弧門斜支臂制作放樣解析

楊光平

（中國葛洲壩集團機械船舶有限公司鋼結(jié)構(gòu)廠，湖北 宜昌 443007）

弧門斜支臂制作放樣解析

楊光平

（中國葛洲壩集團機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O，上下臂柱中心線OA′和 O B′，斜支臂前端板連接面中心 點 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O點的投影面△OAB可以建立斜支臂的幾何關(guān)系如圖1。

圖1中L是斜支臂的開口尺寸，H是點A′（或點B′）至△OAB平面的高，M是弧門半徑R減去弧門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)角度計算

在弧門制造施工藍圖中，長度參數(shù)M、H和L均為已知條件，為方便后文展開，特設(shè)M＝18000mm、H=2000mm、L=8000mm，將以上長度參數(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，則上臂柱中心線長度為cosθ-δ1/cosγ，將已知條件代入 d＝16399.06mm。

2.2 計算臂柱翼板中心線長度e和腹板中心線長度f

（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）計算臂柱翼板中心線長度e

圖3

由圖3中臂柱中心線長度d、上下翼板外表面中心線長度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 知上翼板中心線長度 e1＝d+h×（tanγ+tanλ1）/2，下翼板中心線長度 e2＝d-h×（tanγ+tanλ1）/2，將已知條件代入可得 e1＝16535.81mm，e2＝16262.31mm。

圖4

（3）計算臂柱腹板中心線長度f

由圖3中臂柱中心線長度d、臂柱內(nèi)外側(cè)腹板外表面中心線長度f、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度f1＝d+（b×tanλ2）/2，外側(cè)腹板外表面中心線長度 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度f1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)臂柱腹板相貫線長度為n1、翼板相貫線外表面間距為n2、翼板相貫線長度為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 計算臂柱翼板腹板相貫線長度n和m

（1）計算臂柱翼板相貫線長度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）計算臂柱腹板相貫線長度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)表面中心線長度為w1、下翼板內(nèi)表面中心線長度為w2、兩側(cè)腹板中心線間距為y（兩側(cè)n1中點長度）、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°。直腹桿腹板實際下料時可考慮扣除腹板厚度對斜支臂制作拼裝的影響，其中心線長度可按公式 y實＝x-b×cosφ2/cosλ2-δ4×tanθ進行計算。（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)表面中心線長度w1＝x-（g×tanφ1）/cosλ1-（a×cosφ2）/cosλ2，下翼板內(nèi)表面中心線長度為 w2＝x+（g×tanφ1）/cosλ1-（a×cosφ2）/cosλ2，將已知條件代入可得 w1＝1855.07mm，w2＝1914.94mm。直腹桿上翼板實際下料時可考慮扣除板厚的影響，按上翼板外表面中心線長度w1-外放樣下料，其計算公式為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度方向中心線是平行關(guān)系，其間距為L＝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

本文重點在于斜支臂的放樣應(yīng)用，對相關(guān)尺寸、角度、公式及有關(guān)原理未加過多說明。此外，需要說明的是：（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，實際上是與和褲衩后端板相平行的鋼板連接。在實際放樣時，可針對以上兩點在尺寸關(guān)系上做一些相應(yīng)的調(diào)整。

［1］楊光平.弧門斜支臂相關(guān)角度計算公式的求解［J］.機械工程師，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