空間變截面拱式鋼塔加工技術

□文 /張友為

空間變截面拱式鋼塔加工技術

□文 /張友為

文章從對空間變截面拱式鋼塔加工的重點和難點分析入手，詳細闡述了鋼塔的加工工藝流程和操作要點，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

鋼塔在主梁結構以上部分高79.5 m，傾角75°，為拱式變截面箱型，主梁從塔中穿過。主塔柱錨索區為鋼箱梁結構，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 鋼斜塔加工重點和難點

1）構成鋼塔的鋼板為Q345qD鋼板，由于鋼板比較厚，焊前焊后必須進行熱處理，焊前預熱采用火焰加熱，同時在焊接過程中采取相應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確性。

2）由于鋼塔傾斜又相對較高，組成鋼塔的各個構件之間的精確定位是安裝關鍵。

3）鋼塔制作空間相對狹小且帶有索盒，每個索盒都帶有空間角度，既有水平夾角又有豎直夾角（α、β）且每個夾角都不同。

3 加工工藝流程及操作要點

建立空間立體模型→從模型上采集空間坐標→搭設工裝胎→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處理與支架受力計算→搭設鋼塔安裝支架→鋼塔梁的吊裝→合龍段的安裝。

3.1 建立空間立體模型

根據設計給定的理論鋼塔軸線標準方程和鋼塔的各個斷面尺寸，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，節約了大量的放樣時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

根據空間模型測量出所有起點、橫隔板、接口點、終點等特殊斷面位置的三維空間坐標，這些坐標既作為搭設工裝的控制點，又作為鋼塔梁加工的控制點，每個斷面給出4個角點的三維坐標，整個鋼塔梁給出了若干個斷面、控制點、控制坐標。

3.3 搭設工裝胎

鋼塔梁一般采用在工廠內搭設工裝胎具進行加工的方法。把拱式U型鋼塔梁的兩側拱圈整體加工，既滿足了加工的要求又滿足了預拼裝的要求。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

構成鋼塔梁箱體的主板都是空間異形結構，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械制圖的方法，用三視圖確定展開平面的方法，首先按照設計參數制作出空間模型，用計算機軟件計算出空間模型的展開圖，既節約了大量的時間，降低了勞動強度，又保證了圖紙的準確性和精確度。每張單板下料圖都是在整體的展開圖中剪切下來的，這樣既保證了下料圖的準確，又保證了每節箱梁拼接口的準確。

3.5 索盒的加工

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

索盒鋼板采用數控火焰切割機下料，加工完成后即開始組裝，索盒的組裝在工裝平臺上實施。

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備完成后即開始箱體的組裝。箱體的組裝在工裝胎上進行聯體組裝，同時又作為預拼裝。主塔鋼梁段組裝采用平裝法進行，其順序為箱體底板部件→一側腹板部件→一側橫隔板部件→一側中腹板部件→另一側中腹板部件→另一側橫隔板部件→一側腹板部件→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，為防止焊接應力過大，組裝焊接主要采用藥芯焊絲CO2氣體保護自動焊進行施工。

鋼塔的焊縫焊接要求均為Ⅰ級100%熔透焊，為保證厚板焊接能夠達到質量要求，經過大量的焊接工藝試驗，總結出適用于厚板焊接的工藝參數，包括焊接電流、電壓，焊接速度，氣體流速，預熱溫度，層間溫度，后熱溫度等。焊接時嚴格控制焊接工藝參數，確保依據已經通過的焊接工藝評定所確定的參數進行。

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焊前焊后必須進行熱處理，焊前預熱采用火焰加熱，溫度控制在100～150℃，加熱范圍每側寬度均應大于焊件厚度的1.5倍且≮100 mm，焊后熱處理應在焊后立即進行，采用火焰加熱溫度在250～350℃保溫，保溫材料采用石棉，保溫時間為根據板厚每25 mm板厚1 h，焊后熱處理加熱范圍以焊口中心為基準，每側不應小于焊縫的3倍。焊接時控制層間溫度，層間溫度控制在150～200℃。

制作專用剛性約束卡具并結合剛性支撐以及采取反變形措施，使鋼結構構件幾何尺寸及形位公差符合設計及規范要求。

4 結語

通過對空間變截面拱式鋼塔加工技術的研究，總結出了厚板焊接的工藝要求、三維放樣技術以及空間結構件的測量定位技術，從而使鋼斜塔的加工精度得到了良好的控制，達到了設計和規范的要求，確保了工程質量。

[1]TG/TF 50—2011，公路橋涵施工技術規范[S].

[2]GB 50205—2001，鋼結構工程施工質量驗收規范[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，高級工程師，天津天佳市政公路工程有限公司，從事工程技術管理工作。