大断面钢塔工厂制造精度控制技术

大断面钢塔工厂制造精度控制技术

薛云展

中铁九桥工程有限公司  江西九江  332000

摘要：常规的钢塔工厂制造精度控制技术的控制范围有限，全面覆盖性较差，导致制造精度控制误差较大，降低了钢塔的使用安全与使用性能。基于此，开展了大断面钢塔工厂制造精度控制技术的全面研究。首先，根据板单元空间尺寸结构特点，对钢塔曲面板单元制造的几何精度作出控制。其次，定位大断面钢塔节段，控制钢塔预拼装精度。在此基础上，控制钢塔节段架设精度，反向纠正钢塔线形偏差。实验分析可知，提出控制技术应用后，钢塔制造精度控制绝对误差最大不超过0.035mm，精度控制效果优势显著。

关键词：大断面；钢塔；制造；工厂；精度；控制；

中图分类号：U442.4                  文献标识码：A

0引言

钢塔制造可以通过工厂预制、现场拼装等方式制造而成，其作为工程建设中的重要组成部件，对于制造精度的要求较高[1]。若钢塔制造精度出现偏差，会降低其结构的稳固性与承载性能，无法保证建筑物的安全。基于此，科学的钢塔工厂制造精度控制技术至关重要。现阶段，传统的钢塔工程制造精度控制技术在众多学者的研究下，逐步完善，能够有效地控制钢塔工程生产与制造的精度。然而传统的控制技术在实际应用过程中仍然存在一定的不足，主要体现在精度控制范围有限，导致部分制造环节的精度得不到有效控制，无法显著提升钢塔制造精度[2]。

为了改善这一问题，本文在传统控制技术的基础上，作出了优化设计，以大断面钢塔为例，开展了大断面钢塔工厂制造精度控制技术的全方位研究。

1大断面钢塔工厂制造精度控制技术

1.1钢塔板单元几何精度控制

板单元属于大断面钢塔的重要组成部件，其制造工艺流程较为复杂，受到各项干扰因素的影响，制造过程中存在较大的不确定性与不稳定性，容易出现不同程度的误差。因此，需要对钢塔曲面板单元制造的几何精度作出控制。

大断面钢塔板单元的制造流程，如图1所示。

图1大断面钢塔板单元制造流程示意图

如图1所示，钢塔板单元的制造流程较为复杂，容易出现制造误差。传统的精度控制技术在钢塔板单元制造过程中，通常采用钢卷尺、全站仪、直尺等工具，对各个制造环节进行精度检测与控制，局限性较大，精度控制效果不佳。本文在对钢塔板单元制造精度控制前，首先，利用CATIA软件，对该构件的施工图作出转化，将图纸转化为直观清晰的数字模型，反映非一致曲率板单元的空间尺寸。其次，根据板单元空间尺寸结构特点，设计对应的施工图表达模式[3]。在此基础上，依据大断面钢塔板单元非一致曲率板在线形方面的要求，本文认为可以设计与之契合度较高的压型组装胎架。在胎架上，通过顶压成型、组焊纵肋与修整变形的方式，控制钢塔板单元上各个控制点线形的制造精度，使构件其余部位处于缓慢过渡状态，避免制造误差超出公差范围。在此基础上，对钢塔板单元制造进行进一步详细的几何精度控制，如下：

1、板单元零件下料几何精度控制。引入先进的数控精密切割机，通过切割机切下料，在面板纵向、横向、以及面板两端预留焊接收缩工艺量与二次切割工艺量[4]。切割机下料后，根据上述转化后的图纸数字模型，标示钢塔板单元的零件号与方向。

2、板单元零件划线几何精度控制。专业技术人员在钢塔板单元制造专用平台上，划出零件制造的纵横基准线。将人工划出的基准线作为钢塔板单元加工制造作业的基准，启动激光自动数控划线机床，对钢塔板肋、横隔板与腹板进行组装作业。

3、板单元零件弯曲成型几何精度控制。首先，确定大断面钢塔每个板单元控制点位置的线性，在上述选用的压型组装胎架上，使用外力不断压弯板单元上各控制点，使其与压型组装胎架紧密贴合。在此过程中，控制板单元其余部位的线型在外力自重作用下始终保持匀顺过渡，直至整个钢塔板单元达到制造设计的理想线型为止。

1.2钢塔预拼装精度控制

完成上述钢塔板单元几何精度控制后，接下来，对钢塔的预拼装环节进行全方位的精度控制。在本文设计的钢塔预拼装精度控制中，主要包括两个控制步骤：大断面钢塔节段测量点布置与节段二次切头。

针对大断面钢塔节段测量点布置来说，主要根据钢塔节段的结构特征，布置定位测量点与监控测量点，用于测量钢塔预拼装的工况数据，为预拼装精度控制提供数据支持[5]。首先，选定大断面钢塔的纵横基准线，利用全站仪测量基准线选取的是否合理，以纵横基准线为基准，在大断面钢塔侧壁板、节段两端头监控断面上均匀布置定位测量点与监控测量点。测量点布置过程中，需要特别注意的是精度公差不能超出±0.5mm。测量点布置完毕后，通过大断面钢塔节段二次切头的方式，在钢塔节段上端口预留二次加工量，将预拼装钢塔节段边跨侧依次放置在胎架上。本文设计的大断面钢塔预拼装间隙定位示意图，如图2所示。

图2大断面钢塔预拼装间隙定位示意图

如图2所示，本文在综合考虑建筑物焊接收缩量、预拼装拱度等因素后，通过预留间隙h，定位大断面钢塔节段，控制其预拼装精度。在此基础上，计算大断面钢塔预拼装后的轴线偏差，计算公式为：

（1）

（2）

其中，、分别为大断面钢塔单节段下端面、上下端面因素引起的预拼装轴线误差；表示大断面钢塔节段长度；表示钢塔单节段下端面与预拼装轴线的垂直度误差；表示钢塔单节段上下端面与预拼装轴线的相对夹角误差。根据轴线偏差计算结果，调整钢塔预拼装间隙，直至轴线偏差符合标准要求为止。

1.3钢塔节段架设精度控制

大断面钢塔节段架设也是钢塔工厂制造中的重要环节之一，其架设精度直接影响了制造精度。通常情况下，大断面钢塔的架设作业需要在异形板单元内进行。在异形板单元内，对塔段作出合理分块，利用专用工装，安装钢塔节段匹配件及其他各项定位装置。其次，由于大断面钢塔塔顶节段弧面、各个交汇节段的曲率较大，在其制造过程中，应当采取多节段分割工艺、实体配量工艺，控制弧面节段制造精度。在此基础上，根据大断面钢塔吊装节段的实际结构形式特征，选择与之对应的组拼状态，提高每段钢塔吊装节段的组拼精度，使组拼制造过程处于预控范围。

控制钢塔结合段的施工定位精度，根据图纸数字模型，按照顺序依次组焊节段。组焊后，利用接口匹配件定位装置，检测组焊节段的架设姿态与线形，若检测结果不符合架设预期要求，则及时对架设姿态作出调整，直至检测结果符合要求为止。

实时监测已经架设完毕的大断面钢塔节段的数据变化，与架设理论线形进行多维度地对比分析，获取钢塔架设线形偏差。在下一个钢塔节段架设前，对线形偏差进行反向纠偏，通过调整钢塔架设接口间隙与组焊顺序等措施，实现大断面钢塔线形偏差反向纠正的目标。

2实验分析

2.1实验准备

上述内容，便是本文针对大断面钢塔工厂制造精度，提出的控制技术的全部设计流程。在提出的制造精度控制技术投入实际工厂使用前，需要对其可行性及精度控制效果作出分析与验证。基于此，开展了如下文所示的制造精度控制技术试验分析。

选取S大断面钢塔作为此次实验的研究目标。钢塔的外型需要具备美观、耐腐蚀、设计合理、制作精良等特点，能够与各式各样现代化建筑物相呼应，提升建筑整体外观形象。塔身内部设有通道，起到方便安装、维修与保养的作用。由于钢材具有良好的可塑性，因此，钢塔的结构形式较为灵活。其结构示意图，如图3所示。

图3 S大断面钢塔结构示意图

如图3所示，由钢塔节段与曲臂节段共同构成了S大断面钢塔大节段。对大断面钢塔大节段进行了划分，其中，R1~R8均为钢塔曲臂节段，W0~W9均为钢塔节段。实验选用钢塔的各项详细参数说明，如表1所示。

表1 S大断面钢塔详细参数说明

如表1所示，为此次实验所用的大断面钢塔的各项详细参数。在掌握上述信息参数后，按照上述本文提出的制造精度控制技术流程，对S大断面钢塔工厂制造精度进行全方位、多维度地控制，进而检验其控制结果是否符合标准要求，验证本文提出技术的可行性。

2.2结果分析

引入对比分析的方法原理，将上述本文提出的大断面钢塔工厂制造精度控制技术设置为实验组，将文献[2]提出的钢塔制造几何控制技术、文献[4]提出的钢塔精度控制技术分别设置为对照组1与对照组2，对三种技术的控制结果作出客观分析与对比。首先，明确修正合格的纵横基准线，将该基准线作为监测点布设的基准。在S大断面钢塔曲臂节段平面壁板上布设4组定位精度监测点，分别标号为JCD-A01、DWJCD-A02、DWJCD-A03、DWJCD-A04；在钢塔节段两个端头位置处布设4组精度监控测量点，标号为JCD-A05、JCD-A06、DWJCD-A07、DWJCD-A08。选取大断面钢塔工厂制造精度控制误差作为此次实验的评价指标，运用高精度摄像机，实时监测6组测点的工况变化，测量钢塔制造成型，将每个节段的最终制造位置数据传送到计算机内，经过计算机软件的高效处理后，得到大断面钢塔制造实测值，将其与理论值对比，得出制造精度控制误差。对比三种技术应用后，制造精度控制误差结果，如表2所示。

表2钢塔工程制造精度控制误差对比结果

通过表2的对比结果可知，三种钢塔工程制造精度控制技术应用后，各个定位精度监测点与精度控制测量点的实测值存在较大的差异。其中，本文提出的控制技术应用后，可以看出大断面钢塔工厂制造精度控制的绝对误差明显小于对照组1与对照组2提出的方法，绝对误差最大不超过0.035mm，钢塔工厂制造各项实测值与理论值更加接近，符合制造精度控制的要求。由此可见，本文提出的大断面钢塔工厂制造精度控制技术具有较高的可行性，满足钢塔制造精度公差要求，精度控制效果优势显著。

3结束语

钢塔作为一种重要的通讯、装饰、避雷设施，对交通卫星定位通讯基站、机场、PHS的直击雷保护、广播电视信号发射、发电厂、气象站等领域的发展具有直接影响。钢塔结构形式种类繁多，根据不同的使用场景与使用需求，工厂能够生产制造出与之适配的钢塔，例如椭圆形钢塔、马蹄形钢塔、梭形钢塔、大断面钢塔等。为了提高钢塔工厂制造精度，本文以大断面钢塔为例，开展了其制造精度控制技术的全面研究。通过本文的研究，减小了钢塔工厂制造精度控制误差，使制造钢塔的实测值与理论值更加接近，实现了钢塔工厂制造精度最优化控制目标。

参考文献

[1] 邓永锋, 李璘琳, 叶庆旱, 等. 珠机城际铁路金海特大桥钢塔整体安装关键技术[J]. 桥梁建设, 2022, 52(01): 1-8.

[2] 周友国, 唐亮, 韩大章, 等. 端面机加工钢塔制造及安装几何控制研究[J]. 公路, 2021, 66(01): 201-204.

[3] 金云松, 刘晓亮, 刘红波, 等. “月环形”钢塔身加工、焊接控制技术[J]. 公路交通科技(应用技术版), 2020, 16(09): 206-208.

[4] 杨学斌, 李胜乾, 周国庆, 等. 钢塔转体施工转动铰安装精度控制技术[J]. 建筑技术, 2020, 51(02): 146-149.

[5] 杨学斌, 李胜乾, 周国庆, 等. 钢塔转体施工转动铰安装精度控制技术[J]. 建筑技术开发, 2020, 47(02): 98-99.

作者简介：薛云展（1988.12-），女，汉族，江西九江人，本科，工程师，主要研究方向为桥梁钢结构工厂制造。