浅谈散装钢管桁架结构车间加工工艺

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1桁架放样

屋面桁架为空间双面弯曲构件，为了能使放样图能准确指导车间组装，需要在放样前确定桁架制作方案，根据方案的制作思路进行桁架放样。本工程的构件放样为:根据桁架的空间弯曲情况，将桁架分为上下弦杆分别进行加工，再对每根杆件进行基准平面的确定，并确定方便控制每个杆件定位的坐标系。

分别对每个杆件进行俯视图及正立面图的绘制，在其上标注出每个节点在新建的坐标系中的尺寸。以1榀桁架为例，首先将上弦杆分离出来单独放样。x轴为主管2端圆心之间连线。y轴方向向下为正。桁架俯视图为xy平面，正立面图为xz平面。1)主管一端面圆心为坐标原点。2)分别绘出xy平面及xz平面的视图，并标注出节点对于原点的坐标值。3)依此便可以将主管上各节点准确定位。4)然后对各个节点的支管接头及节点板分别绘出在xy平面与xy平面内的视图，同样标注出相对于此节点的尺寸关系.5)根据以上各个尺寸关系即可确定各杆件的定位关系。最后绘出各个零件的大样图。6)对于各个杆件的定位关系，也可以用相对于新建坐标原点的坐标值表示。

2车间下料

制作人员按照深化设计图所示尺寸进行切割。大部分桁架结构中的杆件均在节点处采用焊接连接，而在焊接之前，需预先按将要焊接的各杆件焊缝形状进行腹杆及弦杆的下料切割，这就需要对腹杆端头进行相贯线切割及弦杆的开槽切割。由于桁架结构中各杆件与杆件之间是以相贯线型式相交，杆件端头断面形状比较复杂，因此在实际切割加工中一般采用机械自动切割加工和人工手工切割加工2种方法进行加工。当采用手工切割时需要预先进行1∶1放实样，用模板或样杆按实际相交的角度及相贯线放出实际的断面形状，然后再根据此断面形状进行加工。利用数控相贯线切割机进行机械自动切割，深化设计人员需提供相关数据，(如不同平面内管的相互关系，即夹角)，便于工程技术人员首先对工程图纸进行消化，计算出各杆件相贯线形状的各个参数，例如:各杆件管心间中心距，距母线偏转角，相贯斜角角度，杆件坡口角度值，两杆件偏心交贯时的相贯偏心距离，杆件开槽的槽口大小、位置等参数，然后将这些参数值输入计算机中，由计算机生成机床可识别的加工代码后进行机械切割。

3胎架制作

一般工程中的桁架类型比较多，制作比较复杂，构件必须在胎架上制作，且桁架弯曲度、弯曲方向多变，故必须制作多片胎架，才能满足施工安装制作要求。胎架使用槽钢或角钢做竖向支撑，间距不宜过大，其根部与地上预埋铁焊接牢固;采用8～12mm厚，100～150mm宽钢板条做横向支撑，板条宽度不宜过小，以免受力后下挠，造成胎架上构件下沉，定位不准。胎架用水准仪测量，保证钢板条上表面水平，然后将钢板条与竖向支撑焊接牢固，最好竖向支撑之间用角钢或其他型钢焊接牢固，形成整体，不致整体失稳。水平胎架制作完成后，在计算机内将桁架模拟放置于胎架上，计算出桁架与胎架交点处的Y值，即高差，得出胎架与桁架相交或偏离的高差值，若桁架高出胎架，则在胎架上补焊铁块等，补足高度;若桁架低于胎架，则在此处割除部分胎架，使胎架在桁架致于其上时与之完全吻合。以上是桁架主管有三维弯曲的做法，若桁架主管只是平面内弯曲或直的话，则简单的多。当然，桁架主管放置于胎架上之前，还应在地面放线，放出主管起始点、各个节点及与胎架横向支撑相交点的平面(xz平面)位置，再用线锤引至胎架和已经放置好的桁架主管上，然后进行下一步，桁架节点管的定位和焊接工作。

4桁架组立

4．1桁架弦杆组立

1)将冷弯好的桁架弦杆用吊车吊至胎架上，弦杆的底部与胎架上的水平定位铁条贴紧，弦杆的侧面与垂直定位铁条贴紧。

2)利用水准仪和线锤对弦杆轴线和牛腿管轴线的交点进行三维坐标测量。由于交点在弦杆内部比较难测量，可以通过控制交点在弦杆上表面的垂直投影点的三维坐标来调整弦杆位置。投影点的x，z坐标可以利用线锤与从胎架平面原点引出的交点x，z坐标来确定;投影点的y坐标可以利用水准仪直接测量。如果投影点的测量数据和三维模型数据不符，需要调整弦杆的位置，直到测量数据和三维模型数据吻合为止。依次完成弦杆上的其他轴线交点位置的调整，最后将弦杆与胎架点焊定位。

4．2牛腿管组立

依据设计图上牛腿管的端部圆心、牛腿管的轴线和弦杆上的轴线交点在同一平面内这一条件，利用牛腿管端部圆心和轴线夹角来定位牛腿管。

4．2．1牛腿管端部圆心

牛腿管端部的中心点与弦杆上的交点一样在钢管内部，无法直接测量控制其位置，可以采用在牛腿管端部直径方向上点焊一根辅助铁条，取其中点作为牛腿管端部圆心进行测量定位。具体测量方法参考上文提到的弦杆上投影点的测量方法.

4．2．2轴线夹角

同理牛腿管的轴线与胎架基准平面的夹角无法直接测量，需将其轴线在垂直方向投影到牛腿管的上表面，利用角尺等工具测量其投影线与胎架基准平面的夹角，此夹角数值与牛腿管的轴线与胎架基准平面的夹角相同。然后依据三维模型上的夹角标准值来调整牛腿管位置。牛腿管定位完成后与弦杆点焊定位。

4．3牛腿耳板组立

4．3．1牛腿管开槽

由于牛腿管在数控相贯线切割工序没有加工出牛腿管的槽孔，故牛腿耳板组立前需要对牛腿管进行开槽处理。依据设计图牛腿耳板的定位位置可知:牛腿管上耳板的开槽孔位只需要找出牛腿管的基准线即可。首先根据牛腿管端面圆心的坐标，利用角尺找出牛腿管端面上的象限点;其次由于牛腿管垂直于弦杆，在弦杆上用角尺找出牛腿管的与弦杆相交的端点。两点一线就定出了我们需要的基准线，这样就可以利用火焰割出需要的牛腿耳板槽孔。

4．3．2牛腿耳板定位

1)牛腿耳板粗定位

依据设计蓝图上牛腿耳板与牛腿管、弦杆轴线的定位尺寸，利用角尺和直尺在牛腿管、弦杆上分别做出耳板的定位线，完成牛腿耳板的粗定位。

2)牛腿耳板精确定位

利用牛腿耳板上的拉杆中心孔的三坐标位置来对牛腿耳板进行精确定位。拉杆中心孔的测量方法与牛腿管端面圆心的相同，将测量数据和三维模型数据比对，以此来调整牛腿耳板的位置，就可以实现精确定位。最后定位好后将牛腿耳板点焊固定。

5桁架焊接

在组立好的管桁架上，采用一定的焊接变化控制措施，将管桁架及其耳板支座板焊接形成整体。

6结语

近年来，一些大型的场馆结构的外形均采用了三维异性的外部形状，虽然这些结构外形给人感官上以震撼，但是却给结构加工安装带来了不小的难度。本文结合一些大型的三维异性刚管桁架结构的散装分段加工方法，通过对车间加工的每个工艺环节的的总结提高，经过一批工程的加工实践，证明了本工艺对于此类工程是切实可行的，并且取得了良好的效果，为今后此类工程的加工提供了可靠的保障。

作者:张伟 王慧文 单位:常州第一建筑集团有限公司