大型桥梁钢塔加工制作工艺方案研究

【摘要】

国内大跨度钢箱梁悬索桥采用钢塔柱设计，钢塔柱节段间通过金属接触和高强螺栓连接两种方式传力，钢塔的线性主要在塔柱端面机械加工中进行控制。本文以泰州大桥钢塔及马鞍山大桥钢塔为例阐述了钢塔加工制作中的难点，并讨论了机械方案优化。

【关键词】 金属接触率；加工精度； API；测量精度；

THE INFLUENCE AND CONTROL OF TEMPERATURE IN MACHINING ON STEEL TOWER OF MA’ANSHAN YANGTZE RIVER BRIDGE

Liu Tingting Zhang peng

(China Railway Baoji Bridge Group Co.,LtdBaoji721006)

ABSTRACTMa’anshan Yangtze River Bridge is a large-span steel box girder suspension bridge,which adopts the steel tower shaft design in china.The force between segments of steel tower shaft is transferred by metal contact and high strength bolt connection.This paper elaborates the influence of temperature on machining accuracy and measurement accuracy are described.By reduing such influence,the high stability of processing can be assured.The control of temperature in machining is particularly discussed.

KEYWORDSmetal control rate； process machining accuracy； API； measurement accuracy；

中图分类号：P258 文献标识码：A

1、工程结构

马鞍山大桥钢塔及泰州大桥钢塔为三塔两跨连续钢箱梁悬索桥，根据受力要求，其中塔设计为钢塔。中塔总高均180m左右,其上塔柱、上、下横梁为钢结构。上塔柱高127.8m，横桥向宽度6.0m，顺桥向宽度7.0m～11.0m。塔柱共划分为T1～T21共21个节段，J1～J20共20个拼接接缝；节段长度5.8～9.55m，标准节段长度为6m，节段间连接采用端面金属接触及M33的摩擦型高强螺栓连接并用的接头形式。其中T1节段最重，约580t，钢材总重量约为9500t左右，钢塔柱主体结构分别采用Q345D、Q370qE、Q420qE钢，其技术指标符合《桥梁用结构钢》（GB/T 714-2008）的要求。塔柱壁板厚度为40mm～60mm，腹板厚度为40mm～60mm；均采用板式加劲肋，加劲肋板厚为32mm与36mm；横隔板的间距约为1.9m～3.5m，横隔板厚一般为16mm，横梁对应处为20mm～36mm。钢塔柱典型断面见图1

2、概述

通过对比近年来钢塔加工过程中遇到的难点及加工方案的改进，减少钢塔加工难点，提高加工精度，优化方案，更有效地降低成本。近年来大型桥梁迅速发展，制作难点越显突出，方案优化愈来愈重要。本文就泰州及马鞍山钢塔为例阐述了钢塔加工制作的难点，着重讨论了方案优化，进而大大缩短每段钢塔的加工周期，提高了质量效率，节约了成本。

3、钢塔加工的难点

对比泰州大桥钢塔及马鞍山大桥钢塔，两座钢塔共同突出的制作难点是：1、底座承压板厚度大、孔洞密、重量及规格大，因此板块的下料、调直、制孔、焊接等工艺要求高、难度大；2、特殊节段零件多，箱内焊接空间小，个别焊缝难以施焊；例如泰塔的分叉、马塔的塔梁结合段以及上下横梁。尤其是泰塔的分叉节段有四个方向的连接面，如何保证匹配尺寸是加工的关键；横梁与钢塔柱的连接匹配也是整个钢塔制作的难点之一。3.断面大，机械加工时平面度、垂直度及整体角度测量精度难以保证；

以上难点突出了钢塔加工的主要难点，然而由于钢塔由于金属接触传力的要求，塔柱安装后的轴线偏差要达到设计要求1/4000的控制精度以及平面度0.25mm的金属接触率要求，只有在节段的制作和机械加工的过程中严格保证几何尺寸和塔柱端面平面度的要求。钢塔断面机械加工成了整个钢塔的最主要难点。

4、加工制作方案讨论

钢塔的整个加工方案主要分为在车间场内完成零部件制作、节段组焊、端面加工、水平预拼装、涂装等工序，然后下水运输至桥位。在桥位完成节段安装、高强螺栓的施拧、接口焊接连接、成塔检查、桥位最后一道面漆的涂装等作业。

上述已得出钢塔的难点在于断面的高精度金属接触率，既端面机械加工。如何在机械加工中优化方案，对整个钢塔制作方案调整起到了至关重要的作用

4.1、机械加工精度控制

钢塔柱累积精度管理在钢塔精度控制中起到了至关重要的作用。由于钢塔节段间端面金属接触传力的要求，加之塔柱安装后轴线偏差要达到设计的高精度要求，桥位架设中又不能对钢塔线型进行调整，只能在节段机械加工过程中对节段尺寸及端面加工精度进行控制，然而仅依靠提高单节段的加工精度，受到设备、工艺条件的限制，必须通过每个节段来控制，因此建立钢塔精度管理系统是必然的，也是非常重要的。钢塔的累积精度管理包括钢塔高度的精度累积管理、钢塔轴线偏差的精度累积管理、钢塔节段间扭转的精度累积管理三大部分。通过使用高精度的测量仪器，测量单节段的长度、端面垂直度、以及两节段间的轴线错台量等节段轴线空间位置信息，在计算机中对节段进行累积精度管理。进而按照精度累积管理的结果，指导待加工节段的端面修正加工及节段间扭转的控制等。

“API”在钢塔及钢结构制作加工的利用尤为重要。“API”为美国第三代精密工程激光跟踪测量仪，其精度可以达到正负5个ppm，测距最大可达60米。对于钢塔平度度和断面垂直度的高精度要求，一般测量仪器测量难度大而且误差很大。API在钢塔中的应用，提高了测量精度与效率，保证了钢塔节段加工测量数据的准确性，为后期钢塔累积精度管理系统的建立奠定了基础。

4.2 计算机模拟预拼

提出计算机模拟预拼装代替实际水平预拼装。此方案的提出一改以往钢塔的实际水平预拼装，将大大提高加工生产进度，降低成本。泰州钢塔及马鞍山桥两座钢塔的加工经验、API整体测量数据以及实验研究数据表明，钢塔的实际水平预拼装完全可以由计算机模拟预拼装代替。在通过对比泰州钢塔及马鞍山钢塔精度累积管理系统、现场水平预拼及桥位架设数据后，机械加工后的拼装线与桥位架设拼装线几乎一致，所以钢塔在加工结束后水平预拼装可以取消或用计算机模拟代替；需要对加工精度、测量精度、现场预拼及桥位架设进行了严格控制和实时跟踪监控，并且做大量的实验得出必要的数据来进行论证。

计算机模拟预拼装的整体思路是：通过”API”或”3DSS”测量仪进行钢塔整体激光扫描得出钢塔节段扫描点，将扫描点导入solidwork或其它三维建模软件内生成与实际很接近的三维实体，通过计算机分析得出桥位架设相关数据。要实现必须做到以下重要几点：1、钢塔的整体机械加工要严格控制；2、API测量数据要精准无误；3、节段整体测量外壁板划线及API激光球底座划线精准无误。计算机模拟预拼装代替实际水平预拼装的提出和应用将大大加快了钢塔的架设进度，更科学更先进地节约了成本。

【结束语】

本文分析了钢塔加工过程中的难点和主要难点，通过对主要难点工序进行的方案优化，提到的钢塔的累计精度管理，重点提到了计算机模拟预拼装概念。讨论了钢塔加工过程中计算机模拟预拼装的整体思路。马鞍山钢塔及泰州钢塔的制作完成，仍有很多值得我们去总结，其以科学和合理的理论为基础最终屹立在长江之上，成功的加工制作经验对后续钢塔的加工积累了宝贵的经验