系杆拱桥拱肋节段制作及安装定位方法与流程

本发明涉及桥梁建筑领域，具体来说涉及一种系杆拱桥拱肋节段制作及安装定位方法。

背景技术：

目前，对于长大连续梁拱肋的制作和安装都有严格的技术要求。传统拱肋制作主要通过人工测量手段，其工作量大，精度可靠性底；并且传统拱肋安装采用吊车和垫铁的安装方式，施工难度大，安装定位精度低。

技术实现要素：

鉴于上述情况，本发明所要解决的技术问题是提供一种可以提高拱肋的制作精度和拱肋的安装精度的系杆拱桥拱肋节段制作及安装定位方法。

为实现上述技术效果，本发明公开了一种系杆拱桥拱肋节段制作方法，包括以下步骤：

对拱肋节段进行三维建模形成一拱肋节段模型，将所述拱肋节段模型分成多段管节模型并对多段所述管节模型进行计算机放样，放样出每段所述管节模型的尺寸和位置；

根据计算机放样后的多段所述管节模型的尺寸分别进行板材下料；

对下料后的所述板材进行卷管，使所述板材的两侧相互靠拢形成纵缝；

对所述纵缝进行焊接形成纵向焊缝，使所述板材焊接形成圆管；

通过三维扫描仪对所述圆管进行三维扫描并形成所述圆管的点云模型，将所述圆管的点云模型与对应的计算机放样后的所述管节模型进行复核匹配；

按计算机放样后的多段所述管节模型的位置，对复核匹配中线形误差小于一定数值的多个所述圆管进行焊接，形成所述拱肋节段。

本发明的有益效果在于：可以精确控制拱肋节段的线形(弯曲弧度)及尺寸大小。

本发明系杆拱桥拱肋节段制作方法的进一步改进在于，于所述对下料后的所述板材进行卷管，使所述板材的两侧相互靠拢形成纵缝的步骤之前，还包括步骤：对所述板材进行预弯。

本发明系杆拱桥拱肋节段制作方法的进一步改进在于，在所述按计算机放样后的多段所述管节模型的位置，对复核匹配中线形误差小于一定数值的多个所述圆管进行焊接，形成所述拱肋节段的步骤中：将相邻所述圆管的纵向焊缝相互错开200mm至400mm。

本发明系杆拱桥拱肋节段制作方法的进一步改进在于，所述按计算机放样后的多段所述管节模型的位置，对复核匹配中线形误差小于一定数值的多个所述圆管进行焊接，形成所述拱肋节段的步骤包括：通过拼装胎架对所述圆管进行安装定位，调整所述圆管之间的相对位置，使得所述圆管之间的整体线形与所述拱肋节段模型的线形之间的误差小于等于2mm。

本发明系杆拱桥拱肋节段制作方法的进一步改进在于，于所述按计算机放样后的多段所述管节模型的位置，对复核匹配中线形误差小于一定数值的多个所述圆管进行焊接，形成所述拱肋节段的步骤之后，还包括步骤：通过三维扫描仪对焊接完成后的所述拱肋节段进行三维扫描并形成所述拱肋节段的点云模型，将所述拱肋节段的点云模型与所述拱肋节段模型进行复核匹配。

本发明系杆拱桥拱肋节段制作方法的更进一步改进在于，所述拱肋节段模型还包括相互平行的两根所述拱肋节段，两根所述拱肋节段之间通过腹板连接。

本发明还公开了一种系杆拱桥拱肋节段的安装定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据拱肋节段的安装位置，于系杆拱桥上搭设拱肋节段的安装支架，所述安装支架上设有支撑块和限位块，所述安装支架上设有用于上下调节所述支撑块的第一调节机构，所述安装支架上设有用于左右调节所述限位块的第二调节机构；

通过吊机将所述拱肋节段吊装至所述安装支架上，通过所述第一调节机构上下调节所述支撑块，使所述拱肋节段的端部置于所述支撑块上；通过所述第二调节机构左右调节所述限位块，使所述拱肋节段的端部的侧面支抵于所述限位块。

本发明的有益效果在于：可以精确控制拱肋节段的安装定位精度。

本发明系杆拱桥拱肋节段的安装定位方法的进一步改进在于，所述通过吊机将所述拱肋节段吊装至所述安装支架上，通过所述第一调节机构上下调节所述支撑块，使所述拱肋节段的端部置于所述支撑块上；通过所述第二调节机构左右调节所述限位块，使所述拱肋节段的端部的侧面支抵于所述限位块的步骤包括：通过全站仪检测所述拱肋节段的安装定位位置确保所述拱肋节段的安装位置与实际所需的安装位置之间的位置误差小于等于2mm。

本发明系杆拱桥拱肋节段的安装定位方法的进一步改进在于，所述支撑块上设有用于支撑所述拱肋节段的弧形槽。

本发明还公开了一种系杆拱桥拱肋节段安装定位装置，包括

搭设于系杆拱桥上的安装支架；

用于放置拱肋节段的支撑块，所述支撑块可升降设于所述安装支架上；以及

可滑动连接于所述安装支架的限位块，所述限位块滑移到位后通过固定件定位于所述安装支架上且所述拱肋节段的侧面支抵于所述限位块。

附图说明

图1是本发明系杆拱桥拱肋节段制作及安装定位方法中拱肋节段的制作流程图。

图2是本发明系杆拱桥拱肋节段制作及安装定位方法中卷管工作状态示意图。

图3是本发明系杆拱桥拱肋节段制作及安装定位方法中拱肋节段的安装定位装置。

具体实施方式

为利于对本发明的了解，以下结合附图及实施例进行说明。

请参阅图1至图2，本发明提供一种系杆拱桥拱肋节段制作方法，其包括以下步骤(如图1所示)：

步骤101：对拱肋节段进行三维建模形成一拱肋节段模型，将拱肋节段模型分成多段管节模型并对多段管节模型进行计算机放样，放样出每段管节模型的尺寸和位置；

步骤102：根据计算机放样后的多段管节模型的尺寸分别进行板材下料；

步骤103：对下料后的板材进行卷管，使板材的两侧相互靠拢形成纵缝；

步骤104：对纵缝进行焊接形成纵向焊缝，使板材焊接形成圆管；

步骤105：通过三维扫描仪对圆管进行三维扫描并形成圆管的点云模型，将圆管的点云模型与对应的计算机放样后的管节模型进行复核匹配；

步骤106：按计算机放样后的多段管节模型的位置，对复核匹配中线形误差小于一定数值的多个圆管进行焊接，形成拱肋节段。

本实施例中，按计算机放样后的多段管节模型的位置，对复核匹配中线形误差小于一定数值的的多个圆管之间通过焊接形成拱肋节段的步骤中的线形误差应小于0.5mm，且是指每一个圆管的线形误差均应小于0.5mm。

本实施例中根据理论拱轴线方程，通过计算得出拱肋节段上各点的位置坐标，利用teklastructures软件对拱肋节段进行三维建模形成一拱肋节段模型，同时还可绘制出拱轴线，利用teklastructures软件对拱肋节段模型结构进行优化分析后将其划分成多段管节模型，并对各段管节模型进行计算机放样，放样出各段管节模型位置及尺寸。下料时，板材的长度和宽度分别根据各段管节模型的长度和沿管节模型圆周方向中心层的周长来确定的。通过卷板机对下料后的板材进行卷管；卷板完成后需对已卷钢管进行校正，以消除板材两侧相互靠拢可能产生的纵缝错台、端口错边、过卷及少卷等问题；板材卷管时形成纵缝，通过采用埋弧自动焊焊接技术对纵缝进行焊接形成纵向焊缝且板材焊接形成圆管；焊接过程中，纵缝周边会产生一定的失圆现象，因此焊接后还需对圆管重新通过卷板机进行校圆。在对纵缝进行焊接完成后，需对纵向焊缝进行探伤，以避免纵向焊缝出现缺陷。

本实施例中所说的计算机放样是指根据施工图纸上拱肋节段的几何尺寸或根据拱轴线方程所设计的拱肋节段，以1:1比例在计算机中绘制出拱肋节段的真实形状和尺寸，通过计算机处理，可将拱肋节段分为多段管节模型，得出各管节模型的尺寸及各点的位置坐标，为板材的下料提供依据。

较佳地，对下料后的板材进行卷管，板材两侧相互靠拢形成纵缝的步骤之前，还包括步骤：对板材进行预弯；这是由于卷管时板材两侧的端头剩余直边不容易消除，因此在卷管前需对板材进行预弯处理。

较佳地，按计算机放样后的多段管节模型的位置，对复核匹配中线形误差小于一定数值的多个圆管进行焊接，形成拱肋节段的步骤时：相邻圆管的纵向焊缝相互错开200mm至400mm，即相邻圆管的纵向焊缝沿相反方向错开。进一步的，通过拼装胎架对圆管进行安装定位，调整圆管之间的相对位置，使得圆管之间的整体线形与拱肋节段模型的线形之间的误差小于等于2mm，即将与多段管节模型相对应的圆管进行拼装时，多个圆管构成的整体的线形与拱肋节段模型的线形之间的线形误差不超过2mm；本实施例中，多个圆管构成的整体的线形与拱肋节段模型的线形之间的线形误差不超过2mm具体是指，通过拼装胎架对多个圆管进行拼装定位后，多个圆管构成的一个整体，其与拱肋模型的之间的线形误差不超过2mm。

本实施例中，通过拼装胎架对圆管进行安装定位时，安装定位点的位置误差应控制在±0.5mm以内，安装定位点的垂直度误差小于等于0.5mm。多个圆管之间的相对安装位置与多段管节模型之间的相对位置需一致；在三维建模时可对各段管节模型进行编号，在下料时对各板材一一对应进行编号；各圆管在拼装胎架上安装定位过程中通过调整各圆管之间相对位置使得相邻圆管之间的待焊接对接口平齐度不超过2mm。相邻圆管之间采用co2气体保护焊焊接技术对相邻圆管进行环缝焊接；焊接前还需对坡口角度进行检测，其误差不得超过5°，且相邻圆管之间焊缝间隙应控制在5～8mm，焊接过程中每次焊缝焊接至少完成2/3的焊缝长度；焊接完成后需对焊缝进行探伤，避免焊缝处出现缺陷。

较佳地，按计算机放样后的多段管节模型的位置，对复核匹配中线形误差小于一定数值的多个圆管进行焊接，形成拱肋节段的步骤之后：还包括步骤：通过三维扫描仪对焊接完成后的拱肋节段进行三维扫描并形成拱肋节段的点云模型，将拱肋节段的点云模型与拱肋节段模型进行复核匹配。

本实施例中，拱肋节段模型包括相互平行的两根拱肋节段，两根拱肋节段之间通过腹板连接。在实际制作时的拱肋节段包括系杆拱桥拱肋节段制作方法中所说的两块相互平行的拱肋节段，两块相互平行的拱肋节段通过两块腹板连接，两根拱肋节段上的各纵向焊缝位于两块腹板之间。为便于描述，本说明书中将相互平行的两根拱肋节段分别称为上弦管和下弦管，两块腹板分别为下腹板和上腹板，腹板的焊接步骤具体如下：

将与上弦管(或下弦管)线形一致的且对接好的下腹板铺设于拼装胎架上；

于拼装胎架上安装上弦管和下弦管；

对上弦管和下腹板、下弦管和下腹板分别进行焊接，焊接过程中确保下腹板的整体线形误差±2mm范围内；

安装上腹板，下腹板上安装有多个临时支撑件将上腹板置于多个临时支撑件上，对上弦管和上腹板、下弦管和上腹板分别进行焊接，焊接过程中确保上腹板的整体线形误差±2mm；

焊接后进行探伤。

本实施例中，两根拱肋节段之间通过腹板连接时，下腹板或上腹板水平方向安装定位于拼装胎架上，拼装胎架的平面度误差控制在2mm范围内。

本实施例中，可选用holon3d扫描仪、umax三维扫描仪、日图三维扫描仪等对各段圆管和焊接完成后的拱肋节段进行三维扫描并可分别形式圆管的点云模型和拱肋节段的点云模型；然后通过计算机将圆管的点云模型和放样后的管节模型进行复核匹配，通过计算机将拱肋节段的点云模型与拱肋节段模型进行复核匹配。

本发明还提供了一种系杆拱桥拱肋节段的安装定位方法，包括以下步骤(如图2所示)：

步骤201：根据拱肋节段的安装位置，于系杆拱桥上搭设拱肋节段的安装支架，所述安装支架上设有支撑块和限位块，所述安装支架上设有用于上下调节所述支撑块的第一调节机构，所述安装支架上设有用于左右调节所述限位块的第二调节机构；

步骤202：通过吊机将所述拱肋节段吊装至所述安装支架上，通过所述第一调节机构上下调节所述支撑块，使所述拱肋节段的端部置于所述支撑块上；通过所述第二调节机构左右调节所述限位块，使所述拱肋节段的端部的侧面支抵于所述限位块。

本实施例中，通过吊机对拱肋节段进行吊装之前，对系杆拱桥的连续梁底进行加固，其目的在于提高连续梁处桥面的整体支撑强度，满足大型吊装设备的通行和吊装要求。可通过大型吊装设备对长大段拱肋节段进行吊装，通过减少拱肋上的拱肋节段数，可以降低安装时的递增误差(总体安装误差)。

较佳地，通过吊机将所述拱肋节段吊装至所述安装支架上，通过所述第一调节机构上下调节所述支撑块，使所述拱肋节段的端部置于所述支撑块上；通过所述第二调节机构左右调节所述限位块，使所述拱肋节段的端部的侧面支抵于所述限位块的步骤包括：通过第一调节机构调节支撑块的上下位置，通过第二调节机构调节限位块的左右位置，并通过全站仪检测拱肋节段的安装定位位置确保拱肋节段的安装位置与实际所需的安装位置的位置误差小于等于2mm。上下方向、左右方向与图3中的上下、左右的位置一致。

本实施例中，第一调节机构为安装设置于支架竖直方向上的第一千斤顶，第二调节机构为垂直设于限位板上的第二千斤顶，上下调节的方向和左右调节方向如图3中所示的上下、左右方向。

本发明还公开了一种系杆拱桥拱肋节段安装定位装置(如图3所示)，包括：搭设于系杆拱桥上的安装支架1、用于放置拱肋节段的支撑块11及可滑动连接于安装支架的限位块12；其中，支撑块11可升降设于安装支架1上，限位块12滑移到位后通过固定件定位于安装支架1上且拱肋节段的侧面支抵于限位块12。

本实施例中，通过调节支撑块11和限位块12的位置调整拱肋节段2的安装位置，以满足实际安装精度，确保拱肋节段2的位置误差小于等于2mm。

较佳地，安装支架1上沿左右方向设有供限位块12滑移的导轨，拱肋节段2的安装定位过程中需借助全站仪对其位置进行精确检测，通过不断调整支撑块11和限位块12的位置，使得拱肋节段2的定位误差小于等于2mm。

较佳地，支撑块通过第一千斤顶13可升降连接于安装支架。

本实施例中，还可在垂直于限位块的方向上也安装一个第二千斤顶14，第二千斤顶14沿左右方向设置，对拱肋节段2进行安装定位时，拱肋节段2的侧面支抵于第二千斤顶上。

本实施例中的左右方向与图3中的左右方向一致，具体见图3。

本发明的有益效果在于：

(1)可以精确控制拱肋节段的线形(弯曲弧度)及尺寸大小。

(2)可以精确控制拱肋节段的安装定位精度。

(3)采用长大段拱肋节段的吊装，减少拱肋数量，降低安装递增误差。

实际桥梁建筑时，通过拱肋分成多段拱肋节段，对各段拱肋节段组装焊接完成后再对多段拱肋节段进行组装焊接成所需的拱肋。其中，各段拱肋节段的制作方法可选用本发明中的系杆拱桥拱肋节段制作方法；各段拱肋节段的安装定位方法可选用本发明中的系杆拱桥拱肋节段的安装定位方法，将各段拱肋节段在安装支架上安装定位好后再对各相邻拱肋节段进行组装焊接最终完成所需的桥梁拱肋。

以上结合附图及实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。