一种空间异形多曲面钢结构的制造方法与流程

机械加工,机床金属加工设备的制造及其加工,应用技术1.本技术涉及桥梁施工领域，具体而言，涉及一种空间异形多曲面钢结构的制造方法。背景技术：2.目前我国钢结构桥梁的主要形式有钢拱桥、斜拉桥、悬吊桥等多种标准结构桥梁形式，但是为了美观目前针对各种桥梁的特定结构特点开发出各种独特的新型桥梁结构和施工方法。3.独塔斜拉景观桥是一种复杂的斜拉桥梁结构形式，其塔梁连接段作为全桥结构的汇集连接点具有十分复杂的整体结构，且作为一种空间异形多曲面钢结构包含多种双曲面的结合过渡，不仅制造精度要求高，生产制造难度极大，导致传统的标准化生产方式难以满足独塔斜拉景观桥的异形多曲面钢结构的塔梁固结段生产制造的要求。技术实现要素：4.本技术的目的在于提供一种空间异形多曲面钢结构的制造方法，其解决了空间异形多曲面钢结构施工中双曲板难以加工、各环口尺寸精度难以控制的问题。5.本技术的实施例是这样实现的：6.本技术实施例提供一种空间异形多曲面钢结构的制造方法，多曲面钢结构的顶部、底部和一侧分别具有桥塔接口、桥墩接口和受压大梁接口，多曲面钢结构的外轮廓具有连接桥塔接口和受压大梁接口的第一双曲板、连接桥墩接口和受压大梁接口的第二双曲板及连接桥塔接口和桥墩接口的第三双曲板，第三双曲板的顶部被配置成连接桥面的主纵梁，多曲面钢结构的制造方法包括以下步骤：7.将多曲面钢结构分为多个节段并搭设胎架整体制造；8.对多曲面钢结构进行三维建模后输出图纸，对图纸的各个零件进行数控下料加工；9.对多曲面钢结构的外轮廓线型进行分析以控制外轮廓的弯曲位置，并结合多曲面钢结构内部的隔板、腹板和各个节段之间的焊缝位置进行整个胎架点位布置，选取多曲面钢结构安装于桥梁时的桥梁中心面作为建造基面并在三维模型中计算出多曲面钢结构的各个胎架点位的高程值，按照胎架点位布置及胎架点位的高程值搭设胎架，随后将各个零件在胎架上依次进行装配、调整定位和整体焊接作业。10.在一些可选的实施方案中，加工第一双曲板、第二双曲板和第三双曲板时，首先利用三维软件分别进行建模放样并分析弯曲变化趋势以布置各个双曲板的加工控制点，再选取一个制作基面通过三维软件取得各个加工控制点的高程值，随后结合加工控制点的平面位置投影图搭设双曲板加工胎架，将已下料的双曲板零件上双曲板加工胎架定位进行加工；加工时采用冷压配合热成型的方式，加热前对钢板施加下压力，再沿着预定的控制线将钢板进行局部线状加热至产生局部塑性变形，使钢板弯曲时的各个加工控制点逐渐贴合双曲板加工胎架达到对应高程值，从而将钢板弯曲加工成第一双曲板、第二双曲板和第三双曲板。11.在一些可选的实施方案中，对第一双曲板、第二双曲板和第三双曲板之间的共边进行装配时，预拼检查焊缝的坡口配合满足要求时再进入后续装配流程。12.在一些可选的实施方案中，将各个零件在胎架上依次进行装配时，首先拼装靠近桥梁中心面一侧的外轮廓板，根据外轮廓板外表面的胎架点调整定位，再调整对齐外轮廓板内表面纵横基线，随后依次焊接工艺卡板固定各个双曲板的对接缝，接着以外轮廓板的纵横基线为基准安装下层隔板及纵横加劲，在各个节段的两端分别固定工艺板来固定环口尺寸，安装中腹板和下层隔板并调整对齐外轮廓板的中腹板定位线，再以中腹板所在平面的纵横基线为准安装上层隔板，最后铺装远离桥梁中心面一侧的外轮廓板。13.在一些可选的实施方案中，将各个零件在胎架上依次进行调整定位时，首先检查各个节段之间环口的对齐情况，接着检查桥塔接口、桥墩接口和受压大梁接口的环口尺寸并进行整体调节以确保所有接口平整无错位。14.在一些可选的实施方案中，将各个零件在胎架上依次进行整体焊接时，首先焊接节段的上层结构的外轮廓板的对接焊缝，随后取走上层结构的外轮廓板后在对应节段内装配焊接80％熔透加劲并焊接隔板熔透角焊缝，焊接时从中间向两侧焊接，接着焊接下层结构的外轮廓板的隔板熔透角焊缝，焊接时从结构中间向两侧焊接，并焊接腹板与外轮廓板单边熔透角焊缝，从两侧同时进行焊接，从中间向两侧焊接80％熔透加劲，将上层结构的外轮廓板重新装配到下层结构的外轮廓板上，焊接上层结构的外轮廓板和下层结构的外轮廓板的对接焊缝，从中间向两边焊接上层隔板与中腹板的熔透角焊缝，将节段翻身并整体放置到靠桥侧面胎架，翻身后焊接下层结构的外轮廓板对接焊缝，最后从中间向两侧焊接下部隔板与腹板的熔透角焊缝。15.在一些可选的实施方案中，将各个零件在胎架上依次进行整体焊接后，分别将桥塔节段、桥墩节段和受压大梁节段与多曲面钢结构的桥塔接口、桥墩接口和受压大梁接口进行尺寸二次校验匹配。16.本技术的有益效果是：本技术提供的空间异形多曲面钢结构的制造方法是将多曲面钢结构分为多个节段并搭设胎架整体制造。对多曲面钢结构进行三维建模后输出图纸，对图纸的各个零件进行数控下料加工。对多曲面钢结构的外轮廓线型进行分析以控制外轮廓的弯曲位置，并结合多曲面钢结构内部的隔板、腹板和各个节段之间的焊缝位置进行整个胎架点位布置，选取多曲面钢结构安装于桥梁时的桥梁中心面作为建造基面并在三维模型中计算出多曲面钢结构的各个胎架点位的高程值，按照胎架点位布置及胎架点位的高程值搭设胎架，随后将各个零件在胎架上依次进行装配、调整定位和整体焊接作业。本技术提供的空间异形多曲面钢结构的制造方法解决了空间异形多曲面钢结构施工中双曲板难以加工、各环口尺寸精度难以控制的问题。附图说明17.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。18.图1为本技术实施例提供的空间异形多曲面钢结构的制造方法中多曲面钢结构的结构示意图；19.图2为本技术实施例提供的空间异形多曲面钢结构的制造方法中多曲面钢结构分为七个节段时的结构示意图；20.图3为本技术实施例提供的空间异形多曲面钢结构的制造方法中在制作基面基础上结合加工控制点和控制线位置对双曲板进行加工的结构示意图；21.图4为本技术实施例提供的空间异形多曲面钢结构的制造方法中对双曲板之间的共边进行装配时预拼检查焊缝的坡口的结构示意图；22.图5为本技术实施例提供的空间异形多曲面钢结构的制造方法中对多曲面钢结构内部的隔板、中腹板和各个节段之间的焊缝位置进行整个胎架点位布置的结构示意图；23.图6为本技术实施例提供的空间异形多曲面钢结构的制造方法中选取桥梁中心面作为建造基面并计算出多曲面钢结构的各个胎架点位的高程值搭设胎架时的结构示意图；24.图7为本技术实施例提供的空间异形多曲面钢结构的制造方法中对节段的下层结构装配时的结构示意图；25.图8为本技术实施例提供的空间异形多曲面钢结构的制造方法中对节段的上层结构装配时的结构示意图；26.图9为本技术实施例提供的空间异形多曲面钢结构的制造方法中对节段进行装配时的焊缝和截面结构示意图。27.图中：100、多曲面钢结构；110、桥塔接口；120、桥墩接口；130、受压大梁接口；140、第一双曲板；150、第二双曲板；160、第三双曲板；170、中腹板；180、隔板；190、加劲；200、控制线；210、控制点；230、制作基面；240、桥梁中心面；250、上层结构；260、下层结构；300、外连接板。具体实施方式28.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。29.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。30.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。31.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。32.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。33.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。34.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。35.以下结合实施例对本技术的空间异形多曲面钢结构的制造方法的特征和性能作进一步的详细描述。36.如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示，本技术实施例提供一种空间异形多曲面钢结构的制造方法，多曲面钢结构100的顶部、底部和一侧分别具有桥塔接口110、桥墩接口120和受压大梁接口130，多曲面钢结构100的外轮廓具有连接桥塔接口110和受压大梁接口130的第一双曲板140、连接桥墩接口120和受压大梁接口130的第二双曲板150、连接桥塔接口110和桥墩接口120的第三双曲板160及两对相对布置的外连接板300，每个外连接板300均相互连接且分别与第一双曲板140、第二双曲板150和第三双曲板160中的两个连接，多曲面钢结构100内设有分别与第一双曲板140、第二双曲板150和第三双曲板160连接的中腹板170，多曲面钢结构100内还设有八个隔板180和十八个加劲190，第三双曲板160的顶部被配置成用于连接桥面的主纵梁。37.本技术实施例提供的多曲面钢结构100的制造方法包括以下步骤：38.对多曲面钢结构100的连接节点进行承载能力评估，重点分析关键局部区域的应力状态，将多曲面钢结构100分为7个节段并搭设胎架整体制造，各个节段之间的断缝避开应力集中区。39.对多曲面钢结构100进行三维建模后输出总图、节段图、单元图、零件图，对图纸的各个零件进行数控下料加工；加工第一双曲板140、第二双曲板150和第三双曲板160时，首先利用三维软件分别进行建模放样并分析弯曲变化趋势以布置各个双曲板的加工控制点210，再选取一个制作基面230通过三维软件取得各个加工控制点210的高程值h，随后结合加工控制点210的平面位置投影图搭设双曲板加工胎架，将已下料的双曲板零件上双曲板加工胎架定位进行加工；加工时采用冷压配合热成型的方式，加热前使用门架配合千斤顶对钢板施加下压力，再沿着预定的控制线200对钢板进行局部线状加热至800℃以内至钢板产生局部塑性变形，使钢板弯曲时的各个加工控制点210逐渐贴合双曲板加工胎架达到对应高程值h，从而将钢板弯曲加工成第一双曲板140、第二双曲板150和第三双曲板160。40.由于多曲面钢结构100分为7个节段，为了避免单个节段独立制作时由于首尾环口无支撑、焊接变形过大、无统一的制作基面和尺寸精度难以控制导致各个节段间连接配合产生误差影响现场正常架设，需要对多曲面钢结构100的外轮廓线型进行分析以控制外轮廓的弯曲位置，并结合多曲面钢结构100内部的隔板180、中腹板170和各个节段之间的焊缝位置进行整个胎架点位布置，选取多曲面钢结构100安装于桥梁时的桥梁中心面240作为建造基面并在三维模型中计算出多曲面钢结构100的各个胎架点位的高程值h，按照胎架点位布置及胎架点位的高程值h搭设胎架，随后将各个零件在胎架上依次进行装配、调整定位和整体焊接作业。41.将各个零件在胎架上依次进行装配时，首先拼装靠近桥梁中心面240一侧的外轮廓板，根据外轮廓板外表面的胎架点调整定位，再调整对齐外轮廓板内表面纵横基线，随后依次焊接工艺卡板固定各个双曲板的对接缝，接着以外轮廓板的纵横基线为基准安装下层隔板及纵横加劲，在各个节段的两端分别固定工艺板来固定环口尺寸，安装中腹板和下层隔板并调整对齐外轮廓板的中腹板定位线，再以中腹板所在平面的纵横基线为准安装上层隔板，最后铺装远离桥梁中心面一侧的外轮廓板，为避免上层轮廓板安装加劲形成单元件后无法调整尺寸，该位置加劲暂缓安装；对第一双曲板140、第二双曲板150和第三双曲板160之间的共边进行装配时，预拼检查焊缝的坡口配合满足要求时再进入后续装配流程。42.所有构件装配完成，此时节段1至节段7均未进行焊接，仅靠定位焊及工艺卡板固定，处于可调整状态。将各个零件在胎架上依次进行调整定位，首先检查各个节段之间环口的对齐情况，接着检查桥塔接口110、桥墩接口120和受压大梁接口130的环口尺寸并进行整体调节以确保所有接口平整无错位。43.将各个零件在胎架上依次进行整体焊接时，为减小焊接变形，减少仰位焊接，确保焊接质量，制定了特定的焊接顺序，首先焊接节段的上层结构250的四块外轮廓板的对接焊缝，随后取走上层结构250的外轮廓板放置在靠桥侧面胎架，在上层结构250的外轮廓板内装配焊接80％熔透加劲190并焊接隔板180的熔透角焊缝，焊接时从中间向两侧焊接，接着焊接下层结构260的外轮廓板的隔板180的熔透角焊缝，焊接时从结构中间向两侧焊接，并焊接中腹板170与下层结构260的外轮廓板单边熔透角焊缝，从两侧同时进行焊接，从中间向两侧焊接下层结构260的80％熔透加劲190，将上层结构250的四块外轮廓板重新装配到下层结构260的四块外轮廓板上，焊接上层结构250的外轮廓板和下层结构260的外轮廓板的对接焊缝，从中间向两边焊接上层结构250的隔板180与中腹板170的熔透角焊缝，将节段翻转180度角后并整体放置到靠桥侧面胎架，焊接此时位于上方的下层结构260的外轮廓板的对接焊缝，最后从中间向两侧焊接下层结构260内的隔板180与中腹板170的熔透角焊缝。44.将各个零件在胎架上依次进行整体焊接后，分别将桥塔节段、桥墩节段和受压大梁节段与多曲面钢结构100的桥塔接口110、桥墩接口120和受压大梁接口130进行尺寸二次校验匹配。45.本技术实施例提供的空间异形多曲面钢结构的制造方法是根据多曲面钢结构100的结构特点将其划分为7个节段并搭设胎架整体制造，并选取多曲面钢结构100安装于桥梁时的桥梁中心面作为建造基面在三维模型中计算出多曲面钢结构100的各个胎架点位的高程值h，按照胎架点位布置及胎架点位的高程值h搭设胎架，随后将各个零件在胎架上依次进行装配、调整定位和整体焊接作业，该制造方法无其他附加措施，按照制定的工艺流程可快速准确的完成整个空间异形多曲面钢结构100的制作，并解决了双曲板难以加工、各环口尺寸精度难以控制的问题，同时采用特定的焊接流程也降低了焊接变形的影响，该多曲面钢结构100的分段制造方法充分遵从设计意图，保证了各结构的整体性，不会对关键受力处产生破坏。46.以上所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。









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