淺談?wù)归_放樣在導(dǎo)管架防沉板中的應(yīng)用

陳松貴,陳陽(yáng),李繼奎,谷德虎,張治金,楊國(guó)偉

(海洋石油工程(青島)有限公司,山東 青島 266520)

導(dǎo)管架是固定于海底的鋼質(zhì)桁架結(jié)構(gòu),它主要由大量厚度不一的管材焊接組成,由于導(dǎo)管架為海洋平臺(tái)等上部結(jié)構(gòu)物的主要承力結(jié)構(gòu),因此組成導(dǎo)管架的管材通常由不同厚度的鋼板按照設(shè)計(jì)圖紙卷制成不同管徑后進(jìn)行縱縫焊接及接長(zhǎng)而成。其主管通常稱為導(dǎo)管,可以為三根呈正三角形均勻布設(shè),也可以為四根、六根、八根成矩形布設(shè),具體根據(jù)平臺(tái)上部模塊尺寸大小、重量及服役水域水深而定,以四腿和八腿形式較為常見(jiàn)。導(dǎo)管架是由豎向立柱和橫向、斜向連接管材焊接成的空間桁架結(jié)構(gòu),橫向和斜向的管材分別叫水平拉筋和斜拉筋,在導(dǎo)管架中主要起傳遞負(fù)荷及加強(qiáng)強(qiáng)度的作用。而防沉板的主要作用是保證導(dǎo)管架底部的穩(wěn)定性,增加導(dǎo)管架與海洋底部表面的接觸面積,以防止導(dǎo)管架在安裝時(shí)發(fā)生不均勻沉降或傾斜度過(guò)大,一般布置在導(dǎo)管架底部。所以防沉板是導(dǎo)管架中非常重要的構(gòu)件,但是它需要一定的支撐管來(lái)進(jìn)行固定,支撐管的放樣展開無(wú)疑是防沉板工作的首道工序,它在生產(chǎn)建造過(guò)程中起著非常重要的作用。其中正確繪制支撐管展開圖,不僅可以保證支撐管零件的質(zhì)量,同時(shí)也可以降低材料消耗、提高勞動(dòng)效率,因此熟練地掌握防沉板支撐管展開放樣的方法是鉚工必須具備的基本技能[1-3]。

1 導(dǎo)管架防沉板支撐管放樣的定義

防沉板支撐管的放樣就是將施工圖樣上立體構(gòu)件兩端與其他管材相交的相貫線展開成1∶1的平面圖形,然后將展開的平面圖形圍在支撐管兩端,將切割線畫在施工材料上,依據(jù)樣板劃出支撐拉筋與相交拉筋的相貫線,然后依據(jù)相貫線切割出所需的口型,通常稱為馬鞍口。防沉板支撐管示意圖參見(jiàn)圖1。

圖1 防沉板支撐管示意圖

2 導(dǎo)管架防沉板支撐管放樣的分類

放樣展開有多種方法,但在實(shí)際施工過(guò)程中,防沉板支撐管放樣的分類按照放樣方法來(lái)劃分常用的方法分為兩種,一種為作圖法,一種為計(jì)算法。

2.1 作圖法對(duì)支撐管的放樣

以下圖結(jié)構(gòu)形式為例,對(duì)支撐管作圖法放樣進(jìn)行分析和說(shuō)明,導(dǎo)管架防沉板支撐管結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。

令D1=450 mm;D2=360 mm;D3=200 mm;D4=580 mm;D5=760 mm;D6=120 mm;D7=180 mm;D8=380 mm;D9=740 mm;D10=740 mm;D11=380 mm;D12=180 mm;D13=740 mm;D14=360 mm;D15=450 mm;D16=140 mm;D17=160 mm;D18=360 mm;D19=580 mm。圖2 導(dǎo)管架防沉板支撐管結(jié)構(gòu)示意圖

作圖法放樣總體步驟如下:

(1)分析支撐管:由于A管和B管都是空間位置,所以視圖中支撐管C不是它的真實(shí)形狀,需要求出它的真實(shí)形狀。要想求出真實(shí)形狀需要的尺寸有節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)度,上下口與AB管段的真實(shí)夾角、上下口的扭轉(zhuǎn)角、上下口的偏心值及錯(cuò)心值。

(2)求所需尺寸及角度:要想用作圖法求支撐管的實(shí)形,需要用換面法,換面法就是空間幾何元素的位置保持不動(dòng),用新的投影面來(lái)代替舊的投影面,使新投影面的相對(duì)位置變成有利解題的位置,然后找出其在新投影面上的投影。而此圖需要進(jìn)行多次換面才可以求出實(shí)形。

(3)具體作圖步驟:

① 先將主視圖和俯視圖畫出來(lái),畫圖時(shí)可以將管段想象成一條線,求出所有尺寸之后再將管徑添加上去。

② 以AB線為基準(zhǔn)進(jìn)行第一次換面,做AB線的平行線,投影軸為X1。相對(duì)應(yīng)的新投影到新投影軸的距離等于被代替的投影到原投影軸的距離。即求出AB線的實(shí)長(zhǎng)。

③ 做AB線的垂線進(jìn)行第二次換面,投影軸為X2。作圖方法和第一次換面一樣,此處不再贅述。經(jīng)過(guò)第二次換面可以求出EF和AB的偏心值。

④ 做EF線的平行線進(jìn)行第三次換面,投影軸為X3。將AB線放倒同時(shí)求出EF線的實(shí)長(zhǎng)。又因?yàn)锳B線和EF線同為實(shí)長(zhǎng),所以它兩個(gè)的夾角為真實(shí)夾角。同時(shí)還求出了EF相對(duì)AB的錯(cuò)心值。

⑤ 做EF線的垂線進(jìn)行第四次換面,投影軸為X4。將EF線立起來(lái)求出支撐管上下口的扭轉(zhuǎn)角。

⑥ 在第二次換面所得到的圖形中,做CD線的平行線進(jìn)行第五次換面,投影軸為X5。所求出的視圖中CD線為實(shí)長(zhǎng)。

⑦ 做CD線的垂線進(jìn)行第六次換面,投影軸為X6。經(jīng)過(guò)第六次換面可以求出EF和CD的偏心值。

⑧ 做CD線的平行線進(jìn)行第七次換面,投影軸為X7。將CD線放倒同時(shí)求出EF線的實(shí)長(zhǎng)。又因?yàn)镃D線和EF線同為實(shí)長(zhǎng),所以它兩個(gè)的夾角為真實(shí)夾角。同時(shí)還求出了CD相對(duì)AB的錯(cuò)心值。

通過(guò)以上步驟,可以將所需的長(zhǎng)度、角度等數(shù)據(jù)一一展現(xiàn)出來(lái),導(dǎo)管架防沉板支撐管作圖法展開示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 導(dǎo)管架防沉板支撐管作圖法展開示意圖

2.2 計(jì)算法對(duì)支撐管的放樣

本文講的計(jì)算法采用的是向量法,在幾何上向量用有向線段來(lái)表示,有向線段長(zhǎng)度表示向量的大小,有向線段的方向表示向量的方向,導(dǎo)管架防沉板支撐管計(jì)算法示意圖見(jiàn)圖4。仍然以圖2中導(dǎo)管架防沉板支撐管結(jié)構(gòu)形式為例,采用計(jì)算法進(jìn)行放樣,具體步驟如下:

圖4 導(dǎo)管架防沉板支撐管計(jì)算法示意圖

1)根據(jù)尺寸建立坐標(biāo)系并寫出各點(diǎn)坐標(biāo):

寫出各點(diǎn)的坐標(biāo):A(450;580;760)B(0;740;0)C(180;0;200)D(740;380;0)E(360;600;580)F(380;160;120)。

求出各線段的向量AB(-450;160;-760)CD(560;380;-200)EF(20;-440;-460)。

2)計(jì)算所需尺寸:

AB與EF的真實(shí)夾角:

(1)

AB與EF的真實(shí)夾角:

(2)

EF的節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)度:

(3)

求AB與EF和CD與EF的法向量:

法向量的求法有好幾種,“十字交叉法”就是把兩個(gè)向量的第一列數(shù)分別挪到兩個(gè)數(shù)列最后的數(shù),然后交叉相乘,再相減。

AB與EF的法向量為:

(4)

CD與EF的法向量為:

=(-262 800;253 600;-254 000)=(-2 628;2 536;-2 540)

(5)

EF上下口的扭轉(zhuǎn)角:

(6)

扭轉(zhuǎn)弧長(zhǎng):

L=(114×π/360)×89.64=89.177

(7)

求AB與EF和CD與EF的偏心值Z:

AB和EF的偏心值:

BE(360;-140;580)

(8)

CD和EF的偏心值:

CF(200;160;-80)

(9)

求AB與EF和CD與EF的錯(cuò)心值S:

AB和EF的錯(cuò)心值,要先求出AB與ā的法向量:

=(-1 377 040;3 977 400;1 652 700)

(10)

sin61.79°=-23.59

(11)

CD和EF的錯(cuò)心值,要先求出CD與ē的法向量:

2 628);(-2 628×380-560×2 536)] =(458 000;-1 948 000;

-2 418 800)

(12)

(13)

3 根據(jù)放樣結(jié)果展開繪圖

通過(guò)兩種方法均可得到繪制支撐管端部口型樣板所需的具體數(shù)據(jù),根據(jù)數(shù)據(jù)便可快速得完成樣板圖的繪制,主要步驟如下:

1)根據(jù)上面作圖法或計(jì)算法求出的桿件參數(shù),畫出1:1的放樣圖。

2)求出相貫線,相貫線應(yīng)考慮皮厚,按照內(nèi)皮去求相貫線。

3)畫C管兩個(gè)端頭的展開圖,展開圖總長(zhǎng)度應(yīng)按照外皮展開,導(dǎo)管架防沉板支撐管展開圖見(jiàn)圖5。

圖5 導(dǎo)管架防沉板支撐管展開圖

4)判斷扭轉(zhuǎn)方向,以管材的任一端180點(diǎn)位置判斷另一端在180點(diǎn)位置。

5)根據(jù)扭轉(zhuǎn)弧長(zhǎng)和扭轉(zhuǎn)方向?qū)影搴嫌　?/p>

導(dǎo)管架防沉板支撐管展開樣板圖見(jiàn)圖6。

圖6 導(dǎo)管架防沉板支撐管展開樣板圖

4 總結(jié)

管材的展開放樣是導(dǎo)管架下料的基礎(chǔ),也是十分重要的工序。作圖法和計(jì)算法展開放樣相比較的話,作圖法步驟相對(duì)來(lái)說(shuō)操作不夠方便,但較為直觀,過(guò)程中有錯(cuò)誤能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn),而計(jì)算法相對(duì)來(lái)說(shuō)速度更快,但需要較高的計(jì)算基礎(chǔ),而且其中一步出現(xiàn)錯(cuò)誤就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)果出錯(cuò)。總的來(lái)說(shuō)作圖法和計(jì)算法相比各有優(yōu)缺點(diǎn),但隨著現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的普遍使用,計(jì)算法可以更加容易與程序和軟件相結(jié)合,變成計(jì)算機(jī)語(yǔ)言,使放樣過(guò)程中復(fù)雜的、多位數(shù)的計(jì)算工作能夠快速準(zhǔn)確的完成。