本发明专利技术涉及一种异形曲线结构钢混组合塔节段及制造工艺，钢混组合塔截面为异形曲线截面，由R1m、R3m圆弧曲线和过渡直线组成，塔高方向为变截面且呈曲线变化，塔柱节段由箱内壁板、曲线外壁板、分仓板、箱内连接件和横竖向钢筋组成。优点：一是实现了复杂曲线结构放样；二是采用板单元分块、特殊工装约束、基准网监测、合理组拼顺序成功实现了异形曲线钢混组合塔节段组拼精度控制，提升了钢混组合塔加工制造技术水平；三是实现钢混组合塔节段焊接变形控制，是复杂异形曲线结构线形控制技术的突破；四是采用过程监测、成品检测、实体预拼检验等不同检测方法，实现施工过程的质量精度控制，确保了项目最终产品质量。确保了项目最终产品质量。确保了项目最终产品质量。
【技术实现步骤摘要】
异形曲线结构钢混组合塔节段及制造工艺
[0001]本专利技术涉及一种能够实现塔高方向为变截面且呈曲线变化的异形曲线结构钢混组合塔节段及制造工艺，属特大型钢混桥梁制造领域。
技术介绍
[0002]国内钢混组合塔技术应用始于南京长江第五大桥，开创了该类桥梁塔柱新结构体系。钢混组合塔结构设计灵活，适应特殊结构造型；利用钢壳作为浇筑混凝土的模板，减少了混凝土钢混组合塔的模板使用量；没有纯钢混组合塔的用钢量大，成本介于混凝土塔和钢混组合塔之间；发挥了钢与混凝土的优势，有利于结构耐久性。但是其构成的钢混组合塔节段断面无法实现异形、竖向也无法实现曲线结构，不能满足塔高方向为变截面且呈曲线变化的要求。因为塔高方向为变截面且呈曲线变化制造存在如下技术难点：
⑴
节段线形复杂，其节段线形制造、精度控制难度大；
⑵
结构组成零部件多、主要为异形，对节段结构组装与尺寸精度控制难；
ꢀ⑶
节段主要结构以中厚板（16mm至24mm）为主，结构连接焊缝多，焊接变形对结构影响大；
⑷
节段结构体量大、线形复杂，其组拼检测与成品精度控制有难度。
技术实现思路
[0003]设计目的：设计一种能够实现塔高方向为变截面且呈曲线变化的异形曲线结构钢混组合塔节段及制造工艺。
[0004]设计方案：为了实现上述设计目的。本专利技术在方案设计上采取以下应对技术方案：1、节段线形施工控制技术方案：通过数字化模型放样复杂曲线零件，采用设备、工装法保证零件曲线线形，在专用工装上制作曲线板单元，根据节段线形制作组拼工装并进行节段组拼，通过零件、板单元、节段分阶段线形控制，使节段整体线形符合设计要求。
[0005]2、节段组装精度控制技术方案：采用数字化模型放样零件，并增设工艺留量，利用高精度数控焰切设备下料，严格控制板单元组焊精度，在专用工装上以测量网精确定位各件，并在断面尺寸上留设2～4mm焊接收缩量。
[0006]3、节段焊接变形控制技术方案：根据节段组成板件厚度、接头形式，通过试验确定焊接坡口形式、焊接工艺；根据节段结构特点，规定各焊缝施焊顺序和焊接原则；对焊接量大，结构刚性弱的部位，采用临时支撑加固后焊接；对焊后变形进行矫正处理。
[0007]4、节段制造精度检测技术方案：节段在组拼过程中，通过独立于工装的测量基准网和高程控制点进行监测；节段成品采用激光三维扫描测量设备进行检测，综合判定节段精度偏差；节段之间的连接关系通过立式实体预拼装进行接口匹配精度检验。
[0008]结构方案：根据异形曲线结构钢混组合塔节段结构特征，结合钢结构制造工艺流程与施工技术，考虑钢混组合塔节段组成零件多、焊缝密集且易变形等特点，将钢混组合塔节段划分为若干板单元进行制作，再组焊为整体节段。该类节段制造关键工艺方案如下：
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零件加工方案：平面型零件按以往钢桥梁施工技术可以实施；对于曲线零件，通过数字化建模放样、智能化数控下料与划线、机械化加工，保证曲线零件的精度和线形。
[0009]⑵ꢀ
板单元制作方案：平面型板单元制作技术已成熟，已在南京长江第五大桥项目中得以应用；对于曲线型板单元制作，需根据各板单元线形特征，设计制作不同类型的组拼工装，保证板单元制作线形的控制要求；在专用工装上，进行板单元的组拼、焊接与变形矫正等工作，最后组装横竖向钢筋。
[0010]⑶ꢀ
节段组拼方案：根据节段结构特征，通过BIM数字化模型进行方案模拟，制定节段合理的组拼顺序；根据节段尺寸与线形，设计专用组拼工装，在工装约束下进行组成单元组拼；在各组成单元组拼过程中，采用全站仪、水准仪进行现场监测，保证各件组装精准。
[0011]⑷ꢀ
节段焊接方案：根据结构焊缝设计要求，通过工艺试验确定各接缝的坡口形式及焊接工艺；为了降低焊接变形量，采用临时工艺隔板、支撑进行刚性加固；为了避免异变形，根据结构对称的特点，节段结构焊缝采用对称施焊原则；为了施工操作性，采用分步阶段法进行结构焊接。
[0012]⑸ꢀ
附着钢筋连接与附属件安装：节段组焊完成后，连接各板单元之间横向钢筋接头，安装箱内拉结钢筋，安装节段内平台与爬梯等附属结构。
[0013]⑹ꢀ
节段成品检测方案：节段组焊完成后，对结构局部变形采用热矫正处理，节段整体采用激光三维扫描测量设备进行精度检测。
[0014]⑺ꢀ
节段预拼装：根据钢混组合塔节段结构特征，采用立式实体预拼装，模拟桥位安装状态，进行接口匹配精度检验。
[0015]工作原理：根据钢混组合塔节段制造关键工艺方案，其各工序制造工艺要点及原理如下：
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曲线零件加工工艺要点：根据设计结构与线形，采用数字化模型方式进行曲线零件的放样；结合结构加工工艺，在曲线零件上增设工艺留量；利用三维软件的钣金展开功能，获取曲线零件的二维轮廓；利用编译软件生成程序性文件，采用数控切割设备下料、激光自动划线布置基准线；利用机械设备，进行零件周边加工、坡口开设等；采用冷压成型设备、热矫正措施进行零件的曲线成型。
[0016]⑵ꢀ
曲线板单元制作工艺要点：曲线型外壁板单元采用曲线工装制作，工装设计为可调整式活动工装，便于适应结构尺寸的变化；曲线外壁板在专用工装上成型后，采用刚性马固使其与工装固结，板肋与曲线外壁板顶紧组装；采用线能量小的CO2气体保护焊工艺进行板单元焊接，严格控制焊接顺序、对称焊、焊接参数等，降低变形量；焊接完成后，解除刚性马固进行板单元检测，采用热矫正工艺进行局部变形的修整，直至板单元精度符合标准要求；在板单元横竖肋钢筋孔中，依次穿入已加工好端部连接螺纹的钢筋，并采用临时工装固定。
[0017]⑶ꢀ
节段组拼工艺要点：根据节段结构特征，规定各板单元组拼顺序，通过BIM数字化模型进行组拼方案模拟，不断优化组拼顺序，保证各单元顺利组拼；根据节段尺寸、线形，设计制作专用工装，工装底面平整度偏差小于2mm，布设内外板单元定位装置，工装外布设纵横向测量基准线和高程监测点；在工装上，以周边测量网为基准依次由内向外组拼各件，主要结构组装顺序为：内壁板单元
→
分仓板单元
→
双向曲线板单元
→
扭曲板单元
→
箱内连接件等，组装检测合格后，采用临时工艺隔板、马板等对关键部位进行刚性马固。
[0018]⑷ꢀ
节段焊接工艺要点：根据焊接工艺试验确定的坡口形式、焊接工艺与焊接材料，优先采用自动化焊接设备进行施焊；在节段的接口部位、板单元对接缝部位、T型交接部
位增设工艺隔板、马板等刚性临时固结件，提高结构抗变形、焊接收缩的能力，对结构尺寸精度保证有利；根据节段结构特点与以往钢混组合塔焊接经验，按照对称焊接原则，规定严格的焊接顺序，使结构在焊接过程中应力接近均匀分布，避免节段整体产生扭曲变形；为了降低结构焊接内应力、便于焊接作业，节段采用阶段法（先焊接内壁板组成的内仓结构焊缝，再焊接分仓板、外壁板组成的箱本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种异形曲线结构钢混组合塔节段，其特征是：钢混组合塔截面为异形曲线截面，由R1m、R3m圆弧曲线和过渡直线组成，塔高方向为变截面且呈曲线变化，塔柱节段由箱内壁板（1）、曲线外壁板（4）、分仓板（5）、箱内连接件（2）和横竖向钢筋（3）组成。2.根据权利要求1所述的异形曲线结构钢混组合塔节段，其特征是：所述箱内壁板（1）为平面型板单元。3.根据权利要求1所述的异形曲线结构钢混组合塔节段，其特征是：所述曲线外壁板（4）为双向曲面板单元、扭曲板单元。4.根据权利要求1所述的异形曲线结构钢混组合塔节段，其特征是：所述分仓板（5）为平面型板单元。5.一种异形曲线结构钢混组合塔节段制造工艺，其特征是：
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曲线零件加工工艺：根据设计结构与线形，采用数字化模型方式进行曲线零件的放样；结合结构加工工艺，在曲线零件上增设工艺留量；利用三维软件的钣金展开功能，获取曲线零件的二维轮廓；利用编译软件生成程序性文件，采用数控切割设备下料、激光自动划线布置基准线；利用机械设备，进行零件周边加工、坡口开设等；采用冷压成型设备、热矫正措施进行零件的曲线成型；
⑵ꢀ
曲线板单元制作工艺：曲线型外壁板单元采用曲线工装制作，工装设计为可调整式活动工装，便于适应结构尺寸的变化；曲线外壁板在工装上成型后，采用刚性马固使其与工装固结，板肋与曲线外壁板顶紧组装；采用线能量小的CO2气体保护焊工艺进行板单元焊接，严格控制焊接顺序、对称焊、焊接参数等，降低变形量；焊接完成后，解除刚性马固进行板单元检测，采用热矫正工艺进行局部变形的修整，直至板单元精度符合标准要求；在板单元横竖肋钢筋孔中，依次穿入已加工好端部连接螺纹的钢筋，并采用临时工装固定；
⑶ꢀ
节段组拼工艺：根据节段结构特征，规定各板单元组拼顺序，通过BIM数字化模型进行组拼方案模拟，不断优化组拼顺序，保证各单元顺利组拼；根据节段尺寸、线形，设计制作专用工装，工装底面平整度偏差小于2mm，布设内外板单元定位装置，工装外布设纵横向测量基准线和高程监测点；在工装上，以周边测量网为基准依次...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓辉，朱新华，谭敏刚，李艳停，韓欢，杨宝堂，
申请(专利权)人：中铁宝桥集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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