天津海河蚌埠桥三维空间扭曲拱加工安装施工工艺 7页

'桥梁建设2012年第42卷增刊1(总第216期)94BridgeConstruction，Vo1．42，SupplementNo．1，2012(TotallyNo．216)文章编号：1003—4722(2012)S1—0094—07天津海河蚌埠桥三维空间扭曲拱加工安装施工工艺马玉洲，宿明辉，刘长玉(中国建筑股份有限公司，北京10OO26)摘要：天津海河蚌埠桥纵拱为空间扭曲的箱形截面，除了在平面内存在曲线形、立面上有拱度外，还有最大角度达到了61。的自身扭曲。针对其特殊构造施工时先对纵拱进行详图深化设计，对组成纵拱箱体的顶、底板和腹板用AutoPOL软件进行展开处理，并进行校核后编程切割，以保证下料精度；再以详图中给出的搭胎数据坐标值为依据做固定胎，并以坐标值为依据检测胎具的准确性；然后根据搭胎数据用顶镐压钢板，配合火焰加热的方法，加工出所需的形状，并用坐标数据进行校核；最后组装成型。关键词：拱桥；钢结构；焊接；桥梁施工中图分类号：U448．22；U445．58文献标志码：AConstructionTechnoloforProcessingandInstallationofThree—DimensionalSpatialTorsionalArchofBengbuBridgeoverHaiheRiverinTianjinMAYu—zhou，SUMing—hui，LIUChang-yu(ChinaStateConstructionEngineeringCorporation，Beijing100026，China)Abstract：TheIongitudinalarchoftheBengbuBridgeinTianjinisofthespatialtorsionalboxsection．Inadditiontothecurvedshapeinplan，thebridgealsohascamberinginelevationandhastheself—torsionuptothemaximumangleof61。．Inthelightofthespecialstructureofthebridge，thebridgewasfirstlydesignedindetailsbeforeitwasconstructed，thesoftwareAu—toPOLwasusedtohandleandcheckthetop．bottomplatesandthewebsformingtheboxofthelongitudinalarch，thecomputerprogramwascompiledtocutthematerialsforthearchSOastoensuretheaccuratelaying—off．Thenthecoordinatevaluesforsettingupthejigasgiveninthede—taileddrawingsweretakenasthebasis，thejigwassetupandthecorrectnessofthejigwaschecked．Finallythesteelplateswerepressedbythejackingpicksandwiththeaidoftheflameheatingmethod，theneededshapesofthesteelplateswereprocessed，checkedbythecoordinatevaluesandthesteelplateswereassembled．Keywords：archbridge；steelstructure；welding；bridgeconstruction1工程概况心反对称设计方案，主要承重由设置在主桥和步行随着现代桥梁向轻巧、纤细、大跨的方向发展，桥之间的2组三维空间网状结构实现，用钢为高性能钢材在桥梁结构中得到广泛的应用，并出现Q370qd。了一些应用高性能钢材的新型桥梁结构。天津海河蚌埠桥位于天津市中心小白楼中央金融商务蚌埠桥是新型桥梁结构和高性能钢材使用的代表工区，横跨海河，是海河开发重点工程。该桥全长l92程之一，桥梁外观结构采用法国马克曼朗的平面中m，平面设计成反对称结构，主桥结构和两侧行人辅收稿日期：20l21017作者简介：马玉洲，工程师，E—mailma—yuzhou@chinaconstruction．corn。研究方向：桥梁施工。 96桥梁建设BridgeConstruction进料并复验；设计必要的加工、制造、安装所需的工标数据进行校核。艺装备，如三维胎架、空问构件预拼支架等；准备软根据搭胎数据，先对放样好的单元板按等高线件，初步确定合理的加工工艺、焊接工艺，绘制统计画线，用顶镐压所画斜线部分，配合火焰加热的方法所有构件图，确定安装工艺，并编制方案报批。(加热温度不超650℃)加工出所需的形状，并用坐3．2空间构件3D建模标数据进行校核。板材加工示意见图3。依据施工图纸坐标以及试件研究数据确定构件预抛值，修正三维空间扭曲小截面结构的坐标。根据加预抛后的线形坐标，采用AutodeskMechanicalDesktop2007软件模拟三维空间扭曲结构的实际模型，三维空间扭曲小截面见图2。图3板材加工示意Fig．3ProcessingofPlate为确保板材成形精确度，通过工艺试验确定回弹、误差值，施工时对回弹及误差值等变形值加以考虑。如误差超限，通过二次顶压矫正处理，并经过48h时效后二次检测。3．4．2三维空间胎具制作根据修正的结构坐标，计算出详细的胎具坐标，制作胎具。并依据胎具坐标值来检测胎具的准确性。胎具底板要保证有足够的强度，用斜垫块来控图2三维空间扭曲小截面制搭胎数据中的z向坐标值，用挡块来控制搭胎数Fig．2SmallSectionofThree-DimensionalSpatialTorsion据中的x值和y值，共同作用形成搭胎数据曲线。3．3单元板放样、号料及热矫试验胎具形式见图4。根据加工要求、受力状况以及材料损耗控制等3．5空间构件预拼对实际模型进行分段，对组成箱体构件的顶、底板和组成纵拱的顶、底、腹板按照轴线6m一段下腹板采用专业软件(如AutoPOLforwindowsl等)料，经检测合格后进行单板预拼组装，每个纵拱都在进行展开处理。根据展开处理后的单元构件尺寸编试拼平台上进行单板预拼，其顺序为：底板一一侧腹制程序，采用多头数控火焰切割机进行切割，保证单板一另～侧腹板一顶板。元板构件下料精度。小截面箱形渐变厚板采用火焰在第2个纵拱分段预拼合格后，前一个纵拱分数控切割下料后，再对单元构件进行调平调直处理，段才可以在组装胎具上进行单段焊接，组装胎具的最后按照焊接工艺评定要求进行坡口加工。线形尺寸与试拼平台的线形和尺寸完全一致。为确保钢材内部结构不被损坏，单元板加工前3．6焊接工艺试验及上胎组装焊接进行热矫试验，确定限温热矫的界限值。试验表明，3．6．1焊接工艺试验Q370qd钢材热处理温度限值为850～900℃，加工在构件焊接实施前进行焊接工艺试验，确定焊时取热矫温度限值为650℃。接接头形式、焊接材料、焊接温度和层问温度控制、3．4单元板扭曲加工及三维空间胎具制作焊接程序等参数。该工法的主要焊接方式为对焊和3．4．1单元板扭曲加工角焊，坡口采用数控切割机成形。工厂焊接以自动单元板成型加工过程即为单元板的三维扭曲过埋弧焊、自动CO焊为主，手工c()。焊为辅，现场焊程。采用数控火焰切割机进行下料，每50cm绘出接采用手工C()z焊或手工C()：焊打底、自动埋弧焊三维坐标控制的等高线或梯度线，采用压力机或千填平。斤顶配合火焰加热的方法加工出所需的形状，用坐超过20mm厚的钢板焊接时，焊前焊后采用火 天津海河蚌埠桥三维空间扭曲拱加工安装施工工艺马玉洲，宿明辉，刘长玉97斜垫块参考原点图4空间扭曲箱形拱胎具示意Fig．4JigforSpatialTorsionalBoxArch焰加热预热处理，温度控制在100～150℃，加热范围每侧宽度均应大于焊件厚度的1．5倍，且不小于100mm。焊后应立即进行热处理，火焰加热温度在250~350oC保温，并用石棉布覆盖。焊接时控制层间温度为150～200oc。3．6．2胎组装焊接x,HJIJ工成型且经过时效处理的板进行检验，符合误差(<1．5ram)要求的进行组装焊接。在胎具上安装底板，对板局部采用倒链和千斤顶施压，使板与胎具曲线吻合，然后将此板固定在胎具上。在底图5空间扭曲箱形拱试拼装板上划出侧板定位线，并按每5O～100cm设置底板Fig．5TrialAssemblingofSpatialTorsionalBoxArch与侧板的拟合点，并按拟合点部位设置工艺横隔板，纵轴线的位置，对加工好的横纵拱杆件的长度、宽保证拟合点位置箱体结构三维坐标准确。安装侧度、高度等外形尺寸进行检测，对吊点和焊缝质量进板，同样用千斤顶和倒链对侧板施JJH~b力，使其与底行检查。构件运输至现场后，在施工现场进行预拼板定位线重合，进行焊接作业。利用侧板上的拟合装，程序与3．7节“构件试拼”相同。点和定位线，按上述方法进行顶板焊接安装。无应力焊接要求构件下必须搭设临时支承系构件加工完成后按照设计要求和《钢结构工程统，而且搭设的支承系统必须满足一定的强度、刚度施工质量验收规范》(GB50205—2001)要求进行探和稳定性，同时沉降量满足构件预抛值。在横拱与伤检查。要求焊缝外观和超声波探伤检查满足一级中间纵拱的拼接口处竖向设置1道I28a工字钢，用焊缝质量标准。焊接完成的箱体解除固定后，检查于横拱安装时的定位，并起到辅助支承的作用。是否合格。如误差过太，应予矫正，矫正采用液压矫正机机械矫正或火焰加热矫正2种方法。施工过程中的测量定位采用全站仪三维坐标放3．7构件试拼装样法，标高放样采用无仪高、反射贴片代替棱镜的三完成工程单体所有构件焊接后，必须进行场内角高程测量。根据该工程的特点和平面图的具体情预拼装。组装胎具按照修正的坐标进行控制，按照况，以工程独立施工坐标系为基准，计算各横拱中心设计问距放置横拱，每个横拱之间再按照修正标高顶点在该坐标系下的理论坐标，运用极坐标原理对放置3根立杆作为纵拱支承，在其上按照设计线形横拱进行测量放样。横拱上与纵拱相交处20cm范敷设纵拱进行组装，试拼装见图5。围内贴反光片，采用全站仪控制贴片位置的三向坐3．8现场安装标。运用全站仪数据采集器、接口技术使全站仪和安装前测量主桥钢梁横纵拱接口处的高程、横计算机二者相联，在计算机上建立准确的钢构件三 98桥梁建设BridgeConstruction维立体图，作为控制依据。3．8．1拱脚安装为保证拱脚的安装精度，两侧纵拱拱脚同时进行安装(纵拱拱脚在场内加工时通过槽钢杆件将其连接牢固)，纵拱拱脚的安装采用汽车吊吊装，并埋入两侧的承台内。3．8．2构件安装(1)安装顺序。决定空问结构连接顺序的主要囚素是构件的受力情况。依据设计院提供的构件受力情况、构件分段情况，蚌埠桥从河西往河东侧顺次进行安装，人行辅桥分段进行安装，每段人行辅桥安装就位后，顺次安装相应的挑粱和横拱，横拱安装就图6横拱两点吊装Fig．6Two-PointLiftingofTransverseArch位后，即可以安装其间的纵拱。(2)构件定位及节点处理。在钢梁和人行辅桥的加工过程中，钢梁与反拱的连接处已经将钢梁与横拱两侧的拱脚处部分加工成一块，因此在安装横拱的过程中，为便于横拱能够准确地安装就位，人行辅桥每段安装定位后不能完全固定死，待横拱与钢梁顺利对接完后，可以选择调节人行辅桥或者横拱的方式来调节人行辅桥与横拱的对接误差。每段纵拱的安装在两侧横拱安装就位后进行，由于在横拱的加工过程中已经将横纵拱的拼接口细部结构在横拱上组装完成，因此纵拱的安装可以采用横拱来定位。(3)横拱安装。横拱的安装采用两点吊(图6)，起吊就位支撑点落于主桥钢箱梁与人行辅桥接口图7A8横拱精安装处。在横拱安装前，在主桥钢箱梁上测量放线，划出Fig．7PreciselyInstallingofTransverseArchA8横拱的安装位置，并设置卡板，用于横拱安装时的准确限位。在横拱落位支点处设置千斤顶，就位临时点的精确位置。在A8精就位及施焊过程中，应不固定后，对其标高及位置进行测量，符合要求后方能断采用全站仪检测x方向的位置，保证A8精就位的准确。进行拼接，同时由于横拱侧向稳定差，因此需要在临时支架上搭设工字钢支架对其固定。横拱在场内加(5)纵拱安装。A8焊接完成后，安装其两侧的工过程中应将接口处坡口加工好。纵拱，并施焊。施焊时，应同时对两侧的纵拱接口进横拱就位过程中，在横拱弧形最高点设置相应行焊接，避免焊接不对称所产生的变形。横拱A8重量的铅坠，用于随时控制横拱x方向的精度。横与纵拱接口焊接后，对横拱A7上的3点三维坐标拱初就位后，在横拱上与纵拱相交处20CITI范围内进行复测，如合格则安装横拱A7另一侧的纵拱，同贴反光片，采用全站仪控制贴片位置的三向坐标。时进行拼接口的焊接。如果经检测后，A7与两侧纵对于测量的3个实际坐标与理论坐标存在较大误差拱接口处的控制点X方向的坐标误差较大，则需要的，应控制其中间纵拱位置的坐标与理论坐标值偏经过调整后再进行纵横拱的焊接。差在允许范围之内。(6)构件调整。安装好的构件需要进行调整(4)横拱二序法精安装。根据对实际加工好的(图8)，由于A7段中间控制点的坐标在安装时已经横拱进行测量的结果，上、下游横拱A8上的3点与调整准确，因此先将其与中问的纵拱进行焊接。根理论偏差均在允许范围之内，因此在安装时，先将据横拱A7上点的变形方向，在其反方向上设置手A8精就位(图7)，以此为基准，用于控制其他横拱3拉导链，在其变形方向设置千斤顶进行施压，同时应 天津海河蚌埠桥三维空间扭拱加工安装施工工艺马玉洲，宿明辉，刘长玉99工艺，构件结构尺寸及相关数据的准确度提高，焊千斤顼安装手拉导链接、安装顺利，工期比原定工期提前18d，总工期节约12；材料损耗降低了5．8，工期和材料节约成I{11。一【】l1ll1本共计34．58万元，降低率达到6．9。该项目获得了天津市“海河杯”优质工程奖。建成后的海河蚌匕仁：==埠桥见图9。[——装手拉导链＼芊A~Tifi图8构件调整示意Fig．8AdjustingofComponents采用火焰进行加热。待将其变形调整到允许范围内后，同时进行两侧纵横拱接口的施焊。对于其他纵横拱的安装和调整采用如下方式进图9海河蚌埠桥全景Fig．9PanoramicViewofBengbuBridge行：①为保证安装的精度，每段构件临时固定后，对overHaiheRiverinTianjin标高、位置、轴线及中心偏移进行测量调整。整体桥梁完工时，仍要对整体进行复测及调整。②纵拱考虑分为6m1段来吊装，纵拱采用两点吊，纵拱段与参考文献(References)：段之间的支点落于横拱上，由于在横拱加工过程中，E1]钟发明，周卫国．AutoCAD三维建模技术在蝴蝶型拱已经将纵横拱接口焊接在横拱上，并在接口处设置肋加工制作中的应用[J]．华南港工，2008，(1)：39—了限位板，便于纵拱顺利对接。每吊装1段纵拱，都44．必须进行检测，合格后方能安装下一段纵拱。③纵(ZHONGFa—ming，ZHOUWei—guo．ApplicationofThreeDimensionalModelingTechnologyofAutoCAD拱整体吊装完后，对其进行复测并记录，必要时应进tOButterflyShapedArchRibManufacturing[J]．South行调整。④为保证安装的精度，每段构件临时固定ChinaHarbourEngineering，2008，(1)：39—44．in后，对标高、位置、轴线及中心偏移进行测量调整。Chinese)整体桥梁完工时，仍要对整体进行复测及调整。[2]唐际宇，戈祥林，石荣金．昆明新机场航站楼钢彩带空38．3现场焊接间弯扭箱体构件制作技术[J]．施工技术，2011，(9)：现场焊接由于作业条件相当困难，焊接时必须14—17．按照焊接工艺评定要求进行。施焊前应对所有焊(TANGJi—yu，GEXianglin，SHIRong—jin．Prefabri—件、焊接设备、焊接材料进行检查。cationTechnologyofBendingTorsionBo~Shape现场焊接主要采用手工焊，纵横拱安装时先点MembersofSteelRibboninKunmingNewAirport焊牢固，经过测量确定其安装位置准确后，方可进行Terminal[J]．ConstructionTechnology，2011，(9)：14—17．inChinese)焊接。焊接工艺参数以焊接工艺评定试验通过的参[3]周泳涛，李毅谦，周军生，等．云南小湾大桥主拱钢箱数为准，施焊时必须加引、熄弧板，严禁在梁体上引加工与制造[J]．世界桥梁，2005，(2)：16—19．吸弧。完成后气割掉两侧引弧板(不可伤及主材)，(ZHOUYong—tao，LIYi-qian，ZHOUJunsheng，et再修磨顺直。焊接材料注意防潮防水，正在施焊的a1．ProcessingandFabricationofMainArchSteelBo—焊缝部位，在下雨时应采取防护棚遮盖，直至焊缝完xesofXiaowanBridgeinYunnan[J]．WorldBridges，全冷却到常温。2005，(2)：16—19．inChinese)[4]徐亮，王辉平，张胜利，等．舟山西堠门跨海大桥分4结语体式钢箱梁制造预拼装线形控制技术[J]．中国工程蚌埠桥纵、横拱共重334t，使用文中所介绍的科学，2010，(7)：43—46． 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