南京长江三桥钢索塔制作安装关键技术报告

南京长江第三大桥

钢索塔制造安装关键技术报告

2005年11月

各位领导专家，你们好！南京长江第三大桥（简称南三桥）已在万人瞩目下、在大桥建设相关单位的共同努力下顺利开通了。南三桥在建设过程中，在设计、施工和组织上取得了不少引人瞩目的成就，值得我们进行总结和回顾。在此，我特别向大家作钢索塔制造安装关键技术的总结报告。

南三桥钢塔制造安装工程，施工合同签订于2003年11月，完工于2004年12月，历时仅1年1个月，创国际上同等规模桥梁钢索塔制造工期最短的记录。南三桥钢索塔的制造安装精度，完全达到了设计要求，达到世界先进水平。

南三桥建成前，世界上比较有名钢索塔桥梁主要分布在日本、法国、美国、意大利和泰国等国家，其中以日本居多，而且日本的明石海峡大桥堪称当今世界上已建的大型钢索塔桥梁的代表。所以，当时日本的桥梁钢索塔制造施工技术在世界上独占鳌头，代表了世界先进水平。

我的报告分以下几个部分：

一.南三桥钢索塔简介

南京长江第三大桥设南塔和北塔两个钢索塔，塔高215m，每个索塔由两个塔柱呈“人”形组成，两塔柱间用三道横梁连接，每个塔柱分21节端，节端重105t～139.57t。每个索塔连同钢混结合段在内重约6000t，全桥钢索塔重约1200t。

钢索塔节段断面为6.8m×5m的切角矩形，节端间采用端面金属接触、摩擦型高强螺栓连接并用的接头形式。节段主要承受和传递压弯荷载。

二.钢塔制造安装主要精度要求和制造难点

1.钢塔制造和安装主要精度要求

2.钢塔制造安装主要技术难点分析

通过对钢塔整个制造安装过程进行分析研究后，并结合日本咨询公司提供的资料，我们认为：桥梁钢索塔的制造安装在国内尚属首次，施工难点很多，难度也较大，但其中比较突出的是节段制造焊接变形的控制及节段端面的精密加工。

节段制造焊接变形的控制：

由于钢索塔节段箱体断面大、几何精度要求高，四个角部焊缝集中并且填充金属量

大，焊接收缩量和90°直角的控制难度很大，而焊接收缩量和90°直角的控制效果直接影响钢塔节段箱口尺寸和节段扭曲，箱口尺寸和节段扭曲误差是引起钢索塔相邻节段错边的直接原因。

节端端面精密加工：

南三桥钢索塔有两项非常重要且精度要求很高的技术指标：索塔的垂直度和节段间金属接触率。由于设计对节段间有金属接触的要求，所以这两个指标必须靠节段的精密加工来保证，而且由于大型工件的精密加工对切削参数的选用、环境温度的变化及工件刚性等因素非常敏感，对测量技术有很高的要求，所以不只是在国内，在国际上也是少数工业发达的国家才能涉足的领域。所以说，这次南三桥钢塔节端的加工对施工单位来讲是一次高难度的挑战。

三.钢索塔制造安装流程

四.钢索塔节端加工制造关键技术研究

为了在规定的工期高质量地完成南三桥钢索塔的制造安装任务，我们针对钢索塔制造安装的技术难点和难题，在生产前和生产过程作了大量的试验和研究工作，获取了不少重要而珍贵的试验数据，并取得了一些对钢索塔制造有实际工程价值结论，下面，我对其中较为重要内容进行介绍。

1.索塔节段钢结构制作焊接变形控制研究

研究内容和目的：

z研究和优化节段钢结构制作的工艺方法和工艺参数，以尽可能控制和减小节段钢结构制作过程中的焊接变形，最终保证节段的制作精度达到设计要求。

研究过程和结果：

单元块体划分方法

z节段钢结构制作分三个步骤

第一步制作板单元件。

第二步制作块体。

第三步将块体组装焊接成节段。

z各制作阶段的变形控制措施

¾板单元制作焊接变形控制措施

a)在制作壁板单元时，为了有效控制焊接变形，板块纵肋焊缝焊接时制

作了焊接胎架。该焊接胎架可以通过活动的反变形板预置钢索塔的线

形和焊接反变形量，控制板块的弯曲变形。

b)在制作壁板单元时，纵肋焊接采用对称焊焊接方式。

c)在制作壁板单元时，采用专用设备进行焊接变形热矫正。

d)隔板制作焊接时，对隔板进行多点强制约束，并采用对称、分散的焊

接方法。

纵肋焊接专用胎架

采用对称二氧化碳气体保护焊焊接方式减小变形

专门研制的焊接变形热矫形机

隔板焊接变形控制措施

¾ 块体制作焊接变形控制措施

a) 设计制造块体组装焊接专用工装，工装具有调整线形和对块体进行约

束的功能，借以实现对块体线形和焊接变形的控制。

b) 块体按照要求组装后，四周均用丝杠顶紧，上部用压紧横梁固定，对

块体进行外约束。

c)端部设置工艺隔板、直角部位有角件形成内约束。

d)拐角处焊缝预留焊接收缩量，然后焊接。

正在组装过程中的块体

组装完成的块体

¾节段组装焊接变形控制措施

a)确定合理的焊接顺序和焊接方向；

b)控制每一条焊缝各位置下的焊接填充量；

c)角部壁板间外侧无孔部位增加刚性三角形焊接固定码，箱口有孔部位

增加栓接固定码；

d)壁板与壁板间、腹板与壁板间无孔部位增加刚性三角形焊接固定码，

箱口有孔部位增加栓接固定码；

e)节段外侧适当部位与胎架增加刚性连接；

f)所有的焊缝在刚性约束的情况下在胎架中完成。

节段组装焊接胎架

内角约束

外角约束

¾节段钢结构制作主要项点检验结果统计

小结：南京三桥钢塔节段制造过程中，采用板单元→块体→节段的组装方案，对结构形式密集焊缝进行分步分级控制；预留适当焊接收缩补偿量，设置合理的反变形量；通过工装进行约束，控制和减小了焊接变形；采用合理的焊接方法及焊接顺序等，有效的控制了钢塔节段的焊接变形，保证钢塔节段几何尺寸精度。

2. 节段加工和测量时的姿态调整和支撑反力管理方法研究 研究内容和目的：

z 节段平放时支撑反力和节段变形关系的研究 z 节段加工时姿态调整方法的研究 研究结果：

z 支撑反力的不同组合会引起节段不同程度和形式的扭曲变形。 z 支撑位置的不同组合会引起节段不同程度和形式的弯曲变形。 z 以上两种变形都引起加工误差不可忽略。

z 按照有限元分析和试验结果，只要支撑位置按指定位置布置、反力的大小按下

列条件要求控制，节段的弯曲变形和扭曲变形就能控制在可接受的范围之内。

z 利用数控液压支撑定位系统能同时完成支撑反力大小的控制和节段姿态的调

整。数控液压支撑定位系统为快速准确调整节段和机床间的位置及进行支撑反

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.02

12

1≤+−N N N N ││05

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343≤+−N N N N │

│反力控制