空间多曲面异形钢桥拱加工技术

渊中亿丰建设集团股份有限公司袁江苏苏州215011冤

摘要院结合水秀街及水秀桥改造项目钢结构工程实际袁针对空间多曲面异形钢桥拱深化尧加工定位难尧焊接易变形的问题袁对钢桥拱加工技术进行了深入研究袁并应用在构件加工过程中取得了良好效果遥关键词院空间多曲面曰三维建模曰曲面板定位曰曲面板组装曰焊接变形控制

Abstract:Thespatialmulti-surfaceprofiledsteelbridgearchthispapercombinestheactualsteelstructureengineeringoftheShuixiuStreetandShuixiuBridgereconstructionproject.Inviewofdifficultytoprocessandandgoodresultsintheprocessingofcomponentsareachieved.deformationcontrol

1概况

水秀街及水秀桥改造项目钢结构工程主要位于慢行桥部分袁由下部桥梁主体钢箱梁及上部装饰钢拱组成袁桥梁横跨两侧人工河道,是承受自重荷载的装饰造型结构遥

钢拱由空间异型钢板拼接而成袁横跨慢行桥主桥袁钢拱投影长度为390.3m(含落地结构)袁桥拱为1个整体袁高度19.13m遥单侧共6个落点袁其中4点落于桥面上袁2点落于道路及地面遥钢桥拱重量达400余t袁采用球铰支座与桥面脱开遥2空间多曲面钢拱加工的重点及难点

要求非常高遥由于构件均由箱体组成袁箱体内部隔板较多袁空间狭小袁隐蔽焊接量大袁且是异形袁因此如何保证结构的焊接变形也是本工程的重要控制点遥

3钢拱深化及加工技术

3.1钢拱深化及加工制作整体流程渊图1冤

locate袁andeasydeformationoftheresearchandapplicationoftheweldingtheprocessingtechnologyaremade,

Keywords:spatialmulti-surface曰3Dmodeling曰curved-panelpositioning曰curved-panelassembly曰welding

渊1冤空间多曲面异形钢桥拱是景观装饰构件袁大部分钢拱由多曲面组成袁同一外表面上的弯曲方向和弧度都不规则遥如何对曲面坐标进行准确的定位袁是本工程详图深化设计的难点遥

渊2冤通过空间多曲面异形钢桥拱加工技术将

虚拟模型转换为实体构件袁在加工过程中如何利用深化软件输出的坐标将构件真实还原袁确保三维模型与构件实际加工尺寸一致袁是保证加工质量的重要技术难点及质量控制点遥

渊3冤本工程是外露的景观装饰构件袁对外观的

圆园19年第3期图1深化尧加工制作流程

原39原

工程技术3.2空间多曲面钢桥拱详图深化设计3.2.1线性模型的建立

朱江袁皮淑萍袁邰鹏鸣袁等院空间多曲面异形钢桥拱加工技术由于整体宽度超出运输宽度袁因此箱体和连接板件单独制作袁再发至现场拼装遥顶部钢拱由于重量较大袁长度方向再分2段进行加工袁使其单段出厂构件不超出车辆30t的限重遥为避免损伤袁分段制作前袁各段之间需保留1cm余量遥

空间多曲面异形钢桥拱为空间结构袁为满足建

筑效果的要求袁大部分钢拱是由多曲面组成袁同一外表面上的弯曲方向和弧度都是不规则的袁而常规的钢结构加工图深化设计软件很难对这种曲面进行三维放样定位袁因此采用了建模功能强大的犀牛软件进行三维模型的建立遥

在犀牛软件中首先建立结构线袁然后由线建立面袁再通过调整控制点得到所需的模型遥

在进行详图深化前先把犀牛模型导出3DAu鄄toCAD线条模型袁然后再导入到TeklaStructures软件中进行详图设计遥由于犀牛模型的结构线一般都是曲线袁而导入其他模型需要的是直线模型袁所以需要在犀牛模型中将曲线分割成一段段的小直线袁然后再导出所需的线性模型袁然后以3DAutoCAD的形式保存下来遥

图2钢拱形式

3.2.2加工详图设计

本工程采用TeklaStructures进行详图深化设计袁在导入AutoCAD模型之前袁先选好一个参考基

准点袁然后将1:1的3DAutoCAD模型导入到TeklaStructures软件中袁将参考基础点用与坐标系AutoCAD线性模型做为辅助线进行详图深化设计遥

详图深化完成后袁再将详图深化软件的加工图进行对齐袁保证线框与桥的相对位置正确袁然后以

图3钢拱分段

3.3钢拱的下料及组装3.3.1板件加工

三维模型与设计的犀牛模型及现场基础高度等进行比对袁并对得出的误差进行修正袁直至详图深化软件的模型精度达到标准遥最后利用软件功能袁选择合理的参考点袁将钢拱的曲面三维坐标导出来袁作为组装胎架的定位点遥

3.2.3钢拱分段的设计

钢拱截面共分3种形式渊图2冤遥支腿部位为弧度较小的普通钢箱梁遥顶部为采用多道多曲面腹板组成的箱体遥顶部与支腿之间的过渡区域袁采用在3个支腿延伸的箱体之间的设置连接板件进行组合袁逐步过渡到顶部箱体遥

由于车间加工的钢拱段受运输车辆的长度尧宽度及重量影响袁因此钢拱在图纸深化时袁需要优先考虑合理的分段遥

根据钢拱形式袁支腿处普通钢拱处按14m左右的正常运输长度进行分段渊图3冤遥过渡段的钢拱原40原

钢拱的本体为一个曲面结构袁需使用TeklaStructures中的野展开冶工具袁将曲面板展开成平面板袁然后车间根据钢板展开图进行下料遥

板件的机械弯圆主要采用三辊成型袁成型精度采样线架校核袁精度达到要求后袁再上胎架袁可以最

大限度避免强制就位采取的工装尧锤击等造成外观缺陷的手段袁从源头上控制外观成型遥曲面造形主要采用NX8.5软件自动生成弯曲半径光谱袁制作相应数量的弧度模板袁以准确控制辊压精度遥3.3.2三维坐标转换

通过TeklaStructures软件输出的钢拱三维坐

标袁计算出投影在地膜板上的对应坐标遥搭设施工平台并坚立胎架袁将三维坐标转换在平台地膜板上遥

三维坐标转换时袁先通过计算得出钢拱的Z向控制点袁并根据Z向控制点推算出X向及Y向控制点袁得出加工地膜的投影坐标点渊图4冤遥

圆园19年第3期朱江袁皮淑萍袁邰鹏鸣袁等院空间多曲面异形钢桥拱加工技术工程技术量较多袁首先组装竖隔板袁然后再组装横隔板袁同时考虑到隔板焊接受到空间的限制袁在隔板组装完成后袁就对所有的隔板进行焊接遥焊接完成后袁如有焊接变形袁再进行火焰矫正袁矫正后要与胎架贴合遥

隔板组装完成后袁进行盖板组装遥对隔板与盖板间的焊缝袁需在盖板上开设一个由焊接工人可以自由出入的预留焊接洞口袁最后再进行焊缝遥

盖板组装完成后袁再进行两侧腹板的安装遥在

图4坐标定位点分析示意

腹板的两侧均开35毅坡口袁并在腹板边缘背面加上

在加工地膜上的投影坐标点(x,y方向)上坚立拼装胎架袁并通过调节胎架长度精确定位Z向控制点遥

10mm厚衬垫板袁以保证焊接能够达到全熔透焊缝遥

3.4钢拱的焊接3.4.1焊接变形控制

3.3.3组装胎架设置

胎架安装时袁以第一个胎架的投影坐标渊x袁y方向冤做为测量基准点袁后续所有投影坐标定位点均以此作为基准进行引测袁避免累积误差遥所有的投影坐标点袁均采用全站仪等先进测量仪器进行引测及定位袁减少理论坐标点转换到胎架控制点时的偏差遥每个定位点的坐标引测完成后袁立刻采用标记笔记录在胎膜上袁再用钢尺等工具进行复核遥

地膜投影坐标点确定后袁再根据投影坐标点的位置将不同高度渊Z方向冤的胎架焊接在地膜上遥2m即设置一档的方式袁同时必须保证每块横向加劲板下部及2块加劲板之间均至少有1个控制点遥

在设置胎架时需要考虑到胎架自身的承载能力袁受力较大时应采用强度足够大的支架来支撑袁避免构件组装过程中胎架变形使组装精度受到影响遥单元构件胎架完成后袁还需用全站仪对胎架整体坐标(X,Y,Z方向)进行复测遥复测后对定位不准确的胎架进行矫正袁提高定位精度袁为后续钢拱的组装提供质量保证遥为避免损伤袁钢拱底板定位在3.3.4钢拱组装

钢拱的临时胎架搭设完成后袁先把弯好的钢拱底板放置在胎架进行定位拼装袁钢板放入胎架后如果零件的弯曲弧度过大袁三辊弯圆机只能弯曲到近似弧度袁有的部位无法和定位胎架贴合袁则需采用火焰和手拉葫芦将钢板矫正到胎架定位点遥

底板定位完成后袁进行组装隔板袁由于隔板数胎架上前袁需在胎架上采用橡胶垫块进行保护遥

为确保三维坐标转换的精确度袁拼装胎架采用

渊1冤影响焊接变形主要因素是热输入袁应采用小电流尧低电压进行焊接袁在工艺上对焊接变形进渊2冤在组装角度较大的隔板和底板曲面焊接时袁先用点焊固定袁然后在焊接部位边每隔1m的地方增加临时固定支撑袁通过限位措施来约束焊接变形遥

渊3冤焊接前需要对焊缝位置进行预热袁预热温度控制在80~100益遥预热不仅可以使焊接接头的冷却速度变慢袁便于焊缝中的扩散氢逸出袁避免产生氢致裂纹袁同时可以减少主体构件与焊接区域之间的温差值遥减少温度差不仅降低焊接应力减少焊渊4冤焊接时采用多层多道焊自内而外进行焊接遥先进行打底焊袁然后在中间层焊接时对曲线焊缝采用每隔200mm的分段焊接方式袁从而避免焊接应力的集中释放造成的变形遥盖面焊接时采用两人对称焊接袁电流尧电压速度一致袁合理抵消焊接应力袁减少在焊接过程中的变形遥

渊5冤焊接完成后袁对焊缝周边的飞溅尧毛刺用角向打磨机打磨干净袁然后采用火焰对焊缝进行加热袁

钢拱焊接完成形成单元构件后再把所有临时支撑割除袁用打磨机把割痕打磨干净遥严禁工人使用榔头直接对临时支撑进行锤击遥待24h后袁车间探伤自检人员检查所有焊缝袁对不合格的焊缝全部进行返工处理遥

圆园19年第3期针对多曲面部位采取防止变形的措施院

行把控遥

接变形袁也可降低焊接应变速率消除焊接裂纹遥

消除焊后残余应力遥火焰加热温度控制在80益遥

原41原

工程技术3.4.2焊接变形的测量及矫正

焊接完成后袁为保证构件的安装精度袁需对构件尺寸进行复核遥由于钢拱不仅在箱型构件的各表面呈现出不同的弧度袁而且在同一外表面上也会产生不同的弯曲袁因此检查外形尺寸的难度非常大遥本项目制作时选择把钢拱放回原胎架上袁采用原胎架坐标点进行检查测量的方式对构件尺寸进行复核袁确保复核尺寸的正确性遥

尺寸复核时如发现钢拱在焊接后产生较大的变形袁可局部采用火焰矫正法进行矫正遥火焰温度控制在600~800益遥火焰矫正后的构件需自然冷却到坏境温度袁严禁用水冷却遥

4结语

本项目通过采用三维深化软件对钢拱的多曲面坐标进行准确定位袁再将三维深化软件输出的空间坐标通过地膜胎架进行转换袁将构件真实还原袁确保三维模型与构件实际加工尺寸的一致性遥同时针对箱体内部隔板较多尧空间狭小尧隐蔽焊接量大而且是异形的特点袁制定相应的焊接工艺袁同时通过焊前预热尧焊后加热尧设置限位尧多层多道焊接等措施袁减少了焊接变形袁消除了焊缝开裂的隐患遥最后通过焊接成型后的测量及火焰矫正袁确保构件的加工尺寸全部符合规范要求袁为钢桥拱的现场安

朱江袁皮淑萍袁邰鹏鸣袁等院空间多曲面异形钢桥拱加工技术装降低了难度遥参考文献

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第一作者院朱江渊1978-冤袁男袁本科袁高级工程师袁建筑专业遥

渊编辑院杨蔚清冤渊收稿日期院2019-5-4冤

江苏省工业和信息化厅召开部分工业行业协会座谈会为更好的发挥行业协会作用袁推动我省制造业高端化尧绿色化转型发展袁增强产业竞争力袁6月5日上午袁省工业和信息化厅召开部分工业行业协会座谈会遥省纺织尧轻工尧建材尧冶金尧铸造尧皮革尧造纸尧表面工程等8家行业协会参加了会议遥产业转型升级处副处长宋连政主持会议遥他介绍了由原产业政策处更名的产业转型升级处的职责袁通报了该处2018年以来在贯彻国家产业政策实施和工业和信息产业结构调整意见袁监督检查产业政策落实情况袁协调解决执行中的重大问题袁研究提出产业发展方向和重点行业发展政策措施袁提出优化产业结构尧所有制结构和企业组织结构的政策建议袁组织和协调专项产业政策的制定袁牵头承担行业淘汰落后生产能力等方面的有关工作遥

到会的8家行业协会的会长或秘书长分别介绍了本行业企业在转型升级方面取得的成效尧存在的问题尧面临的困难袁部分协会还对如何做好企业转型升级提出了建设性意见遥产业转型升级处处长卢载贵到会讲话袁他感谢各协会一直以来对省经信工作的支持袁产业转型升级处在产业政策的制定袁推动企业转型升级的过程中将会进一步发挥行业协会熟悉行业和企业的优势袁积极参与到促进淘汰落后尧专项产业政策的制定中遥原42原

渊来源院江苏省建材行业协会秘书处冤

圆园19年第3期