1 工程概況
鳳凰國際傳媒中心位于北京朝陽公園，是全新概念的媒體體驗(yàn)艙，它超越了以往媒體與觀眾隔著屏幕交流的關(guān)系，將觀眾引入開放的莫比烏斯環(huán)形空間當(dāng)中感受鳳凰傳媒的魅力。鳳凰國際傳媒中心鋼結(jié)構(gòu)屬超大跨度空間結(jié)構(gòu)，長約130m，寬約124m。鋼結(jié)構(gòu)罩棚由雙向交叉雙全梁結(jié)構(gòu)及豎向支撐系統(tǒng)組成，表面積約為27500平方米，重量達(dá)5200噸左右，分內(nèi)外兩層。整個(gè)屋面采用大小不等的梯形截面的彎扭箱型構(gòu)件相互交叉編織而成，其頂部通過V型支撐與裙樓和主樓的屋頂混凝土結(jié)構(gòu)相連，建筑造型十分復(fù)雜，整體效果如圖1所示。
2 鋼拱橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
鳳凰國際傳媒中心鋼連橋造型奇特、結(jié)構(gòu)新穎、線型流暢、輕巧美觀，與南北兩座大樓的上部通道相連，和整個(gè)屋面罩棚融為一體，渾然天成。鋼連橋結(jié)構(gòu)最大的特點(diǎn)是“三曲”箱形結(jié)構(gòu)形式。一是橫截面為漸變的月牙形，寬度由6m~11m變化、截面中部高度為0.9m。；二是沿長度方向?yàn)閽佄锞€拱形，中部拱高約7m；三是橋面內(nèi)外邊投影分別為不規(guī)則的弧形。
單座鋼連橋總重約300噸，材質(zhì)為Q345B，長度約42m，主要由頂?shù)装?、縱向腹板、橫隔板、橋墩支座、端部外包板、次肋座板等組成。橋頂板成類似于螺旋面，底板為三曲面，縱向腹板（肋板）為空間彎扭板件。這樣的結(jié)構(gòu)形式給加工制作帶來了很高的難度，不管是放樣展開、還是加工成形,難度均很高。鋼連橋結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖如圖2-6所示。
2.1 結(jié)構(gòu)形式的比較
近年來隨著我國鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的飛速發(fā)展，各種造形奇特、新穎的工程是屢見不鮮。在各種結(jié)構(gòu)、造形中尤以彎扭為制作加工及吊裝定位的難點(diǎn)，其中以彎扭造形為代表的工程有：國家體育場(chǎng)、昆明新機(jī)場(chǎng)等。 表1、表2中列舉了鋼連橋與公路橋、高架橋以及彎扭構(gòu)件的對(duì)比，從表中可以看出，鋼連橋的制作難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于以往工程中的鋼橋及彎扭構(gòu)件。
2.2 重點(diǎn)及難點(diǎn)分析
2.2.1、吊裝分段的劃分
單座鋼連橋重量近300噸，分段的大小及形式直接影響工廠的加工制作以及現(xiàn)場(chǎng)的吊裝，進(jìn)而影響整個(gè)工程的質(zhì)量與計(jì)劃。因此，如何進(jìn)行合理的分段至關(guān)重要，這是鋼連橋加工制作的第一重點(diǎn)。
2.2.2、加工方案的制定
單座鋼連橋進(jìn)行分段劃分后，工廠對(duì)各個(gè)分段如何進(jìn)行加工；鋼連橋內(nèi)部空間狹小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用哪些工藝措施來確保零部件的組裝和焊接，這是鋼連橋加工制作的第二重點(diǎn)。
2.2.3、箱體壁板的加工、檢測(cè)
由于鋼連橋外形尺寸大，箱體壁板需分拆成若干塊分別進(jìn)行加工，如何進(jìn)行箱體壁板的加工以及加工后如何進(jìn)行檢測(cè)將是鋼連橋制造精度控制的第一大難點(diǎn)。
2.2.4、各分段接口質(zhì)量的保證
鋼連橋被劃分為各小分段后，扭曲的接口多且通長布置，有些分段四周均為現(xiàn)場(chǎng)大接頭，而且是敞開式，如何控制焊接變形，確保接口間的連接質(zhì)量，這是鋼連橋制造精度控制的第二大難點(diǎn)。
2.2.5、預(yù)拼裝方案
鋼連橋拆分成若干小分段，如采用整體預(yù)拼，則拱高較大，拼裝胎架搭設(shè)高，導(dǎo)致拼裝的時(shí)間較長，如何保證鋼連橋各分段達(dá)到整體預(yù)拼裝的效果而又不影響現(xiàn)場(chǎng)安裝的工期，預(yù)拼裝方案是關(guān)鍵。
3 鋼拱橋的制造方案
3.1 分段的劃分
由于鋼連橋外形尺寸大，重量重，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)吊裝設(shè)備的起吊能力，同時(shí)兼顧工廠加工以及運(yùn)輸?shù)纫蛩兀C合考慮后將單座鋼連橋沿長度方向劃分為7個(gè)分段，沿寬度方向劃分為3個(gè)分段，共計(jì)21個(gè)小分段。如圖7所示。
3.2 加工方案的確定
鋼連橋底板為三曲面，若以此為胎架面進(jìn)行制造，則胎架制作工作量大，且精度要求難以保證，而頂板近似于螺旋面，與底板比較相對(duì)平緩一些，因此，工廠加工制作時(shí)采用以頂板為胎架面進(jìn)行制造。由于單座鋼連橋拱高較大，整體制造則胎架高度較高，制作精度有所影響，各個(gè)小分段單獨(dú)制作，精度要求難以保證，綜合考慮，采取分區(qū)段整體組裝的方法進(jìn)行制造。
3.3 預(yù)拼裝方案的確定
由于現(xiàn)場(chǎng)安裝是由兩端向中間進(jìn)行，如若采用整體預(yù)拼裝，則無法滿足現(xiàn)場(chǎng)的吊裝計(jì)劃，延誤工程的工期，鑒于此特殊性，鋼連橋制造時(shí)采用分區(qū)段整體拼裝的方法進(jìn)行，即將分段一至分段三為一個(gè)預(yù)拼裝單元；分段三至分段五為一個(gè)預(yù)拼裝單元；分段五至分段七為一個(gè)預(yù)拼裝單元，共計(jì)三個(gè)見圖8。
預(yù)拼裝單元。以此循環(huán)拼裝的方法替代整體拼裝，既保證了制造的質(zhì)量，也確保了現(xiàn)場(chǎng)的順利安裝，同時(shí)也可滿足現(xiàn)場(chǎng)的安裝進(jìn)度要求。
4 鋼拱橋的制造及保證措施
根據(jù)預(yù)拼裝單元的劃分，為了保證制造的質(zhì)量，避免預(yù)拼裝時(shí)有較大的修整，制作時(shí)直接將分段一至分段三作為一個(gè)制造、拼裝單元；分段五至分段七作為一個(gè)制造、拼裝單元，分段四單獨(dú)制作。
4.1 余量的加放
4.1.1分段三、分段五與分段四連接端均加放150mm；所有分段長度方均加放1‰焊接收縮余量。
4.1.2頂板橫向兩側(cè)各加放30mm余量，底板兩側(cè)分段與中間小分段連接處均加放50mm余量，且頂?shù)装鍖挾确较蛎繖n腹板（肋板）加放1mm收縮余量。
4.2 大接頭節(jié)點(diǎn)的工藝措施
由于箱體截面為月牙形，中部高度最大也僅為900mm，為了確保各分段間的安裝與焊接，箱體面板及內(nèi)部構(gòu)架需開設(shè)人孔或嵌補(bǔ)段等，具體如圖9所示。
4.3 零件的放樣、排版（以三曲面底板為例）
4.3.1、實(shí)體與線框模型的建立
首先根據(jù)設(shè)計(jì)圖所提拱的控制點(diǎn)，利用電腦創(chuàng)建鋼連橋的CAD三維立體模形，然后將CAD實(shí)體模型轉(zhuǎn)換成線模。分別對(duì)線模的縱向、橫向進(jìn)行等分，將等分點(diǎn)用線連成網(wǎng)格，并將每只網(wǎng)格的對(duì)角線采用直線連接，如圖10所示。
4.3.2、線框模型展開
展開方法多種多樣，三曲面展開一般采用三角形撐線法，此方法比較煩瑣，為了提高展開的效率，采用與造船系統(tǒng)某軟件開發(fā)公司共同研制開發(fā)的“三維特型構(gòu)件制作軟件” Rootmodel.exe來自動(dòng)生成展開圖，具體做法是將已正確建立的CAD線模另存為DXF文件格式，然后將其導(dǎo)入Rootmodel.exe軟件進(jìn)行自動(dòng)壓平，如圖11所示。
4.3.3、零件的排版
零件自動(dòng)壓平展開后，以DXF文件格式進(jìn)行保存，然后導(dǎo)入到FastCAM數(shù)切排版軟件中，F(xiàn)astCAM數(shù)切軟件自動(dòng)生成切割程序TXT文件，從而提高零件在下料切割過程中的精確度，如圖12、13所示。
4.4 零件的下料切割
零件采用數(shù)控切割機(jī)進(jìn)行精密下料，切割前將TXT文件拷入數(shù)控切割機(jī)，而后自動(dòng)進(jìn)行數(shù)控切割，同時(shí)根據(jù)設(shè)定的程序噴上控制線、構(gòu)架線、加工線。切割后，必須對(duì)板件的切割邊進(jìn)行打磨，去除割渣、毛刺等物，對(duì)割痕超過標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)行填補(bǔ)，打磨。
4.5．曲形板材的加工及檢驗(yàn)
4.5.1、樣箱的加工見圖14
4.5.2、曲形板件的加工
曲形板的加工通常有：壓模（含數(shù)控壓模）壓制成型；油壓機(jī)壓制成型；三輥卷板機(jī)卷制成型等方法。通過對(duì)各種加工方法的整體加工質(zhì)量、工作效率、特別是加工過程對(duì)母材損傷及加工成本等各種因素綜合研究分析后，最終確定以“三輥卷板機(jī)卷制成形為主，局部配以油壓機(jī)整形”的加工方案，如圖15所示。
4.5.3、曲形板件的加工及成型后的檢查
曲形板件加工成形質(zhì)量、精度的好壞，直接影響鋼連橋制作安裝的精度以及整體線型的流暢。而且該鋼連橋分段后，分段接口多而且長，有些分段四周均為現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接接口，這樣對(duì)曲形板件的加工精度提出了更高的要求，板件加工偏差過大，如采用工裝強(qiáng)行施加外部壓力進(jìn)行安裝，鋼板內(nèi)部將形成較大回彈拘束力，一旦外部壓力撤消，將會(huì)產(chǎn)生極大的變形。為此必須對(duì)加工過程中每道工序進(jìn)行嚴(yán)格控制，精心測(cè)量。對(duì)于鋼連橋的底板，在加工過程中我們通過單塊小樣板檢測(cè)局部精度（即寬度方向的曲率），然后采用樣箱控制曲形板的整體精度，如圖16所示。
4.6 中合攏裝焊（以分段1-3為例）
4.6.1 胎架的搭設(shè)
根據(jù)鋼連橋的實(shí)體三維模形，利用AutoCAD系統(tǒng)直角坐標(biāo)系來確定點(diǎn)在空間的位置，即導(dǎo)出三維坐標(biāo)點(diǎn)（X，Y，Z），其中（X，Y）值用于水平平臺(tái)地樣線的劃線，Z值為設(shè)立胎架的標(biāo)高值，胎架調(diào)置后如圖17所示。
4.6.2 頂板的定位
頂板的定位以中心板件為基準(zhǔn)，依次向外側(cè)進(jìn)行定位。定位時(shí)將頂板外邊線對(duì)齊地面位置線以及相應(yīng)控制點(diǎn)，同時(shí)控制其端部與地面位置的吻合度。頂板定位時(shí)分段間的焊縫間隙不需扣除，零間隙狀態(tài)連接，此焊縫間隙作為焊接、矯正收縮的調(diào)整補(bǔ)償量。頂板定位后（如圖18）必須保證線型的光順以及與胎架面的密貼，密貼度不得大于1mm，對(duì)于局部密貼度超標(biāo)則可采用活碼進(jìn)行固定（如圖19所示）。
4.6.3 縱向腹板、橫隔板的裝焊
在定位合格后的鋼連橋頂板上劃出各橫隔板，縱向腹板、加勁條的安裝位置線，劃線時(shí)采用鋼針劃線，以確保所劃定位線的精確度?？v向腹板、橫隔板定位時(shí)將其板厚中心與頂板表面的安裝位置線對(duì)齊，同時(shí)控制其端部與地面位置的吻合度。另外根據(jù)模型中調(diào)出的投影偏移值，采用線錘及卷尺控制垂直方向的定位，如圖20所示。
定位后進(jìn)行自檢、互檢，而后提交專職檢查員進(jìn)行驗(yàn)收，合格后即可進(jìn)行焊接。焊接時(shí)應(yīng)遵循“分散、對(duì)稱、均勻、減小拘束度”的原則進(jìn)行施焊，焊接采用CO2氣體保護(hù)，選擇用較小的線能量以減小焊接變形，同時(shí)避免出現(xiàn)焊接應(yīng)力過大。焊接過程中密切注意焊接變形，隨時(shí)進(jìn)行矯正。
4.6.4 邊側(cè)底板的安裝
底板定位時(shí)以切割噴粉線為基準(zhǔn)進(jìn)行，首先將腹板構(gòu)架線對(duì)齊相應(yīng)的縱向腹板中心線，然后將隔板構(gòu)架線對(duì)齊相應(yīng)的橫隔板，同時(shí)控制其端部與地面位置的吻合度。兩側(cè)小分段底板定位合格后，進(jìn)行內(nèi)部構(gòu)架間的焊接，因內(nèi)部空間較小，邊側(cè)橫隔板與底板焊接時(shí)，需在縱向腹板上開設(shè)手孔進(jìn)行焊接，焊后將手孔進(jìn)行封堵，此處的縱向腹板也需后裝并開設(shè)手孔，如圖21、22所示。
4.6.5 中部底板的蓋板
由于各小分段對(duì)接接口多且長度較長，中間小分段四周均為現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接接口，而且對(duì)接口處無封板，因此，對(duì)接口的質(zhì)量是整座鋼連橋控制的關(guān)鍵，必須確保在自由狀態(tài)下各對(duì)接接口能夠吻合且光順，因此，兩側(cè)底板與中部分段底板連接處均加放調(diào)整余量，用于焊接、矯正等收縮的補(bǔ)償。
中部底板蓋板時(shí)，可先進(jìn)行初定位，長度方向定位時(shí)以正作端向余量端進(jìn)行，寬度方向則分中定位，就位后劃出兩側(cè)分段底板上的余量線，劃線時(shí)焊縫間隙不需扣除，作為中部分段焊接、矯正后的調(diào)整量，將兩側(cè)底板寬度方向接口處的余量進(jìn)行割除，中部分段底板進(jìn)行終定位，兩側(cè)分段吊離胎架，中部分段翻身后進(jìn)內(nèi)部縱向腹板、橫隔板與底板的焊接，焊后進(jìn)行矯正，如圖23所示。
4.6.7 橋墩支座的裝焊
橋墩支座為空間不規(guī)則結(jié)構(gòu)，類似于彎扭構(gòu)件上的牛腿，可預(yù)先進(jìn)行小合攏裝焊，組裝時(shí)需在正確模型中調(diào)出各控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行控制，裝焊合格后將其吊上組裝胎架進(jìn)行定位，定位時(shí)將端部各控制點(diǎn)分別一一對(duì)應(yīng)整體組裝胎架上的基準(zhǔn)點(diǎn)，就位合格后進(jìn)行焊接，焊接時(shí)注意焊接順序及變形的控制，如圖24所示。
5 鋼連橋的預(yù)拼裝及保證措施
5.1 區(qū)段一、區(qū)段三的拼裝
為了保證鋼連橋各分段的加工質(zhì)量，同時(shí)也能滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝的需要，在分段一、二、三；分段五、六、七整體裝焊后，將這兩組制造單元重新吊上組裝胎架進(jìn)行定位（如圖25、26所示）。定位時(shí)應(yīng)在無任何約束的自由狀態(tài)下進(jìn)行，定位合格后查看各小分段對(duì)接接口的情況（如焊縫間隙的大小及其是否一致，對(duì)接口是否存在板邊差，整體曲面是否弧順等）。
5.2 區(qū)段二的拼裝
分段四在單獨(dú)制作時(shí)，應(yīng)預(yù)留分段三及分段五的拼裝位置（即分段四制作組胎架時(shí)應(yīng)將分段三至分段五作為一個(gè)整體，其拼裝胎架既用于分段四的組裝，同時(shí)也用作區(qū)段預(yù)拼裝胎架），分段四在驗(yàn)收合格的基礎(chǔ)上，將分段三、分段五吊上拼裝胎架與分段四再進(jìn)行一次預(yù)拼裝（如圖27所示），完成循環(huán)預(yù)拼裝，確保每只分段的現(xiàn)場(chǎng)拼接接口在廠內(nèi)均進(jìn)行了一次預(yù)拼裝. 有效地控制了拱橋的制造精度，以此替代整體預(yù)拼裝，達(dá)到整體預(yù)拼裝的效果，保證了現(xiàn)場(chǎng)吊裝的一次性到位。
5.3 拼裝的保證措施
由于采用了分區(qū)段循環(huán)預(yù)拼裝的方法，為確保各區(qū)段間的接口質(zhì)量，分段三、分段五與分段四對(duì)接口均預(yù)留加工余量，另外，大接頭處縱向腹板與頂?shù)装彘g預(yù)留200mm不焊，以利修整。分段三、分段五吊上拼裝胎架時(shí)可進(jìn)行初定位，與理論定位拉開50mm，然后檢查接口情況，超差進(jìn)行修正，而后劃出接口處的余理線并切割，最后進(jìn)行分段間的終定位。
6 結(jié) 語
本文闡述了小截面月牙形
三曲鋼連橋的加工、制作、拼裝等一整套施工技術(shù)。通過合理的分段，先進(jìn)的展開、加工成形方法，科學(xué)的裝焊技術(shù)，切實(shí)可行的拼裝方案。節(jié)省了資金、減小了安全隱患、質(zhì)量可靠、保證了現(xiàn)場(chǎng)安裝的順利進(jìn)行，縮短了工期、降低了成本，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] JTJ 041-2000 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S]。
[2] TB 10212-2009 鐵路鋼橋制造規(guī)范[S]。
[3] GB50205-2001 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S]。
[4] JGJ81-2002 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程[S]。
[5] 建筑
鋼結(jié)構(gòu)施工手冊(cè)[M]。北京：中國計(jì)劃出版社，2002。
作者簡介：顧曉付（1963-），江蘇滬寧鋼機(jī)股份有限公司副總經(jīng)理，工程師，
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