[发明专利]异形曲线结构钢混组合塔节段及制造工艺

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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。

设计方案：为了实现上述设计目的。本发明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。

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。

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。

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。

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：

⑴ 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。

⑵ 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。