異型地圓天方轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)展開(kāi)過(guò)程詳解及擴(kuò)展

楊寶 白亞洲 張澤珊 陳宏

中建鋼構(gòu)四川有限公司 四川成都 620564

1 節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)介

某超高層外框巨柱在某標(biāo)高做地圓天方轉(zhuǎn)換，下部為直徑2．8m的圓柱，上部為2．4m的方柱。設(shè)計(jì)高度4m，板厚為70mm。

2 各種展開(kāi)方法的對(duì)比

2.1 常規(guī)造型

圓方節(jié)點(diǎn)由四個(gè)三角形和四個(gè)錐面組成。錐面的放射線在方口端交于一點(diǎn)。

圖1 3D模型

圖2 展開(kāi)圖

加工時(shí)壓制線都在方口端交點(diǎn)擠壓，板越厚擠壓空間越小越難加工，成型難保障，交點(diǎn)積壓處易產(chǎn)生“皺褶”、撕裂等缺陷。

可用在交點(diǎn)處開(kāi)口成型后把擠壓一起的結(jié)合縫全熔透焊接的辦法。缺點(diǎn)是開(kāi)口大小及成型效果不能預(yù)判。板越厚開(kāi)口越大，開(kāi)口小了又不好壓制，要邊壓邊修正。若縮小比例降低板厚來(lái)試壓，調(diào)好缺口大小再用于實(shí)際中厚板材，但需多次調(diào)試?yán)速M(fèi)人力，物力，財(cái)力。且每個(gè)工程圓方轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)的尺寸均不同，故每次展開(kāi)都是一次新的過(guò)程[1]。就算成型效果可以，還需要對(duì)此處結(jié)合縫做相應(yīng)的焊接工藝，把缺口補(bǔ)焊好。

圖3 開(kāi)口對(duì)比圖

圖4 效果圖

2.2 逆作展開(kāi)法（描圖法）

依設(shè)計(jì)圖畫(huà)3D模型后拆解成“豆腐塊”，按序排列整齊得到展開(kāi)圖。有效控制分段間距，達(dá)到以直代弧最佳效果，使誤差最小。

（1）展開(kāi)思路：考慮壓制可行和對(duì)接件方口端四個(gè)角點(diǎn)無(wú)偏差。可采用以下地圓天方展開(kāi)方法。

圖5 3D模型

圖6 整體展開(kāi)圖

（2）展開(kāi)過(guò)程詳解。

①畫(huà)3D模型。依設(shè)計(jì)要求，初定加工方案后畫(huà)出3D模型，查看成型效果發(fā)給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師確認(rèn)。

②根據(jù)加工可行性確定壓彎線方向。用大型油壓機(jī)將鋼板折彎成型滿足工藝需要，以三角形斜邊方向?yàn)閴褐凭€方向。

③展開(kāi)。先進(jìn)行板厚處理：方口以內(nèi)徑尺寸，圓口以中徑尺寸重畫(huà)圓方節(jié)點(diǎn)。板料在彎曲過(guò)程中外層受拉內(nèi)層壓,中徑層在彎曲過(guò)程中保持不變,所以中徑層是計(jì)算彎曲件展開(kāi)長(zhǎng)度的基準(zhǔn)。把錐面化整為零進(jìn)行拆解。依經(jīng)驗(yàn)分塊距離控制在100mm內(nèi)，可使弦長(zhǎng)無(wú)限接近于弧長(zhǎng)，達(dá)到以直代弧的效果[2]。

a．計(jì)算圓的展開(kāi)長(zhǎng)度確定等分?jǐn)?shù)量：圓按中徑計(jì)算周長(zhǎng)（展開(kāi)長(zhǎng)度）為（2800-70）×π=8576．55mm。等分?jǐn)?shù)量按每份在100mm內(nèi)考慮，取88等份，每份長(zhǎng)度為8576．55mm/88=97．46mm。

b．弦長(zhǎng)，弧長(zhǎng)對(duì)比：弧長(zhǎng)取97．46mm時(shí)，弦長(zhǎng)為97．44mm，弦高為0．87mm。弧長(zhǎng)與弦長(zhǎng)只相差0．02mm。滿足以直代弧要求。

c．確定壓制線方向及工廠焊接位置：觀察3D模型，考慮加工及成型效果，以三角形的斜邊為壓制線方向，所有的壓制線都和三角形斜邊平行，錐面的最中間為工廠對(duì)接焊縫位置，即方口端角點(diǎn)位置。

d．錐面拆解形成展開(kāi)圖：

圖7 拆解對(duì)比圖

圖8 1/8展開(kāi)圖

以1/8圓為例，分11等份在每等份點(diǎn)做三角形斜邊復(fù)制線做1/8拆解。將拆解的塊按順序攤平排列整齊，即為1/8展開(kāi)圖。

（3）第1種和第3種展開(kāi)：

圖9 錐面中間最大偏差值為99mm

（4）逆作展開(kāi)法做法優(yōu)勢(shì)。先畫(huà)成型圖，設(shè)計(jì)師確認(rèn)后再加工，可減少中間環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)單幾步即可完成展開(kāi)。

優(yōu)點(diǎn)：精度較高；成型后無(wú)多余焊縫；上下柱對(duì)接無(wú)錯(cuò)邊，無(wú)需相應(yīng)焊接工藝；無(wú)需試壓可一次成型；適合特厚板加工[3]。

3 逆作展開(kāi)法思路擴(kuò)展

3.1 端口扭轉(zhuǎn)90°的長(zhǎng)圓管圓臺(tái)

此節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)圓尺寸為5000m，圓直徑為2000m，高4000m，板厚70mm。

圖10 俯視圖

圖11 3D模型

圖12 整體展開(kāi)圖

（1）展開(kāi)過(guò)程詳解。

①畫(huà)3D模型確定壓彎線方向：依設(shè)計(jì)圖畫(huà)3D模型，查看成型效果。

根據(jù)加工可行性確定壓彎線方向，同理以三角形的斜邊方向?yàn)閴褐凭€方向。

②展開(kāi)：觀察3D模型，此節(jié)點(diǎn)是由4個(gè)相同的三角形和4個(gè)相同的圓弧曲面組成，主要是把圓弧曲面化整為零，拆解成“豆腐塊”。

a．計(jì)算圓展開(kāi)長(zhǎng)度確定等分?jǐn)?shù)量：圓按中徑計(jì)算周長(zhǎng)為（2000-70）×π=6063．27mm。按每份在100mm內(nèi)考慮取64等份，每份長(zhǎng)度為 6063．27mm/64=94．74mm。

b．弦長(zhǎng)，弧長(zhǎng)對(duì)比：弧長(zhǎng)取94．74mm時(shí)弦長(zhǎng)94．70mm，弦高1mm，兩者相差0．04mm。滿足以直代弧要求。

c．確定壓制線方向：考慮加工能力，以三角形斜邊為壓制線方向，所有的壓制線都和三角形斜邊平行。

d．確定組裝時(shí)工廠焊接位置：觀察3D模型結(jié)合加，以三角形的斜邊為壓制線方向，以三角形的中間為工廠對(duì)接位置，確保焊縫數(shù)量控制在4條。

e．圓弧曲面拆解成“豆腐塊”：把1/4圓弧曲面分16等份，在每等份點(diǎn)做三角形斜邊的復(fù)制線，做1/4拆解。

圖13 拆解對(duì)比圖

圖14 1/4展開(kāi)圖

將上步驟拆解的“豆腐塊”按順序在平面中攤平排列整齊，即為四分之一展開(kāi)圖。

4 結(jié)語(yǔ)

在工程實(shí)例中，如圓-長(zhǎng)圓過(guò)渡管(任意角度)；異徑Y(jié)型三通管；四分之斜圓錐分料管等都可以采用先畫(huà)出3D模型，再反推拆分成“豆腐塊”的做法。即可保證展開(kāi)圖形的準(zhǔn)確性，又可減少材料損耗及誤差。