张靖皋长江大桥钢箱-钢管组合塔柱制造关键技术_刘志刚.pdf
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1、2023.3,3(2)|专题:钢桥设计制造新技术张靖皋长江大桥钢箱-钢管组合塔柱制造关键技术刘志刚1,穆长春1,李琦2(1.中铁宝桥(扬州)有限公司,江苏 扬州 225107;2.江苏省交通工程建设局,江苏 南京 210004)摘要:张靖皋长江大桥南航道悬索桥的两个主塔均为门式框架结构,塔高 350 m,塔肢外轮廓为带凹角的矩形立柱,塔肢断面包括外壁钢箱、4个钢管和 13个窗口,形成多个闭合环结构,是钢箱-钢管组合的新型结构钢塔。研究了钢箱管组合塔制造过程中的关键问题,如大直径钢管的制作和定位、多闭环截面的精度控制、超高层钢塔节段之间的焊接与匹配以及钢塔底节段的制造。从夹具胎架制作、焊接工艺、
2、定位工装、预装配等方面提出了具体技术措施,以确保制造质量。关键词:悬索桥;钢塔制造;箱管组合塔;多闭合环结构;精度控制Key technical solutions for manufacturing steel box-and-tube composite tower columns of Zhangjinggao Yangtze River BridgeLIU Zhigang1,MU Changchun1,LI Qi2(1.China Railway Baoji Bridge(Yangzhou)Co.Ltd.,Yangzhou 225107,China;2.Jiangsu Transpor
3、tation Engineering Construction Bureau,Nanjing 210004,China)Abstract:The two main towers of the south channel suspension bridge of Zhangjinggao Yangtze River Bridge are portal frame structure with a height of 350 m.The steel tower is composed of 4 closed steel pipes and 1 polygonal box structure,whi
4、ch is divided into 13 closets to form a multi-closed ring structure.This paper focuses on the critical issues in the manufacturing of the steel box-and-tube composite tower,such as the fabrication and aligning of the large diameter steel pipe,the accuracy control of the cross-section with multi-clos
5、ed rings,the welding and matching between segments of super-high steel tower,and the fabrication of the bottom segment of steel tower.Some technical measures are put forward in terms of jig and fixture fabrication,welding process,positioning tooling,pre-assembly,to ensure the manufacturing quality.K
6、ey words:suspension bridge;steel tower manufacturing;box-and-tube composite tower;multi-closed ring structure;precision control中图分类号:U448.25 文献标志码:A 文章编号:2097-017X(2023)02-0008-06收稿日期:2023-02-21基金项目:国家重点研发计划项目(2021YFB1600305)。作者简介:刘志刚(1979),男,学士,教授级高级工程师。研究方向:钢结构桥梁制造。8张靖皋长江大桥钢箱-钢管组合塔柱制造关键技术 刘志刚 等1 概
7、 述张靖皋长江大桥位于长江下游张家港至如皋沙群段,其南航道悬索桥的跨径为2300 m,为目前世界上在建最大跨径悬索桥。工程全线采用高速公路标准建设,跨江段双向八车道,设计速度100 km/h,全长约7.9 km。图1为张靖皋长江大桥主桥南航道桥效果图1。南航道桥主塔为钢箱-钢管混凝土组合结构,包含南、北两塔,均为门式框架索塔,塔高 350 m。南、北塔各含有 2 根塔柱。塔柱竖向划分 30 个节段(含鞍罩),如图 2所示。节段高度除 T1外,其余为 8.113.5 m,其中标准节段高度有 10.8,13.5 m两种。钢塔柱各节段采用栓焊结合形式连接,节段内全为全焊接形式连接,节段间加劲肋采用栓
8、接,节段间壁板及腹板采用焊接。主体结构采用 Q420D,Q420D-Z35和Q355D钢材,每根塔柱的用钢量达3.4万吨。2南航道桥主塔结构特点及制造重难点桥塔总高度 350 m,为钢箱-钢管组合结构形式,由 4 根钢管及 1 个多边形箱型结构构成,共分割为13个窗口,形成多闭合环结构。塔柱外轮廓采用矩形带凹角的结构形式,塔柱壁板与腹板采用 30,24和 20 mm 三种板厚,设板式加劲肋。横隔板标准间距为 2.7 m,厚 14 mm,横梁节点等特殊受力部位根据需要调整。钢箱内设 4 根直径 3.6 m 钢管约束混凝土柱,通过腹板、横隔板与钢箱形成整体。根据吊装设备的起重能力,T1 和 T30
9、 节段(鞍罩)外采用整节段吊装,钢塔 T1 节段轮廓尺寸长18.2 m、宽 13.7 m、高 3.5 m,底部有 120 mm 承压板;其他钢塔节段均采用分块吊装,钢塔分块吊装节段分为内、外侧两个块体进行制造,标准吊装节段块体轮廓尺寸长 16 m、宽 6 m、高 13.5 m,主塔节段构造示意如图 3所示。桥塔制造的重点和难点有:(1)超大径钢管的制作,主要包括制造质量控制和定位精度控制;(2)钢塔标准节段的制作,包括制造精度控制、焊接质量控制;(3)T1段的制作,包括特厚特大承压板的制造和密集焊缝的质量控制;(4)钢塔精度验证及接口匹配2。3超大径钢管制作3.1超大径钢管制造质量控制主塔节段
10、内钢管直径为 3600 mm。钢管制作的图 1张靖皋长江大桥主桥南航道桥效果图图 2南航道桥主塔及制造节段划分图 3主塔典型节段构造轴测图 9技术难度主要有:大直径钢管的卷制和圆度精度控制;卷制成型后刚度大,修圆难度大;钢管接长环向焊缝长达到 13 m,无损检测验收要求高。为保证钢管质量,在制造过程中采取如下措施:(1)设计特制钢质样杆用于划线切头,并根据板厚、割嘴型号选择下料切缝补偿量,确保钢板卷制前下料尺寸精度。(2)采用超大直径钢管专用卷管机卷制钢管,制定合理的卷管工艺,用设备确保钢管卷制后轮廓尺寸同向偏差。(3)通过计算机对单管的变形进行受力分析,以管内 T 肋位置为角度原点,计算出钢
11、管在自重作用下产生变形后 0,45和 90位置的理论直径数值,便于单管卷制完成后椭圆度的检测,卷管完成后确保椭圆度2 mm。(4)采用超长弧线段焊缝自动化焊接技术,设计专用焊接平台及专用滚轮架。采用“米字”及“十字”支撑对圆管进行支撑约束,控制焊接变形;为避免圆管对接焊缝因受热集中产生不利变形,选取小线能量、分段焊接、实心焊丝打底、埋弧焊填充盖面的焊接工艺,实施弧线焊缝自动化焊接。焊接专用滚轮架如图 4所示,焊接专用平台如图 5所示。3.2超大径钢管定位精度控制措施在钢箱-钢管组合节段中,钢管以圆心为定位点,因圆管空心无法实物标出,为精准识取超大径钢管的定位点,使其在钢塔块体中精确定位,采取如
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