平椭圆形钢管结构桥梁拱肋的制作工艺

摘要

本发明涉及一种平椭圆形钢管结构桥梁拱肋的制作工艺，本工艺的特征是采用两步进行单节钢管的弯曲方法，钢管的凹拱面采取局部和按顺序加热，温度控制在600℃～850℃，冷却收缩产生凹拱。钢管凸拱面采用机械模压弯制，本工艺优点，钢管壁不减薄，其强度、刚度及其他性能不变，工艺容易实现，设备简单，弯制弧准确、圆滑、因此单节钢管拼接成的整条桥梁拱肋圆滑平整。

说明书

本发明属于桥梁拱肋钢管结构构件制作技术领域。

目前设计和建造的桥梁拱肋结构形式有圆形、双曲线形、抛物线形等，拱肋的断面形状有圆形、双圆形、椭圆形和平椭圆形等。这些拱肋的不同曲线都是由单节钢管拼接而成的，如果单节钢管不进行弯曲，则整条拱肋就是折线拱肋，不圆滑。现在对单节钢管弯制是采用火焰加热，降低钢材的极限强度，提高其塑性和延展性，再配制一定的外力，使之拉伸弯曲成形，这种方法容易使钢管发生过热和过烧，使钢材氧化烧损脱碳，钢管壁厚减簿，而降低钢管的强度和刚度，或者造成冷加工，使钢材硬化，降低了钢管的塑性和韧性，更不适用厚壁钢管的弯制。

本发明的目的是提供一种平椭圆厚壁钢管弯制成弧度准确，圆滑而不改变钢管性能和壁厚，即在钢管的凹拱面上不同的部位和顺序进行加热，冷却后复合收缩应力及外加不同的机械压力达到厚壁平椭圆钢管圆滑弯曲成不同的弧度，从而使整条桥梁拱肋圆滑。

本发明是制作一种平椭圆钢管结构的桥梁拱肋的工艺，整条拱肋是由单节钢管拼接而成的，单节钢管的长度为2.5～3.0米，壁厚为20毫米，钢管的断面形状为平椭圆形，其尺寸为800×2000毫米，短轴向两端头有1200毫米宽的平直面，长轴向R＝400毫米，单节钢管是由20毫米厚的钢板，经整平达到(CJJ2-90标准规范)后，卷制焊接而成。弯制钢管采用两步进行；首先弯制凹拱面，为了提高钢管的横向强度及圆弧不变形，在弯制前，在凹拱面内壁加焊三条半椭圆的横向劲板，劲板高为75毫米，宽为20毫米，劲板的位置；第一条在钢管长度的中心，其他两条在钢管两头离端头100～150毫米处(待钢管弯制好后，再加焊另三条半椭圆劲板，拼成三圈环向劲板)。在钢管的凹拱面上划一条纵向中心线，在纵向中心线的中点划一条横向中心线，其两端头和长轴最外边的素线垂直相交，以此相交点为等腰三角形的顶点，划两个对称等腰三角形，其底边划在平直面和圆弧面相切处，底边长为120～150毫米(视钢管长度决定)。横向中心线两边(对称)每隔三倍左右等腰三角形底边长的距离为同一边等腰三角形的顶点，划数对如前所述的对称等腰三角形，以纵向中心线为对称的一对对对称等腰三角形的底边划一条连接带，其带宽比等腰三角形的底边长略小，便于以后调整，(见图3所示)。对凹拱面加热部位和顺序；加热温度控制在600℃～850℃，即加热使钢材表面颜色呈深樱红色或樱红色即可。首先对横向中心线两头的一对对称等腰三角形同时加热，达到上述温度后，再对靠近横向中心线两边的对称等腰三角形同时加热达到上述温度后，再逐步向钢管两头对称等腰三角形加热直到所有等腰三角形加热完，再对横向中心线所连的等腰三角形底边连接带加热，其温度也是控制在前述的温度，然后对第二对连接带加热，逐步向两头的连接带加热，直到所有连接带都加热完。冷却后钢管的凹拱面出现预拱度，但其曲率及圆弧度，还须加热来调整，首先调整加热连接带的宽度，再从钢管两端的圆弧和平直面交界处到横向中心一端头(素线上)，划四条加热N线，再从钢管两头四分之一处划四条N1加热线和上述四条加热N线平行，这八条加热线都在凹拱面两侧，加热方向从钢管两头向中间进行加热，宽度控制在60～100毫米之间(见图3)，如此顺序加热冷却后复合收缩，钢管的凹拱面就出现凹拱，其凹拱度和圆弧平滑度可通过调节加热三角形底边连接带的宽度达到钢管凹拱面的曲率和圆滑，而且不会扭曲。钢管的凹拱面弯制好以后，再弯制凸拱面，弯制凸拱面采用机械模压成形，其设备是由上、下模、模架、油压泵及千斤顶所组成；上模固定在模架上，模架有四根立柱，后面两根是固定立柱，前面两根是活动立柱(可翻下来)，下模支承在四根导向立柱上，下模下面有四只千斤顶，顶着下模，四只千斤顶的下面有调整垫，通过调整垫放置在模架底座钢梁上四只千斤顶的油管路串联并与SY600电动试压油泵的油管路联通，油管路是用加厚无缝钢管制成的，固定立柱和导向立柱的下端都固定在模架底座钢梁上，活动主柱的下端和底座钢梁通过轴销活接，上端也是通过轴销和上模活接。弯制时，将钢管套入上模(钢管凸拱面朝下)，把两根活动立柱竖起，上端用轴销锁在上模上，调好位置，启动SY600电动试压油泵，四只千斤顶同步将下模沿四根导向立柱向上升，被弯制的钢管凸拱面在上下模之间被压，根据被弯制的弧度不同要求，可控制SY600电动试压油泵的压力来达到。整条抛物线桥梁拱肋，对单节钢管弯曲的弧度要求是不同的，但相差不大，所以只要一付模子，就可对拱肋的所有单节钢管进行弯制了，只要适当的控制其压力即可获得钢管的不同弯曲弧度。钢管凸拱面弯曲好以后，再在钢管的凸拱面内壁拼焊接三条半椭圆劲板与凹拱面内壁的三条半椭圆劲板连接成三条环向劲板，至此单节钢管就弯制好了。

车发明的优点，按上述工艺弯制的钢管弧度准确圆滑，钢管的壁厚不减簿(因没有拉伸)，保证钢管的强度刚度和其他性能不变。本发明设备简单，工艺容易实现，而且对凹凸拱面的弯曲弧度容易掌握，钢管的断面尺寸不变，长轴向的圆弧不皱不陷，确保整条桥梁拱肋圆滑平整。

附图说明，附图1是单节钢管的断面图，它是平椭圆形，由20毫米厚的钢板卷制焊接而成的，图中1是凹拱面，2是凸拱面，3是钢管内壁的环向劲板与管壁焊接连接。

附图2是单节钢管的纵向剖视图，图中1是凹拱面(未弯制的)，2是凸拱面(未弯制的)，3是环向劲板。

附图3是单节钢管受凹拱面加热部位布置图，图中4是凹拱面上的纵向中心线，5是凹拱面上的横向中心线，6是长轴最外边素线，图中等腰三角形、连接带及N、N1加热线都是加热的部位和方向，加热的顺序如前所述。

附图4是压制凸拱面装置的纵向剖视图，图中8是活动立柱，其下端和底座梁22通过轴销23连接，其上端通过轴销和上模11活动连接，9是模架平台钢板，其上面有底座梁22，12是下模，装在四根导向立柱19上，下模12的下面有四只千斤顶20顶住，千斤顶20的下面有调整垫块21垫在千斤顶20和底座梁22之间，四只千斤顶20的油管路14串联，并和16电动试压泵SY600油管路15联通，油管路都采用加厚的无缝钢管制成，17是活动立柱8的支脚，13是固定立柱，其下端和底座梁22固接上端和上模11固接，7是导向滑块，在导向立柱19上，下模12在千斤顶20的作用下可沿四根导向立柱19上下移动，10是被压制的钢管(工件)。

附图5是压制钢管凸拱面装置的横向剖视图，图中11是上模，12是下模，19是导向立柱，7是导向块，20是千斤顶(有四只)顶住下模12，千斤顶20和底座梁22之间有调整垫块21，14是四只千斤顶20的串联油管路和电动试压泵16的油管路15联通，18是导向立柱19的加劲撑。

实施例，根据上述工艺制作一条抛物线形的桥梁拱肋，拱肋的跨距为79.76米，拱高为15.952米，拱肋的断面为平椭圆形，其尺寸为800×2000毫米，长轴向R＝400毫米，单节钢管长为2，6米，壁厚20毫米，整条拱肋不同曲率共分10种，采用本工艺对单节钢管分段进行弯制成形后，再进行拼装完成整条桥梁拱肋。单节钢管弯制分两步进行，首先弯凹拱面，其工艺采用局部和顺序加热，冷却收缩使钢管凹拱面弯曲，其弯制的曲率及圆滑度，靠调节加热对称等腰三角形的连接带的宽度及在凹拱面侧的圆弧部的两头向中间加热N、N1线的(如图3所示)宽度以达到凹拱面圆滑和曲率要求。在弯制凹拱面前，必须在钢管凹拱面内壁加三条半椭圆的横向劲板，凹拱面弯制好后，再把钢管放置在模压设备上，进行弯制凸拱面，因有上下模，故压制的弧度肯定是圆滑的，但其曲率要靠调节弯制压力及回弹来控制，凸拱面弯好了，则单节钢管就弯制好了，然后再在凸拱面内壁加上另外三条半椭圆环向劲板与凹拱面内壁的三条半椭圆劲板连接。然后单节钢管拼接成整条桥梁拱肋。