南京三桥钢塔技术简介

板
板单元
块体
箱体
二、钢塔柱加工技术
钢塔焊接变形控制
¾ 控制焊接变形的工装设计 针对钢塔节段结构形式复杂、钢板厚度大的特点，从板单元、块体
和箱体等各阶段设计制做专用工装，在变形控制方面采取了反变形控制、 内外胎约束、刚性固定以及特殊部位采取特殊控制等措施 。
板块在反变形胎架上约束焊接 板块多嘴头火焰矫正机
块体组装焊接胎架二、Fra bibliotek塔柱加工技术 钢塔焊接变形控制
¾ 控制焊接变形的焊接工艺 焊接工艺的选择对减小和控制焊接至关重要，通过对焊接坡口的设
计、焊接顺序、焊接方法、焊接参数选择等精心的研究，制定出能够有 效控制焊接变形的焊接工艺。
多嘴头CO2气体 保护自动焊接
预设反变形后的 埋弧自动焊接
箱体对称施焊情况
●除钢混结合段外，一个钢塔 柱共分为21个节段，节段长7.7～ 11.942m，节段间连接采用端面 金属接触及高强螺栓连接并用接 头。
●钢塔总重12000吨。
二、钢塔柱加工技术
¾ 钢塔材料 ¾ 钢塔制造的技术标准 ¾ 钢塔焊接变形控制 ¾ 钢塔机加工工艺措施 ¾ 钢塔加工累计精度管理 ¾ 钢塔的涂装
二、钢塔柱加工技术
钢塔机加工工艺措施
¾ 加工定位及测量基准的确定 确定定位基准线是塔段机加工工艺中的一个难点，也是工艺中的重
点。 在设计中塔柱轴心线是一条非常重要的设计基准，也是端面垂直度
和塔柱垂直度等线型控制精度的测量基准，在端面机加工中以它为基准 进行找正定位将为满足加工精度要求提供可靠保证。
钢塔制造的技术标准
钢索塔制造精度的主要控制参数
精度控制参数
截面长度
截面宽度
塔柱节段组装及端面 机加工误差
对角线 节段高度 端面对轴线的垂直度
扭曲
弯曲度
端面粗度
全长
垂直度
预拼装
相邻端面错边量
端面金属 接触率
壁板 腹板 加劲肋
允许值 ±2(mm) ±2(mm) ±3(mm) ±1(mm) 2/1000 ±3(mm)
对塔段圆曲线也采用了分步控制的方案：对板单元，严格采用工装 和相应工艺保证曲线要求；对块体、箱体，利用设有曲线的工装及焊接 变形约束措施保证其曲线度要求。
二、钢塔柱加工技术
钢塔焊接变形控制
¾ 控制焊接变形的组装工艺 将整个钢塔节段制作的焊接变
形在零件、单元件、块体、箱体的 制作过程中分级分步控制，以减小 钢塔节段整体时焊接变形的控制难 度。
95，76，98 9 0，18 0，150 184， 190， 174 150， 148， 150 164， 172， 160 170， 170， 160
数据 来源
证件 复验 复验 复验 证件 复验 复验 证件 复验 证件 复验
是否合格
是
是 是 是
焊接特别要求低温冲击功值不能低于27焦耳。
二、钢塔柱加工技术
二、钢塔柱加工技术 钢塔加工累计精度管理
¾ 流程
Tn端面加工 Tn-1+Tn 两 节 段匹配
图中的公式对塔柱节段的支撑反力进行控制。
二、钢塔柱加工技术
二、钢塔柱加工技术
钢塔机加工工艺措施
¾ 切削刀具选择 在机械加工中选取了三个刀具公司的产品进行了对比切削试验。
刀具来源
参数
刀盘直径 D (mm)
刀盘齿数
刀片材质
粗加工
切削速度 （m/min）
切削深度 (mm)
进给量 (mm/min)
半精加工
最高通航水位8.71m
深水基础设计施工 关键技术，开创了 一种新的深水急流 基础施工建造技术
25700 6300
一、南京三桥基本情况 钢塔柱介绍
钢塔柱与混凝土塔柱结合段
●南京三桥钢塔是国内大跨度 桥梁首次采用钢结构形式制造的 索塔，也是世界上第一座“人”字 形曲线钢塔，总高215m，塔柱外 侧圆曲线半径720m，钢塔柱高 178.682m，截面尺寸上下相等， 横桥向宽5.0m，顺桥向宽6.8m。
二、钢塔柱加工技术
钢塔机加工工艺措施
¾ 减轻切削振动 机加工中工件的振动对加工平面的平面度、粗糙度精度影响很大，
也容易损伤切削刀具。这主要是因为切削部位的局部刚性较弱。因此， 在塔段两端面安装了工装，来增强端面刚性以防止振动，保证加工精度。
二、钢塔柱加工技术
钢塔机加工工艺措施
¾ API测量精度试验 为了保证测量精度我们进行了API
二、钢塔柱加工技术 钢塔材料
焊接试验用Q370qD钢力学性能
板厚 (mm)
20
36 46 48
批号
03 -4 57 03 -4 58 03-1302-2 04-1300-2
抗拉 性能
σs
σb
δ5
(MPa) (MPa) (%)
365 535
26
455 590
29
405 560
29
390 550
29
二、钢塔柱加工技术
钢塔焊接变形控制
¾ 确定合理的组装工艺尺寸 根据其他钢结构制造经验和理论分析，确定了影响钢塔节段整体精
度的块体、箱体的组装工艺尺寸；在生产前期，又进行了跟踪摸索，前 后经过三次调整，最后确定了较为合理的块体、箱体组装工艺尺寸。
二、钢塔柱加工技术 钢塔机加工工艺措施
¾ 自身变形控制 数控液压调整系统由液压顶升部件、液压泵站、控制系统及连接各
12.5μm ±2.0(mm)×n 1/10000 2(mm) 50% 40% 25%
二、钢塔柱加工技术
钢塔柱节段加工工艺流程
二、钢塔柱加工技术 钢塔焊接变形控制
¾ 总的方案 钢塔采取 “板→板单元→块体→箱体” 制作工艺方案，将钢塔节段制
作的焊接变形在零件、单元件、块体、箱体的制作过程中分级分步控制。
二、钢塔柱加工技术 钢塔材料
焊接试验用Q370qD钢化学成份
板厚
化学成份 （%）
Ceq
批号
(mm)
C Si Mn P
S Nb Al
(%)
0.16 0.22 1.53 0.012 0.002 0.036 0.035 0.42 20 03-457
0.10 0.22 1.44 0.006 0.002 0.036 0.027
南京三桥主桥为钢塔钢箱梁双索面五跨连续斜拉桥，主跨径为 648m，主桥全长1288m。
一、南京三桥基本情况 最主要创新点
240 200 160 120 80 40
0 -40 -80 -120
6300
25700
国内外首次采用曲 线形钢索塔，开创 了我国特大跨径桥 梁桥塔采用钢塔结 构的先河
128800 64800
二、钢塔柱加工技术 钢塔机加工工艺措施
机加工车间
二、钢塔柱加工技术 钢塔机加工工艺措施
齐二机床
二、钢塔柱加工技术
钢塔机加工工艺措施
¾ 支撑变形的控制 由于节段单重较大，在自重和梁底支撑力的作用下会发生弯曲和扭
曲复合变形。采取以下措施来控制工件的支撑变形： 1、用有限元对塔柱节段进行受力变形分析计算。 2、对塔柱节段在加工和测量划线中的主支撑反力进行调控，并按右
进口刀具二（实际使用）
315 22 涂层硬质合金 178 5 500 238 0.5 600 238 0.2 600
二、钢塔柱加工技术
钢塔机加工工艺措施
¾ 优化切削走刀顺序 根据在钢塔柱试制件制造经验和日本钢塔制造技术，由于机床本身
的系统误差及切削刀具磨损等因素的共同影响，端面的切削顺序对加工 平面度的影响非常大。经过优化分析及在试制件上试验的结果，最终按 此图所示顺序加工端面 ：
二、钢塔柱加工技术
钢塔加工累计精度管理
¾ 用累积管理结果指导塔柱匹配的扭转修正 塔柱节段间的扭转必须严格控制，节段间的扭转通过机加工所划的
壁板轴线衡量。轴线的扭转不能通过端面加工来控制，只有在下一次立 式匹配中通过轴线的扭转进行修正。
设计中计划在T1、T11、T17进行调整，实际施工中，由于施工中 采取措施准确，控制严格，最后仅在T1和T11进行了调整。
武焕陵
2008-7-22
目录
一、南京三桥基本情况 二、钢塔柱加工技术 三、钢塔柱架设技术 四、南京三桥钢塔与混凝土塔经济指标比较
一、南京三桥基本情况 桥位与桥型介绍
南京三桥，位于老长江大桥上 游约19公里，是沪蓉国道主干线的 重要组成部分 。全长15.6公里。 2003年8月29日开工建设，2005年 10月通车，总工期26个月，总投资 31.88亿元。
面垂直度、两端面整体夹角，来控制轴线偏移和理论夹角偏差累积的修 正。
二、钢塔柱加工技术
钢塔加工累计精度管理
¾ 用累积精度管理结果指导节段加工 高度累积管理，在节段机加工工序指导现场加工中节段长度的控
制，使每个塔柱的高度趋于一致。 轴线偏差累积管理，指导现场加工节段端面垂直度的控制，修正塔
柱的轴线偏差，使塔柱轴线偏差的累积在精度要求范围内。
0.17 0.26 1.48 0.012 0.004 0.039 0.032 0.43 36 03-458
0.16 0.24 1.43 0.006 0.002 0.039 0.030
0.15 0.33 1.51 0.014 0.002 0.027 0.030 0.41 46 03-1302-2
0.17 0.34 1.41 0.009 0.002 0.023 0.021
二、钢塔柱加工技术
钢塔机加工工艺措施
¾ 加工定位及测量基准的确定 在塔段机加工工艺中将节段轴心线作为端面加工的重要定位基准。
但是，钢塔柱节段轴心线是不可见线，在节段形体上并不显现，因此在 加工中，用能够完全代表轴心线空间位置的理论端面纵向水平中心面和 纵向垂直中心面和塔段壁板的交线作为塔柱节段加工定位和测量基准线 。
测量仪器的测量误差试验分析。 根据分析其测量精度完全能够满足
加工测量的需要，并根据测量误差分析 的结果确定出了API测量仪器最佳的测 量位置。
二、钢塔柱加工技术
二、钢塔柱加工技术
钢塔机加工工艺措施
¾ 支撑稳定性控制 通过计算分析得出结论：对端面进行加工时，在一定条件下塔柱节
段依靠自重和摩擦力就能可靠克服切削抗力，保证工件在加工过程中的 稳定性。最终采用了数控液压支撑调整系统，如图所示。
单元的液压管路、信号电缆、电源线等组成。 数控液压调整系统在塔段加工位置调整过程中的工作原理如图所示.
二、钢塔柱加工技术
钢塔机加工工艺措施
¾ 热变形控制 在节段端面机加工过程中，环境温度有1℃的变化时，8米塔段在长
度方向就有0.96mm的变化，我们最终确定的温度控制条是： 1、工件在测量划线前须经均温，壁板与腹板温差不超过2℃。 2、精加工作业在温度稳定时段进行，环境温度变化不超过2 ℃ 。 3、保证加工过程中工件和环境温度差值不超过2 ℃ 。
0.15 0.33 1.51 0.014 0.002 0.027 0.030 0.41 48 04-1300-2
0.16 0.34 1.39 0.009 0.002 0.023 0.022
备注 是否合格
证件 是
复验
证件 是
复验
证件 是
复验
证件 是
复验
钢板特别要求P含量小于或等于0.015%，S含量小于或 等于0.006%，Ceq小于0.44%。
二、钢塔柱加工技术
钢塔材料
钢索塔材料为Q370qd钢材，板厚从20mm~48mm等，焊接工艺评 定试验的钢材厚度有48mm、46mm、42mm、36mm、32mm、22mm、 20mm七种，每一种厚度都挑选含C量和碳当量Ceq较高的批号进行试 验，检测钢材的化学成份、力学性能 ， 确保钢材工艺的合格性。
二、钢塔柱加工技术
钢塔加工累计精度管理
¾ 轴线偏差修正的限定条件及节段加工修正原则 按照设计要求节段机加工有以下限定条件： 1、节段端面垂直度的限定条件：≤20″（1/10000） 2、单节段两端面夹角的限定条件：横桥≤32″；顺桥≤25″ 端面加工一般修正原则： 修正加工是以轴线回归合理论夹角偏差归零为目标，通过控制下端
410 595
24
380 550
29
325 525
29
350 530
26
335 535
33
340 530
29
335 520
30
横弯 d =3a 1 80°
合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格
-20℃ Ak v (J)
118，1 36，1 44 180， 200， 220 160， 140， 124 186， 150， 145 89，92，103
切削速度 （m/min）
切削深度 (mm)
进给量 (mm/min)
精加工
切削速度 （m/min）
切削深度 (mm)
进给量 (mm/min)
国产刀具
315 16 硬质合金 148
5 150 178 0.5 200 198 0.2 200
进口刀具一
315 18 涂层硬质合金
118.8 0.5 370 118.8 0.2 370