弧門(mén)斜支臂制作放樣解析

楊光平

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)機(jī)械船舶有限公司鋼結(jié)構(gòu)廠，湖北 宜昌 443007）

弧門(mén)斜支臂制作放樣解析

楊光平

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)機(jī)械船舶有限公司鋼結(jié)構(gòu)廠，湖北 宜昌 443007）

翼板外表面中心線與臂柱中心線的距離是臂柱沿其中心線旋轉(zhuǎn)β角后在地上的水平投影距離，根據(jù)計(jì)算公式及已知條件可得出具體數(shù)值。

角度；臂柱；前端板；褲衩后端板；直腹桿

1 斜支臂相關(guān)角度及長(zhǎng)度參數(shù)

1.1 建立斜支臂的幾何關(guān)系圖

圖1 建立斜支臂的幾何關(guān)系

由斜支臂回轉(zhuǎn)中心點(diǎn)O，上下臂柱中心線OA′和 O B′，斜支臂前端板連接面中心 點(diǎn) A′和B′，上下臂柱夾角的角平分線 OD′構(gòu)成的△O A′B′三角形平面與其過(guò)O點(diǎn)的投影面△OAB可以建立斜支臂的幾何關(guān)系如圖1。

圖1中L是斜支臂的開(kāi)口尺寸，H是點(diǎn)A′（或點(diǎn)B′）至△OAB平面的高，M是弧門(mén)半徑R減去弧門(mén)主橫梁后翼板連接面（與斜支臂前端板連接的平面）至面板迎水面的距離后的尺寸，θ是上下臂柱之間夾角的一半，α是斜支臂的水平偏斜角度，γ是臂柱的水平偏斜角度。此外，除圖1中所示基本尺寸和角度外，在此基礎(chǔ)上衍生出的角度還有臂柱旋轉(zhuǎn)角β，臂柱腹板扭角φ1，臂柱翼板扭角φ2，臂柱腹板偏擺角λ1和臂柱翼板偏擺角λ2。

1.2 斜支臂的相關(guān)角度計(jì)算

在弧門(mén)制造施工藍(lán)圖中，長(zhǎng)度參數(shù)M、H和L均為已知條件，為方便后文展開(kāi)，特設(shè)M＝18000mm、H=2000mm、L=8000mm，將以上長(zhǎng)度參數(shù)代入下列角度公式可得：

2 斜支臂臂柱翼板、腹板放樣

2.1 計(jì)算斜支臂臂柱中心線尺寸d

本文以箱型結(jié)構(gòu)的斜支臂臂柱為例，將圖1中△O A′B′三角形平面取出，并附上斜支臂前端板、上下臂柱、直腹桿、褲衩后端板等實(shí)體，以斜支臂靠閘室中心一側(cè)翼板朝上水平放置，將已知條件代入可建立斜支臂的拼裝大樣如圖2。

圖2 斜支臂拼裝大樣圖

設(shè)支鉸回轉(zhuǎn)中心至支臂后端板連接面距離為c＝1600mm，支臂后端板厚度為δ2＝40mm，支臂前端板厚度為δ1＝30mm，則上臂柱中心線長(zhǎng)度為cosθ-δ1/cosγ，將已知條件代入 d＝16399.06mm。

2.2 計(jì)算臂柱翼板中心線長(zhǎng)度e和腹板中心線長(zhǎng)度f(wàn)

（1）建立斜支臂臂柱幾何關(guān)系圖

將圖2中斜支臂上臂柱取出，并設(shè)臂柱翼板厚度為δ3＝20mm、翼板寬度為a＝600mm、內(nèi)外側(cè)腹板外表面間距為b＝500mm、斷面高度為h＝1200mm、腹板寬度為g=h-2δ3=1160mm，將其他已知條件代入可建立上臂柱三視圖（如圖3）。

（2）計(jì)算臂柱翼板中心線長(zhǎng)度e

圖3

由圖3中臂柱中心線長(zhǎng)度d、上下翼板外表面中心線長(zhǎng)度e臂柱前后管口垂直方向中心線，以及臂柱水平偏斜角γ和臂柱腹板偏擺角λ1，將已知條件代入可建立幾何關(guān)系圖4。

由圖 4 知上翼板中心線長(zhǎng)度 e1＝d+h×（tanγ+tanλ1）/2，下翼板中心線長(zhǎng)度 e2＝d-h×（tanγ+tanλ1）/2，將已知條件代入可得 e1＝16535.81mm，e2＝16262.31mm。

圖4

（3）計(jì)算臂柱腹板中心線長(zhǎng)度f(wàn)

由圖3中臂柱中心線長(zhǎng)度d、臂柱內(nèi)外側(cè)腹板外表面中心線長(zhǎng)度f(wàn)、臂柱前后管口水平方向中心線，以及臂柱翼板偏擺角λ2，將已知條件代入可建立幾何關(guān)系圖如圖5。

圖5

由圖5可知內(nèi)側(cè)腹板外表面中心線長(zhǎng)度f(wàn)1＝d+（b×tanλ2）/2，外側(cè)腹板外表面中心線長(zhǎng)度 f2＝d-（b×tanλ2）/2，將已知條件代入 f1＝16455.66mm，f2＝16342.46mm。

2.3 斜支臂臂柱翼板和腹板放樣

（1）臂柱上、下翼板放樣

由臂柱上、下翼板中心線長(zhǎng)度e1和e2，臂柱水平偏斜角γ，腹板偏擺角λ1，翼板偏擺角λ2，以及翼板寬度a，將已知條件代入可繪制上、下翼板圖6和圖7。

圖6 臂柱上翼板圖

（2）臂柱內(nèi)、外側(cè)腹板放樣

圖7 臂柱下翼板圖

由臂柱內(nèi)、外側(cè)腹板外表面中心線長(zhǎng)度f(wàn)1和f2，臂柱水平偏斜角γ，腹板偏擺角λ1，翼板偏擺角λ2，以及腹板寬度g，將已知條件代入可繪制內(nèi)外側(cè)腹板圖8和圖9。

圖8 外側(cè)腹板圖

圖9 內(nèi)側(cè)腹板圖

3 斜支臂褲衩后端板放樣

3.1 建立斜支臂褲衩后端板大樣圖

由圖2中取出斜支臂褲衩后端板，在后端板上保留臂柱的相貫線。為方便后端板放樣，設(shè)臂柱腹板相貫線長(zhǎng)度為n1、翼板相貫線外表面間距為n2、翼板相貫線長(zhǎng)度為m1、腹板相貫線外表面間距為m2，將已知條件代入可建立褲衩后端板大樣圖10。

圖10 斜支臂褲衩后端板大樣圖

3.2 計(jì)算臂柱翼板腹板相貫線長(zhǎng)度n和m

（1）計(jì)算臂柱翼板相貫線長(zhǎng)度m1和腹板相貫線外表面間距m2，由圖6、7和圖10可知臂柱翼板相貫線長(zhǎng)度m1＝a/cosλ2，腹板相貫線外表面間距 m2＝b/cosλ2，將已知條件代入 m1＝615.19mm，m2＝512.65mm。

（2）計(jì)算臂柱腹板相貫線長(zhǎng)度n1和翼板相貫線外表面間距n2。由圖8、9和圖10可知臂柱腹板相貫線長(zhǎng)度n1＝g/cosλ1，翼板相貫線外表面間距 n2＝h/cosλ1，將已知條件代入 n1＝1160.02mm，n2＝1200.02mm。

4 斜支臂直腹桿放樣

4.1 建立斜支臂直腹桿幾何關(guān)系圖

過(guò)圖2中直腹桿中心線取截面I-I，并設(shè)臂柱中心間距為x、上翼板內(nèi)表面中心線長(zhǎng)度為w1、下翼板內(nèi)表面中心線長(zhǎng)度為w2、兩側(cè)腹板中心線間距為y（兩側(cè)n1中點(diǎn)長(zhǎng)度）、腹板厚為δ4、翼板厚為δ5，將已知條件代入可建立直腹桿幾何關(guān)系圖11。

圖11 斜支臂直腹桿大樣圖

4.2 斜支臂直腹桿腹板放樣

由圖11中取出直腹桿腹板，并設(shè)直腹桿腹板上部邊角為μ1、直腹桿腹板下部邊為μ2及臂柱中心間距x=2500mm，將已知條件代入可繪制直腹桿腹板圖12。

圖12 直腹桿腹板大樣圖

由圖11和圖12可知，直腹桿腹板中心線長(zhǎng)度y＝xb×cosφ2/cosλ2、上部邊角 μ1=90°＋（φ1－φ2）、下部邊角 μ2=90°－（φ1－φ2），將已知條件代入可得 y＝1987.50mm、μ1=90.07208266°，μ2=89.92791734°。直腹桿腹板實(shí)際下料時(shí)可考慮扣除腹板厚度對(duì)斜支臂制作拼裝的影響，其中心線長(zhǎng)度可按公式 y實(shí)＝x-b×cosφ2/cosλ2-δ4×tanθ進(jìn)行計(jì)算。（注：直腹桿腹板上、下部邊角μ1和μ2分別為臂柱上下翼板相貫線與腹板相貫線的夾角）

4.3 斜支臂直腹桿翼板放樣

由圖11中取出直腹桿翼板，將已知條件代入可繪制直腹桿翼板圖13。由圖11和圖12可知,上翼板內(nèi)表面中心線長(zhǎng)度w1＝x-（g×tanφ1）/cosλ1-（a×cosφ2）/cosλ2，下翼板內(nèi)表面中心線長(zhǎng)度為 w2＝x+（g×tanφ1）/cosλ1-（a×cosφ2）/cosλ2，將已知條件代入可得 w1＝1855.07mm，w2＝1914.94mm。直腹桿上翼板實(shí)際下料時(shí)可考慮扣除板厚的影響，按上翼板外表面中心線長(zhǎng)度w1-外放樣下料，其計(jì)算公式為w1-外＝x－（g×tanφ1）/cosλ1-（a×cosφ2）/cosλ2－2×δ5tanφ1。

圖13 斜支臂直腹桿翼板大樣圖

5 斜支臂拼裝放地樣

由圖2中取出斜支臂臂柱的中心線、臂柱上下翼板外表面的中心線、斜支臂前端板連接面的中心線、上下臂柱的角平分線、斜支臂褲衩后端板輪廓線，將已知條件代入可建立斜支臂拼裝地樣幾何關(guān)系圖14。

圖14 斜支臂地樣圖

在斜支臂地樣圖14中，斜支臂上下兩塊前端板長(zhǎng)度方向中心線是平行關(guān)系，其間距為L(zhǎng)＝8000mm。前端板寬度方向中心線與臂柱中心線是90°垂直關(guān)系，臂柱中心線長(zhǎng)度由圖 1幾何關(guān)系可知 OA′=O B′=18110.77028mm。翼板外表面中心線與臂柱中心線的距離如圖所示設(shè)為t，是臂柱沿其中心線旋轉(zhuǎn)β角后在地上的水平投影距離，其計(jì)算公式為t=h sinβ/2，將已知條件代入上式可得t=15.09702712mm。

6 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)在于斜支臂的放樣應(yīng)用，對(duì)相關(guān)尺寸、角度、公式及有關(guān)原理未加過(guò)多說(shuō)明。此外，需要說(shuō)明的是：（1）褲衩部位的結(jié)構(gòu)有在翼板外側(cè)貼夾板的，但目前更多的是采用夾板與翼板對(duì)接的結(jié)構(gòu)形式，將褲衩部位上下臂柱的翼板換成了整體的夾板；（2）臂柱內(nèi)側(cè)腹板因褲衩結(jié)構(gòu)狹窄，實(shí)際上是與和褲衩后端板相平行的鋼板連接。在實(shí)際放樣時(shí)，可針對(duì)以上兩點(diǎn)在尺寸關(guān)系上做一些相應(yīng)的調(diào)整。

［1］楊光平.弧門(mén)斜支臂相關(guān)角度計(jì)算公式的求解［J］.機(jī)械工程師，2012（9）：122-124.

（編輯 立 明）

TV66

B

1002-2333（2013）09-0198-03

楊光平（1962-），男，工程師，從事水工鋼結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)件制造工作。

2013-05-16