陈松贵,陈阳,李继奎,谷德虎,张治金,杨国伟

(海洋石油工程(青岛)有限公司,山东 青岛 266520)

导管架是固定于海底的钢质桁架结构,它主要由大量厚度不一的管材焊接组成,由于导管架为海洋平台等上部结构物的主要承力结构,因此组成导管架的管材通常由不同厚度的钢板按照设计图纸卷制成不同管径后进行纵缝焊接及接长而成。其主管通常称为导管,可以为三根呈正三角形均匀布设,也可以为四根、六根、八根成矩形布设,具体根据平台上部模块尺寸大小、重量及服役水域水深而定,以四腿和八腿形式较为常见。导管架是由竖向立柱和横向、斜向连接管材焊接成的空间桁架结构,横向和斜向的管材分别叫水平拉筋和斜拉筋,在导管架中主要起传递负荷及加强强度的作用。而防沉板的主要作用是保证导管架底部的稳定性,增加导管架与海洋底部表面的接触面积,以防止导管架在安装时发生不均匀沉降或倾斜度过大,一般布置在导管架底部。所以防沉板是导管架中非常重要的构件,但是它需要一定的支撑管来进行固定,支撑管的放样展开无疑是防沉板工作的首道工序,它在生产建造过程中起着非常重要的作用。其中正确绘制支撑管展开图,不仅可以保证支撑管零件的质量,同时也可以降低材料消耗、提高劳动效率,因此熟练地掌握防沉板支撑管展开放样的方法是铆工必须具备的基本技能[1-3]。

1 导管架防沉板支撑管放样的定义

防沉板支撑管的放样就是将施工图样上立体构件两端与其他管材相交的相贯线展开成1∶1的平面图形,然后将展开的平面图形围在支撑管两端,将切割线画在施工材料上,依据样板划出支撑拉筋与相交拉筋的相贯线,然后依据相贯线切割出所需的口型,通常称为马鞍口。防沉板支撑管示意图参见图1。

图1 防沉板支撑管示意图

2 导管架防沉板支撑管放样的分类

放样展开有多种方法,但在实际施工过程中,防沉板支撑管放样的分类按照放样方法来划分常用的方法分为两种,一种为作图法,一种为计算法。

2.1 作图法对支撑管的放样

以下图结构形式为例,对支撑管作图法放样进行分析和说明,导管架防沉板支撑管结构示意图见图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。图2 导管架防沉板支撑管结构示意图

作图法放样总体步骤如下:

(1)分析支撑管:由于A管和B管都是空间位置,所以视图中支撑管C不是它的真实形状,需要求出它的真实形状。要想求出真实形状需要的尺寸有节点长度,上下口与AB管段的真实夹角、上下口的扭转角、上下口的偏心值及错心值。

(2)求所需尺寸及角度:要想用作图法求支撑管的实形,需要用换面法,换面法就是空间几何元素的位置保持不动,用新的投影面来代替旧的投影面,使新投影面的相对位置变成有利解题的位置,然后找出其在新投影面上的投影。而此图需要进行多次换面才可以求出实形。

(3)具体作图步骤:

① 先将主视图和俯视图画出来,画图时可以将管段想象成一条线,求出所有尺寸之后再将管径添加上去。

② 以AB线为基准进行第一次换面,做AB线的平行线,投影轴为X1。相对应的新投影到新投影轴的距离等于被代替的投影到原投影轴的距离。即求出AB线的实长。

③ 做AB线的垂线进行第二次换面,投影轴为X2。作图方法和第一次换面一样,此处不再赘述。经过第二次换面可以求出EF和AB的偏心值。

④ 做EF线的平行线进行第三次换面,投影轴为X3。将AB线放倒同时求出EF线的实长。又因为AB线和EF线同为实长,所以它两个的夹角为真实夹角。同时还求出了EF相对AB的错心值。

⑤ 做EF线的垂线进行第四次换面,投影轴为X4。将EF线立起来求出支撑管上下口的扭转角。

⑥ 在第二次换面所得到的图形中,做CD线的平行线进行第五次换面,投影轴为X5。所求出的视图中CD线为实长。

⑦ 做CD线的垂线进行第六次换面,投影轴为X6。经过第六次换面可以求出EF和CD的偏心值。

⑧ 做CD线的平行线进行第七次换面,投影轴为X7。将CD线放倒同时求出EF线的实长。又因为CD线和EF线同为实长,所以它两个的夹角为真实夹角。同时还求出了CD相对AB的错心值。

通过以上步骤,可以将所需的长度、角度等数据一一展现出来,导管架防沉板支撑管作图法展开示意图见图3。

图3 导管架防沉板支撑管作图法展开示意图

2.2 计算法对支撑管的放样

本文讲的计算法采用的是向量法,在几何上向量用有向线段来表示,有向线段长度表示向量的大小,有向线段的方向表示向量的方向,导管架防沉板支撑管计算法示意图见图4。仍然以图2中导管架防沉板支撑管结构形式为例,采用计算法进行放样,具体步骤如下:

图4 导管架防沉板支撑管计算法示意图

1)根据尺寸建立坐标系并写出各点坐标:

写出各点的坐标:A(450;580;760)B(0;740;0)C(180;0;200)D(740;380;0)E(360;600;580)F(380;160;120)。

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

2)计算所需尺寸:

AB与EF的真实夹角:

(1)

AB与EF的真实夹角:

(2)

EF的节点长度:

(3)

求AB与EF和CD与EF的法向量:

法向量的求法有好几种,“十字交叉法”就是把两个向量的第一列数分别挪到两个数列最后的数,然后交叉相乘,再相减。

AB与EF的法向量为:

(4)

CD与EF的法向量为:

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

(5)

EF上下口的扭转角:

(6)

扭转弧长:

L=(114×π/360)×89.64=89.177

(7)

求AB与EF和CD与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与EF和CD与EF的错心值S:

AB和EF的错心值,要先求出AB与ā的法向量:

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

(10)

sin61.79°=-23.59

(11)

CD和EF的错心值,要先求出CD与ē的法向量:

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

-2 418 800)

(12)

(13)

3 根据放样结果展开绘图

通过两种方法均可得到绘制支撑管端部口型样板所需的具体数据,根据数据便可快速得完成样板图的绘制,主要步骤如下:

1)根据上面作图法或计算法求出的杆件参数,画出1:1的放样图。

2)求出相贯线,相贯线应考虑皮厚,按照内皮去求相贯线。

3)画C管两个端头的展开图,展开图总长度应按照外皮展开,导管架防沉板支撑管展开图见图5。

图5 导管架防沉板支撑管展开图

4)判断扭转方向,以管材的任一端180点位置判断另一端在180点位置。

5)根据扭转弧长和扭转方向将样板合印。

导管架防沉板支撑管展开样板图见图6。

图6 导管架防沉板支撑管展开样板图

4 总结

管材的展开放样是导管架下料的基础,也是十分重要的工序。作图法和计算法展开放样相比较的话,作图法步骤相对来说操作不够方便,但较为直观,过程中有错误能够及时发现,而计算法相对来说速度更快,但需要较高的计算基础,而且其中一步出现错误就会导致整个结果出错。总的来说作图法和计算法相比各有优缺点,但随着现代电子计算机的普遍使用,计算法可以更加容易与程序和软件相结合,变成计算机语言,使放样过程中复杂的、多位数的计算工作能够快速准确的完成。