一种四角圆弧断面超厚板栓接钢塔节段及制造方法与流程

1.本发明涉及一种采用块体及节段多节段长线法连续匹配制作工艺制造四角圆弧断面超厚板栓接钢塔节段及制造方法，在块体及节段总拼制作过程中，相邻节段箱口间相互校验，提高箱口全断面错台合格率，减少总拼时间，加快施工进度，有利于提升施工质量和精度控制。


背景技术：

2.目前现有的栓接钢塔节段均采用多边形设计，其中角部采用角接设计，如马鞍山钢塔、浦仪钢塔，具体如图12图13所示。上述现有金属接触传力的栓接钢塔，周边壁板为相互角接结构，壁板板厚不超过60mm，壁板焊接过程中，焊接应力及焊接变形小，断面尺寸控制相对容易。且由于角部交接形式设计，在钢塔断面壁板也形成开口设计，可以通过壁板板边自由端调整塔柱箱口。基于上述条件，以往钢塔制作时，均采用了单个节段独立总拼制作，节段之间拼接板栓接的错台控制依靠单个节段的断面尺寸精度控制来保障。其不足之处：当用于闭口栓接钢塔加工时，由于其环口为闭合式设计，相邻板件间无空间可借用，因此组装过程中无法调整，在相邻节段接口处容易产生错台。


技术实现要素：

3.设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种采用块体及节段多节段长线法连续匹配制作的卧式总拼工艺。
4.设计方案：本发明针对一种四角采用圆弧断面的栓接钢塔节段工厂制作技术展开研究与设计。本发明中提及的栓接钢塔采用高度方向倾斜等截面设计，整体结构由周圈壁板、中间腹板、中间隔舱板、水平隔板及锚箱组成。壁板采用厚板制作，最大厚度为78mm，加劲厚度为38mm~48mm不等。根据塔柱高度不同，单个塔柱节段内设置有2~6个锚箱不等，锚箱安装在两道腹板中间，锚箱腹板与塔柱腹板间采用熔透焊接。塔柱四角采用圆弧角壁板，整个断面壁板形成闭环设计，端口尺寸为7
×
6m，节段重量约114吨～192吨，节段制造工艺、节段尺寸精度控制、上下塔柱间箱口匹配精度是制造的难点。
5.本发明所述钢塔节段，四角采用1m半径圆弧设计，全断面为环形闭口结构，如图5所示。超厚板四角圆弧断面栓接机加工钢塔属首次采用，栓接钢塔对上下塔柱间靠金属接触传力，端面机加工要求全断面平面度在0.25mm以内，全断面壁板错台量要求≤2mm，轴线垂直度要求在1/10000以内，精度要求极高。相交于以往钢塔，外壁板为四角圆弧断面，圆弧壁板与直线段壁板采用熔透对接焊缝焊接成整体封闭的框式结构。且最大板厚78mm，圆弧壁板单元的成型控制，节段焊接后，由于焊接收缩及自身结构形式所致，内部残余应力相较传统钢塔搭接焊缝的应力大，焊接变形控制困难，进而造成节段的断面尺寸及节段之间由于焊接变形影响易于出现错台。特别是四角圆弧部位折弯残余内应力与对接焊缝焊接后的应力叠合，断面尺寸及节段间错台控制极其困难。为攻克该结构类型钢塔的工厂化制造，保证制造精度及加工质量，系统性研发了原创性的块体及节段连续匹配制作与卧式总拼相结
合的制作工艺，实现闭口型栓接钢塔节段制造及精度控制。
6.该制造方法首次采用块体及节段多节段长线法连续匹配制作工艺，在块体及节段总拼制作过程中，相邻节段箱口间相互校验，提高箱口全断面错台合格率，减少总拼时间，加快施工进度，有利于提升施工质量和精度控制。本发明技术先进可靠，节约成本，具有显著的经济和社会效益。
7.本发明与背景技术相比，一是技术先进可靠，连续匹配制作技术，在塔柱块体及节段制作过程中已经同步完成接口处匹配作业，可以在闭环式箱口设计无法调整尺寸的条件下实现箱口相互拟合，有效保证了不同塔柱间接口处尺寸一致性，有效提高箱口匹配度，减小错台；二是节约成本；三是显著加快施工进度；保证制造精度；四是技术先进，连续匹配制作技术相较于传统工艺更有利于闭口型栓接钢塔的制作，对精度控制及箱口匹配性均有利；五是具有显著的经济效益。
附图说明
8.图1是钢塔横断面示意图。
9.图2是钢塔节段立面示意图。
10.图3是钢塔节段横断面示意图一。
11.图4是钢塔节段横断面示意图二。
12.图5是钢塔节段立体示意图。
13.图6是钢塔节段块体划分示意图。
14.图7是栓接塔横断面示意图。
15.图8是块体组装流程示意图。
16.图9是多块体连续匹配制作示意图。
17.图10是 工艺拼接板安装示意图。
18.图11是多块体连续匹配制作示意图。
19.图12是背景技术中马鞍山钢塔横断面示意图。
20.图13是背景技术中浦仪钢塔横断面示意图。
实施方式
21.实施例1：参照附图1-11。本发明的结构方案：本发明所述的一种四角圆弧闭口型超厚板栓接钢塔节段制造方法，该钢塔节段的结构形式见图6、图7、图8和图9。1-壁板；2-角壁板；3-侧壁板；4-隔舱板；5-腹板；6-中间隔板；7-边隔板；8-竖向加劲；9-角壁板接板；10-锚箱。
22.栓接钢塔，四角厚板圆弧设计，全断面形成闭环，相较于以往栓接钢塔制造难度及断面尺寸控制难度均有所提高。为实现栓接钢塔节段的高质量加工，将钢塔节段制作采用板单元
→
块体
→
节段制作工艺，为提高钢塔箱口匹配精度，块体及节段组装时均采用连续匹配制作工艺。
23.根据栓接钢塔结构构成，将钢塔节段分割成两个块体k1、两个壁板单元a1及锚箱m1等其他附属构件。其中壁板单元a1由壁板1、竖向加劲8组成。块体k1由侧壁板3、角壁板2、腹板5、隔舱板4、竖向加劲8、边隔板7组成。
24.根据钢塔结构形式，沿用板单元
→
块体
→
节段的传统制作工艺。为减小超厚板焊接收缩对整体尺寸的影响，保证钢塔节段尺寸，箱口间的匹配精度，在钢塔制作工艺中，分别首次提出了板单元整体加工工艺、多块体连续匹配组装工艺以及多节段连续匹配总拼工艺。
25.板单元整体机加工工艺：本发明钢塔板单元制采用了单元件整体机加工工艺，板单元制作修整完成后，整体加工两侧直边及直边坡口。其优点：第一，避免了板单元制作过程中收缩变形对整体尺寸的影响，保证在板单元全高范围内，宽度一致；第二，板单元制作后采用机加工直边，确保了板单元两侧板边的直线度，对后续节段组装箱口精度控制有保证；第三，整体机加工坡口，坡口尺寸匀顺一致，节段组装时焊接收缩均匀。
26.多块体连续匹配制造工艺：本发明钢塔断面为矩形，四角采用圆弧设计，整体端口纵横向宽度尺寸须严格控制，允许偏差在0~2mm。由于采用块体
→
节段组装工艺，由图11可以看出，节段由上下块体和中间的锚箱及壁板组成，在块体组装时，其两侧角壁板直段尺寸即是塔柱横断面长度尺寸，而两个块体k1及中间锚箱高度共同构成塔柱断面的宽度尺寸，故塔柱纵横两个方向的尺寸控制须分别在块体和节段组装节段完成。
27.多块体连续匹配工艺，主要是将多个塔柱的同侧块体同时连续姿态进行组装，且组装过程中相邻接口相互匹配，互相检验与矫正。多块体连续匹配制作工艺，使得块体制作有基准可遵循，能够在控制箱口尺寸满足规则要求的同时，使各处板件错台量控制在1mm以内，有效提升了钢塔块体乃至节段的制作精度。
28.多块体连续匹配制作：
①
首先需要根据塔柱倾斜率布置块体胎架支撑；
②
多块体连续匹配制作要求严格按照相邻塔柱同侧块体按顺序逐一摆放组焊完成；
③
匹配制作前，第一个块体应各项尺寸检验合格，再以其为基准逐个定位组装后续块体，过程中严格控制箱口尺寸及接口处板错台量；
④
多块体连续匹配组装至少三个块体一起作为一个轮次，同时要求各轮次要按照顺序逐一进行，上一轮次完成后应留下最后一个块体作为下一轮次的基准块体，参与下一轮的匹配制作。
29.组装步骤：块体k1制作前，先制作组成块体k1的侧壁板单元k11、角壁板单元k12、隔仓板单元k13，边隔板单元k14。
30.①
为控制焊接变形，提升组焊精度，提高塔段间箱口匹配度，塔柱块体制造均在纵横梁体系的胎架平台上组装，保证胎架平台顶面平面度≤2.0mm，目的控制制造过程中的变形。
31.②
为提高箱口间匹配度，减小板厚方向错台，塔柱块体制作采取连续匹配制作工艺。
32.③
首先平台上放出纵向基线，即纵向中心线，将第一块侧壁板单元平铺在胎架上，侧壁板单元纵基线与胎架上的纵基线两端头对正。
33.④
侧壁板间拉开约40mm距离依次平铺后续塔柱侧壁板单元，要求侧壁板间纵基线须在同一直线内，同时须严格控制侧壁板间板厚方向错台小于等于1mm。为保证连续匹配效果，侧壁板间增加工艺拼接板，将侧壁板进行临时栓和，减小相邻侧壁板间板厚方向错台，减小加劲间错台。
34.⑤
依次组装两侧角壁板单元，重点控制角壁板单元上纵基线到侧壁板纵基线的间
距，控制两侧角壁板开口间距，同时要注意控制相邻块体间角壁板板厚方向错台量，包含加劲间错台量。
35.⑥
以侧壁板上的隔板位置线为准定位组装一侧边隔板单元，重点控制边隔板与侧壁板的垂直度。
36.⑦
按照隔仓板单元组装位置线定位组装隔仓板单元，保证隔仓板与侧壁板间的垂直度的同时，要重点控制相邻块体间隔舱板板厚方向错台量，可以根据需要栓接工艺拼接板或者点焊连接板马固，以减少侧壁板位置相邻块体间的错台。
37.⑧
对正边隔板位置线组装另一侧边隔板单元，重点控制边隔板与侧壁板的垂直度，两侧边隔板的板厚中心线错位量≤1mm。
38.⑨
平铺腹板单元，检测塔柱块体宽度尺寸，开口尺寸，修整至要求值范围内，同时严格控制相邻块体间腹板板厚方向错台，包含加劲间错台。
39.⑩
完成箱内焊缝焊接，翻身完成壁板外侧焊缝焊接。
40.⑾
完成首轮此块体组装后，剩余一个块体参与下一轮此块体制作，完成轮次间块体的匹配作业。
41.为保证钢塔组装的整体稳定性，考虑焊接的便宜性，钢塔柱采取卧式组装工艺。同时考虑到栓接钢塔柱的箱口匹配，控制相邻节段全断面范围内板厚错台量满足工艺要求，塔柱组装仍选取连续匹配制作工艺。同时塔柱制作要求在专用的节段组装平台上完成。
42.多节段连续匹配总拼：
①
首先需要根据塔柱倾斜率布置块体胎架支撑；
②
多节段连续匹配总拼要求严格按照相邻塔柱同侧按顺序逐一摆放组焊完成；
③
匹配制作前，第一个节段应各项尺寸检验合格，再以其为基准逐个定位组装后续节段，过程中严格控制箱口尺寸及接口处板件错台量；
④
多节段连续匹配组装至少三个节段一起作为一个轮次，同时要求各轮次按照顺序逐一进行，上一轮次完成后应留下最后一个节段作为下一轮次的基准节段，参与下一轮的匹配总拼。
43.考虑圆弧壁板错台不易控制，采取连续匹配方式进行总拼，为提升制造精度，减少翻身次数，块体连续匹配制造时，两侧端部焊缝全部焊接完成，节段之间适当拉开固定的40mm左右间距，通过工艺拼接板控制箱口全断面内间距均在40mm左右。
44.具体组装工艺如下所述：
①
对正总拼胎架上的纵向基线，定位组装首节段下块体。
45.②
拉开约40mm间隙依次定位同一轮次内的其余节段下块体，重点控制块体间错台量，必要时采用工艺拼接板栓和固定。
46.③
按照锚箱位置线定位组装锚箱单元，同时组装张拉平台。
47.④
上下块体基线对正，定位组装上块体，重点控制箱口尺寸，相邻节段间全断面板厚方向错台。
48.⑤
安装两侧侧壁板单元，完成塔柱焊接作业。
49.需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种四角圆弧断面超厚板栓接钢塔节段，包括栓接钢塔节段，其特征是：所述栓接钢塔节段四角采用≥1m半径圆弧设计且超厚板四角圆弧断面为栓接机加工钢塔，全断面为环形闭口结构，栓接钢塔对上下塔柱间靠金属接触传力且端面机加工要求全断面平面度在0.25mm以内，全断面壁板错台量要求≤2mm，轴线垂直度要求在1/10000以内。2.根据权利要求1所述的四角圆弧断面超厚板栓接钢塔节段，其特征是：所述栓接钢塔节段外壁板为四角圆弧断面，圆弧壁板与直线段壁板采用熔透对接焊缝焊接成整体封闭的框式结构。3.根据权利要求1所述的四角圆弧断面超厚板栓接钢塔节段，其特征是：栓接钢塔节段外壁板的最大板厚78mm。4.一种四角圆弧断面超厚板栓接钢塔节段制造方法，包括钢塔板单元制作工艺、块体制造工艺和节段制造工艺，其特征是：所述板单元整体机加工工艺：钢塔板单元制采用了单元件整体机加工工艺，板单元制作后采用机加工直边，确保板单元两侧板边的直线度（全长1mm）及对后续节段组装箱口精度控制（箱口长宽控制在
±
2mm以内），并且整体加工两侧直边及直边坡口且整体机加工坡口，坡口尺寸匀顺一致，使节段组装时焊接收缩均匀；所述块体制造工艺为多块体连续匹配制造工艺：钢塔断面为矩形，四角采用圆弧设计，整体端口纵横向宽度尺寸须严格控制，允许偏差在0~2mm，节段由上下块体和中间的锚箱及壁板组成，在块体组装时，其两侧角壁板直段尺寸即是塔柱横断面长度尺寸，而两个块体k1及中间锚箱高度共同构成塔柱断面的宽度尺寸，故塔柱纵横两个方向的尺寸控制须分别在块体和节段组装节段完成。5.所述多块体连续匹配工艺是将多个塔柱的同侧块体同时连续姿态进行组装，且组装过程中相邻接口相互匹配，互相检验与矫正。多块体连续匹配制作工艺，使得块体制作有基准可遵循，能够在控制箱口尺寸满足规则要求的同时，使各处板件错台量控制在1mm以内。6.根据权利要求4所述的四角圆弧断面超厚板栓接钢塔节段制造方法，其特征是多块体连续匹配制作：
①
首先需要根据塔柱倾斜率布置块体胎架支撑；
②
多块体连续匹配制作要求严格按照相邻塔柱同侧块体按顺序逐一摆放组焊完成；
③
匹配制作前，第一个块体应各项尺寸检验合格，再以其为基准逐个定位组装后续块体，过程中严格控制箱口尺寸及接口处板错台量；
④
多块体连续匹配组装至少三个块体一起作为一个轮次，同时要求各轮次要按照顺序逐一进行，上一轮次完成后应留下最后一个块体作为下一轮次的基准块体，参与下一轮的匹配制作。

技术总结
本发明涉及一种采用块体及节段多节段长线法连续匹配制作工艺制造四角圆弧断面超厚板栓接钢塔节段及制造方法，包括栓接钢塔节段，所述栓接钢塔节段四角采用≥1m半径圆弧设计且超厚板四角圆弧断面为栓接机加工钢塔，全断面为环形闭口结构，栓接钢塔对上下塔柱间靠金属接触传力且端面机加工要求全断面平面度在0.25mm以内，全断面壁板错台量要求≤2mm，轴线垂直度要求在1/10000以内。优点：技术先进可靠，节约成本，可显著加快施工进度，技术先进，具有显著的经济效益。具有显著的经济效益。具有显著的经济效益。


技术研发人员：田立莉 李义成 季耀辉 朱静静 倪金荣
受保护的技术使用者：中铁宝桥集团有限公司
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/8/13