超大截面钢桥异形塔柱及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钢结构制作技术领域，具体是涉及一种超大截面桥梁异形塔柱及其制 作方法。
【背景技术】
[0002] 超大截面桥梁异形塔柱节段为上海市云翔大型社区配套蕴藻浜大桥针形独塔斜 拉桥下塔柱。其主体横断面为三块超厚板组成的等边三角形，截面尺寸由上端向下渐缩，截 面最大尺寸3682*3682 (mm)，最小尺寸为1900*1900 (mm)。塔柱主要材质为Q345qD，主体 板厚均在IOOmm以上，最厚处达到150mm。底座为铸钢件，材质为ZG275-485H。节点部位结 构复杂，焊缝密集。
[0003] 此复杂结构塔柱在桥梁行业罕见，且制作过程涉及到诸多核心技术： (1) 超大截面桥梁异性塔柱坡口设计； (2) 超厚桥梁钢板（150mm)数控切割机下料技术； (3) 超大深度坡口（> 200mm)半自动开设技术； (4) 铸钢件ZG275-485H与Q345qD焊接技术； (5) 大范围仰焊技术应用； (6) 超大截面桥梁异性塔柱焊接顺序； (7) 节点、环焊缝电加热消应力技术。
[0004] 采用目前的塔柱结构制作方法很难进行完整的实现。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服上述不足，提供一种超大截面钢桥异形塔柱及其制作方 法，采用该方法制成的塔柱结构可以很好的应用于超大截面的钢桥上。
[0006] 本发明的目的是这样实现的：一种超大截面钢桥异形塔柱的制作方法，所述异形 塔柱包括三个单元件：顶部圆管结构段、主体横断面为三块超厚板组成的等边三角形柱体 和铸钢件底座，等边三角形柱体的三块壁板分别由多块自上而下逐渐增厚的钢板组成，所 述方法包括以下步骤： 步骤一、计算机零件放样 计算机零件放样过程中，考虑焊接变形、焊接填充量的因素，优化焊接坡口，同时根据 塔柱的三角形柱体特征，制定焊接防撕裂坡口，将防撕裂坡口均开设在板厚方向上； 步骤二、下料切割 制作过程中，采用数控切割机下料，确定割嘴型号为5号，钢板预留割缝补偿为3mm，切 割氧压力为〇· 7~0· 8Mpa，丙烷压力0· 05MPa以上，气割速度150mm，气体流量180mm，切割后 对钢板切割面进行检查，同时复核零件尺寸，检查气割面硬度，确保切割质量； 步骤三、单元件坡口开设 采用多角度多次火焰切割坡口的方式，保证气割面硬度符合规范要求； 步骤四、单元件划线、装配、焊接、矫正 单元件验收完成后，再进行整体装配拼装，并在等边三角形柱体内部进行加劲单元的 焊接，最后矫正以符合设计要求； 步骤五、制作胎架，设置牙板，绘制地样 制作塔柱节段整体拼装专用胎架，并设置牙板标高，控制整体线性，绘制地样线； 步骤六、塔柱整体焊接 1)铸钢件、中部三角形柱体和顶部圆管结构段三者焊接 采用电加热对焊缝区域进行均匀加热，焊后采用电加热进行包裹，后热处理，焊接前预 热温度为200~250°c，层间温度控制在230~250°C，后热温度300~350°C，后热时间3h，后热 完成，石棉布保温缓冷至环境温度； 2 )三角形柱体壁板之间的坡口焊接 对位于上方的两块壁板上的坡口进行常规立焊，对位于下方两侧的坡口进行仰焊，焊 前预热150 ± 10°C，然后采用电加热对焊缝区域进行均匀加热，对于仰焊坡口首先对坡口进 行焊接区域的划分，并标记好焊接的优先级，采用由坡口一侧逐渐向另一侧焊接的方式进 行划分，然后对于划分好的焊接区域采用多道次进行焊接； 步骤七、电加热消应 对步骤六完成焊接后的塔柱节段环口焊缝以及中部三角形柱体拼接区域进行电加热 消应。
[0007] 优选地，步骤一种坡口开设位置位于角接接头钢板的板厚方向。
[0008] 优选地，步骤四中整个单元件的装配、焊接过程主要包括：三角形柱体壁板拼接， 柱内加劲单元制作，壁板单元制作，圆管结构段制作四个部分。
[0009] 优选地，步骤六中焊接所用的焊丝为药芯焊丝。优选地，步骤六中采用红外线测温 仪在距离焊缝75mm处进行测温，确保层间温度符合要求。
[0010] 优选地，步骤七进行电加热消应时在塔柱下方每间隔3米放置一个支座，在每个 支座下放置滚动装置，确保热处理过程中塔柱的自由伸缩。
[0011] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 1、 将防撕裂坡口均开设在板厚方向上，避免在母材上发生层状撕裂，将撕裂的可能降 至最低，同时减小了钢材厚度方向上母材的厚度，改变了焊接收缩应力的方向，优化部分仰 焊位置坡口为横焊位置，减小焊接难度 2、 采用数控切割机下料。切割前确定割嘴型号，钢板预留割缝补偿，切割中控制气体压 力、流量，避免割不透、锯齿等切割缺陷。
[0012] 3、采用多角度多次切割的方式，成功保证了切割面的质量，并且每个切割面均进 行表面硬度的测量，保证气割面硬度符合规范要求，很好的保证了构件不等厚对接的消斜 效果，并且为后续不等厚对接坡口的焊接提供了便利。
[0013] 4、单元件验收完成后，再进行整体拼装，有利于控制焊接变形，并能规避整体拼装 可能出现作业空间受限的情况。
[0014] 5、焊前预热可以延长焊缝金属从峰值温度降到室温的冷却时间，使焊缝中的扩散 氢有效溢出，避免冷裂纹的产生，同时延长焊接接头的冷却时间，改善焊缝金属及热影响区 的显微组织，降低热影响区硬度，提高抗裂性能。
[0015] 6、为了减少焊接残余应力，在多层多道的基础上，通过"大步骤、小道次"的控制， 一部分焊缝的收缩变形先自由的释放，减少了焊缝残余应力，同时减少了焊缝发生焊接缺 陷的几率。
[0016] 7、焊接完成后进行去除应力热处理，主要有以下作用： a.消除焊缝中氢，提高焊接接头的抗裂性和韧性。
[0017] b.降低焊接接头中的残余应力，消除冷作硬化，提高接头抗断和耐应力腐蚀的能 力。
[0018] c.稳定焊接结构的形状，消除焊件在使用过程中的畸变。
[0019] 通过消应力退火处理，可去除焊件70%内应力，大大提高焊接构件的整体承力性 能。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明涉及的超大截面桥梁异形塔柱的结构示意图。
[0021] 图2为本发明中坡口优化示意图。
[0022] 图3为本发明中制定的专用防撕裂坡口示意图。
[0023] 图4为本发明中多角度、分步骤坡口开设示意图。
[0024] 图5-图8为本发明单元件划线、装配、焊接、矫正的示意图。
[0025] 图9一图10为本发明异形塔柱的整体拼装示意图。
[0026] 图11 一图12为本发明中仰焊坡口层道次、焊接顺序示意图。
[0027] 图13-图16为本发明中塔柱节段整体焊接顺序示意图。
[0028] 图17为本发明中热处理工艺示意图。
[0029] 图18为本发明中热处理范围示意图。 图19为本发明中热处理前后维氏硬度定性分析的示意图。
[0030] 其中： 顶部圆管结构段1、等边三角形柱体2、底座3。
【具体实施方式】
[0031] 参见图1，本发明涉及一种超大截面钢桥异形塔柱的制作方法，所述异形塔柱包 括三个单元件：由三个圆管柱和柱顶板组成的顶部圆管结构段1、主体横断面为三块超厚 板组成的等边三角形柱体2和底座3,三角形柱体的截面尺寸由上端向下渐缩，底座为铸钢 件。主要材质为Q345qD，等边三角形柱体的三块壁板分别由顶部向下逐渐变厚的钢板组成， 厚度分别为100mm、120mm和150mm，铸钢件材质为ZG275-485H。节点部位结构复杂，焊缝密 集，重量超过220吨。
[0032] 所述制作方法包括以下步骤： 步骤一、计算机零件放样 因塔柱板厚大，结构复杂，计算机零件放样过程中，考虑焊接变形、焊接填充量的因素， 优化焊接坡口，同时根据塔柱的三角形柱体特征，制定专用焊接防