一种钢混组合梁大节段整体方法，钢箱梁与组合梁的精度控制及制作方法差异较大，与本专利所述技术没有关联。

3、现有的曲线钢箱梁桥轴线为平曲线和竖曲线叠加而成的空间三维曲线。线形复杂，施工难度大，在城市匝道及立交桥项目中的运用较多。受运输条件所限，一般先在工厂内制作成块体，现场在桥趾或桥面上组拼成节段。一般跨度不会超过40米，并且绝大多项目还需搭设支架，以避免大吨位起重设备的使用。但是对于跨度较大（60m）且要求采用大节段整孔架设的曲线钢箱梁，块体制作方式已不能满足制作精度要求。

3、目前，虽然曲线形钢箱梁小节段制作技术已趋于成熟，不论采用曲线胎架实桥制作还是曲线梁直线制作，精度均能得到保障。但是小节段接长时的线形控制及接长后出胎、存放及运输尚是本领域需要重点研究和考量的。特别对于要求整孔架设的曲线钢箱梁，一般长度较大，支座位置及间距更需重点进行研究和控制。。

发明内容

设计目的：针对背景技术存在的技术问题，根据钢箱梁大节段整孔制作及安装要求，设计一种曲线形钢箱梁大节段整孔制作技术，通过一系列的工装、工艺措施，从小节段制作、总体预拼装、大节段接长、出胎、存放及运输等方面进行工艺研发，加强制作精度及线形控制，达到确保桥位安装架设。

设计方案：为了实现上述设计目的。本发明通过计算机模拟实桥制造线形，设计含有纵横向预拱度的曲线形总拼胎架，并按工艺要求完成小节段的整体组焊，然后在胎架上将2-3个小节段接长为满足涂装要求的制造分段。最后在桥位附近的大节段接长车间，采用三向液压千斤顶、滑移工装、多轴线数字化模块车完成曲线钢箱梁大节段的精匹配、环口连接、出胎及转运。本发明的重点是小节段制作精度及大节段制造线形的控制。小节段的制作精度可通过计算机模拟、实桥总体预拼装、板单元激光划线切割、空间三维控制网及工艺留量的合理设置等措施来控制，已在多个项目中测试中得到验证，而大节段制造线形控制关键在于工厂小节段预拼装复位和现场制造分段精匹配，可通过工装工艺措施实现。

其中横向拱度除了考虑平曲线外，还需考虑钢箱梁总拼解码后竖曲线和平曲线在空间内的叠加，预拱度按15-20mm设置，弹性压缩每段2-3mm，钢箱梁总拼解码后的反弹量控制在15-25mm之间。

技术方案：（1）钢箱梁预拼装胎架设计：胎架纵横向均设置预拱度,根据节段长度差异胎架按纵向240-330mm、横向10-15mm设置预拱度，除了考虑平曲线线形外，还需考虑总拼解码后（即钢箱梁总拼就是从板单元组焊成节段的过程，系公知技术）竖曲线在钢箱梁宽度方向的影响（即实际线形是竖曲线和平曲线在空间内的叠加，所以必须考虑竖曲线在宽度方向的影响），竖曲线需要考虑预拱度（因为预拱度是为了防止钢箱梁反弹引起的线形变化而在高度方向预加的工艺量，一般在15-20mm左右，）、弹性压缩（即每段2-3mm）及钢箱梁总拼解码后的反弹量（反弹量控制在15-25mm），预拼装胎架是钢箱梁精度控制的关键（即预拼装胎架作为钢箱梁的外胎，考虑到以上预拱度及其它工艺量后，宽度设+10,胎架顶面标高设±2mm，斜撑梁角度±0.1°），胎架横梁及斜撑梁上侧的定位撑板需以监控单位提供的制造线形为准（即与监控要求差值2mm之内），每块撑板严格按照计算机放样的空间位置进行布置（即曲线梁每处的数据值不同，撑板安装时由技术部门提供各撑板的标高及空间内安装位置，安装精度控制在±2mm之内）；

（2）钢箱梁总拼：钢箱梁总拼时以预拼装胎架为外胎，以横隔板、横肋板、内腹板为内胎，以胎架外的测量控制网为基准，逐件组拼底板单元、斜底板单元、横隔板单元、内外腹板单元、顶板单元及附属构件，所有板单元均通过测量控制网定位，纵横向两端距离测量塔基线距离不等（由于测量塔基线位置线，板单元的基准线也为直线，对于直线梁，板单元两端距离基准线的距离为定值；而对于曲线梁，板单元定位后，两端距离测量塔基准线的距离会存在差异）；

（3）制造分段定位及组焊：钢箱梁解码后，采用数字化模块车（数字化模块车即常用的大吨位液压平车，可通过联网，提高同步性），根据纵横梁基线对小节段进行精确匹配（即每个小节段均设置各自的纵横基线，小节段拼装在一起进行匹配时，通过控制相互横基线间距小于3mm，纵基线的横向偏差小于2mm，即可实现精确匹配），将2-3个小节段组拼成整体（减少大节段接长时的工作量，另外工厂车间内接长施工条件要比现场好得多，有利于质量控制），按照内腹板→斜底板→底板→外腹板→顶板的顺序完成环缝焊接，最后进行底板U肋嵌补段焊接和顶板U肋拼接板的栓合；

（4）大节段整孔制作：

① 定位基准设置：大节段接长前，先根据监控线形布置好预拼装胎架，在胎架下方稳定基础上设置地样标记，包括纵向地样线、横向地样线及内腹板位置线；

② 基准节段定位：制造分段（图6中对制造分段进行标记）入胎后，先采用数字化模块车根据地面上的纵轴线、横轴线对其进行粗定位，保证定位精度±5mm，梁顶标高偏差小于±8mm，然后采用“三向液压千斤顶+滑移工装”以测量控制网对其进行精确定位（测量控制实际是一系列空间测量基准线的组合，制造分段通过三向液压千斤顶和滑移工装实现三个方向的微调，当节段的基准线与测量基准线间距满足要求的±2mm时，即可实现精确定位。否则需继续调整，直至满足要求）；

③ 其余节段定位：基准节段定位后，先对两侧相邻节段进行粗定位（即通过模块车将后续梁段运输至已定位梁段旁边，通过模块车点动，实现粗定位，保证定位精度±5mm，梁顶标高偏差小于±8mm），然后利用滑移工装进行精确定位（滑移工装内设置轴承，分为两层，上层可进行左右方向调整，下层可进行前后方向调整，顶部的液压千斤顶可进行高度方向调整；滑移工装四周设置千斤顶，可进行微调，调整可精确至0.5mm，只要满足横向轴线偏差2mm，纵向横基线间距±3mm即可实现精确定位），重点控制横基线间距、纵基线偏差、梁顶标高、接口匹配、及支座相对位置（以上工艺项点主要依靠滑移工装+液压千斤顶进行控制，接口匹配可根据钢板错边采用局部火焰矫正或机械矫正进行控制，支座位置主要在于横基线间距偏差，也通过滑移工装控制）；

④ 环缝组焊及补涂装：所有节段精确定位后，以基准段向两侧对称施焊各条环缝，环缝施焊按照内腹板→斜底板→底板→外腹板→顶板的顺序完成环缝焊接，然后进行U肋嵌补段焊接和拼接板栓合，按涂装工艺完成环缝补涂装；

⑤ 节段出胎：大节段制作完毕后，按规则要求进行验收，合格后采用4-6台多轴线数字化模块车，每2-3台并联为1组，将大节段转运出胎架，运输至成品区存放。

本发明背景技术相比，一是模拟实桥线形，采用工装、工艺措施，线形及精度最接近实际状态；二是采用大节段整体制作，有效减少桥位连接工作量和施工风险；三 是根据制造线形，仅对斜撑梁位置与角度及撑板顶面标高进行微调，即可满足各类钢箱梁大节段的制作，适用性强，有利于全面推广；四是工艺装备安装、使用及拆卸比较方便，安全可靠，方便易行。

附图说明

图1是曲线形钢箱梁预拼装胎架平面示意图。

图2是曲线形钢箱梁预拼装胎架立面示意图。

图3是曲线形钢箱梁板单元定位示意图。

图4是大节段制作胎架定位基准设置示意图。

图5是基准节段定位控制示意图。

图6是制造分段定位顺序及精度控制示意图。

图7是钢箱梁大节段桥支座控制示意图。

具体实施方式

实施例1：参照附图1-7。根据钢箱梁制造线形，从预拼装胎架设计、板单元定位精度控制，节段预拼装、接长胎架设计、制造分段精匹配、大节段出胎等方面采取各项工装、工艺措施，实现曲线形钢箱梁大节段整孔制作。该技术可针对各类空间复杂曲线线形的钢箱梁，适用性强。在使用过程中，可按如下步骤进行。

① 根据监控单位提供的制造线形，设计钢箱梁预拼装胎架，通过计算机模拟，确定胎架斜撑梁位置、角度及撑板顶面标高，以控制钢箱梁整体制作精度。

② 以钢箱梁预拼装胎架为外胎，以测量控制网为基准，逐块定位各节段板单元，并按要求进行组焊。总拼过程中严格控制定位精度，并对测量控制网进行校核，保证制造曲线。

③ 根据预拼装图纸及文件，在胎架上按照要求对所有节段进行预拼装，保证接口匹配精度。满足要求后将2-3个制造节段组拼成整体，完成环缝施工。检验合格后，成对安装制造分段之间的匹配件。

④ 制造分段涂装完后，运往大节段接长车间。按照地样标记，采用模块车粗略定位最中间的基准节段，然后采用液压千斤顶和滑移工装进行精确定位。

⑤ 基准节段精确定位后，同样的方式定位其余制造分段。重点控制横基线间距、纵基线偏差、梁顶标高、接口匹配、及支座相对位置。

⑥ 对整体平纵曲线进行检测，满足要求后自中间向两侧依次对称组焊各道环缝。并完成底板U肋嵌补段的焊接和顶板U肋拼接板的栓合施工。按涂装工艺完成环缝补涂装。

⑦ 大节段制作完毕后，采用4-6台多轴线数字化模块车，每2-3台并联为1组，将大节段转运出胎架，运输到成品区存放。

需要理解到是：上述实施例虽然对本发明设计思路的作了详细的文字描述，但是这些文字的描述，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)

1.一种曲线钢箱梁大节段整孔制作方法，其特征是：

（1）钢箱梁预拼装胎架设计：根据节段长度差异胎架按纵向240-330mm、横向10-15mm设置预拱度，其中横向拱度除了考虑平曲线外，还需考虑钢箱梁总拼解码后竖曲线和平曲线在空间内的叠加，预拱度按15-20mm设置，弹性压缩每段2-3mm，钢箱梁总拼解码后的反弹量控制在15-25mm之间，预拼装胎架作为钢箱梁的外胎，考虑到以上预拱度及工艺量后，宽度设+10,胎架顶面标高设±2mm，斜撑梁角度±0.1°，胎架横梁及斜撑梁上侧的定位撑板以监控单位提供的制造线形为准，与监控要求差值在2mm之内，每块撑板严格按照计算机放样确定的空间位置进行布置，各测点数据值不同，撑板安装时由技术部门提供数据，安装精度控制在±2mm之内；

（2）钢箱梁总拼：钢箱梁总拼时以预拼装胎架为外胎，以横隔板、横肋板、内腹板为内胎，为控制每一个板单元定位，以胎架外的测量控制网为基准，在制作区设置纵横向测量网，精度要求±2mm，逐件组拼底板单元、斜底板单元、横隔板单元、内外腹板单元、顶板单元及附属构件，所有板单元均通过测量控制网定位，纵横向两端距离测量塔基线距离不等；

（3）制造分段定位及组焊：钢箱梁解码后，采用数字化模块车，通过智能联网，提高同步性，根据纵横基线对小节段进行精确匹配，即每个小节段均设置各自的纵横基线，小节段匹配时，通过调整使得横基线间距小于3mm，纵基线的横向偏差小于2mm，即可实现精确匹配，将2-3个小节段组拼成整体，减少大节段接长时的工作量;

按照内腹板→斜底板→底板→外腹板→顶板的顺序完成环缝焊接，最后进行底板U肋嵌补段焊接和顶板U肋拼接板的栓合；

（4）大节段整孔制作：

① 定位基准设置：大节段接长前，先根据监控线形布置好预拼装胎架，在胎架下方稳定基础上设置地样标记，包括纵向地样线、横向地样线及内腹板位置线；

② 基准节段定位：制造分段入胎后，先采用数字化模块车根据地面上的纵轴线、横轴线对其进行粗定位，保证定位精度±5mm，梁顶标高偏差小于±8mm，然后采用“三向液压千斤顶+滑移工装”以测量控制网对其进行精确定位，测量控制网实际是一系列空间测量基准线的组合，制造分段通过三向液压千斤顶和滑移工装实现三个方向的微调，当节段的基准线与测量基准线间距满足要求的±2mm时，即可实现精确定位，否则需继续调整，直至满足要求；

③ 其余节段定位：基准节段定位后，先对两侧相邻节段进行粗定位即通过模块车将后续梁段运输至已定位梁段旁边;

通过模块车点动，实现粗定位，保证定位精度±5mm，梁顶标高偏差小于±8mm，然后利用滑移工装进行精确定位，（滑移工装内设置轴承，分为两层，上层可进行左右方向调整，下层可进行前后方向调整，顶部的液压千斤顶可进行高度方向调整）;

滑移工装四周设置千斤顶，可进行微调，调整可精确至0.5mm，只要满足横向轴线偏差2mm，纵向横基线间距±3mm，即可实现精确定位，重点控制横基线间距、纵基线偏差、梁顶标高、接口匹配及支座相对位置等工艺项点;

以上工艺项点主要依靠滑移工装+液压千斤顶进行控制，接口匹配可根据钢板错边采用局部火焰矫正或机械矫正进行控制，支座位置主要在于横基线间距偏差，也通过滑移工装控制;

④ 环缝组焊及补涂装：所有节段精确定位后，以基准段向两侧对称施焊各条环缝，环缝施焊按照内腹板→斜底板→底板→外腹板→顶板的顺序完成环缝焊接，然后进行U肋嵌补段焊接和拼接板栓合，按涂装工艺完成环缝补涂装；

⑤ 节段出胎：大节段制作完毕后，按规则要求进行验收，合格后采用4-6台多轴线数字化模块车，每2-3台并联为1组，将大节段转运出胎架，运输至成品区存放。

2.根据权利要求1所述的曲线钢箱梁大节段整孔制作方法，其特征是：数字化模块车轴线数及载重能力与大节段重量相匹配，同组各台车的同步性良好；滑移工装滚轴采用直径不小于30mm的钢棒，周边采用50t千斤顶调节，上侧配置200t液压油顶，用于高度方向调节。

3.根据权利要求1所述的曲线钢箱梁大节段整孔制作方法，其特征是：预拼装胎架精度要求：胎架整体刚度满足钢箱梁总拼需要，用钢量不小于50kg/m²；胎架撑板顶面标高允许偏差1mm，斜撑梁角度偏差0.01°。

4.根据权利要求1所述的曲线钢箱梁大节段整孔制作方法，其特征是：测量控制网精度误差1mm。

5.根据权利要求1所述的曲线钢箱梁大节段整孔制作方法，其特征是：大节段制作及存放区地基承载力不小于20t/m²，制作过程中不允许发生不均匀沉降。

6.根据权利要求1所述的曲线钢箱梁大节段整孔制作方法，其特征是：曲线钢箱梁大节段整孔跨度等于或大于60米。