弧门斜支臂制作放样解析

杨光平

（中国葛洲坝集团机械船舶有限公司钢结构厂，湖北 宜昌 443007）

弧门斜支臂制作放样解析

杨光平

（中国葛洲坝集团机械船舶有限公司钢结构厂，湖北 宜昌 443007）

翼板外表面中心线与臂柱中心线的距离是臂柱沿其中心线旋转β角后在地上的水平投影距离，根据计算公式及已知条件可得出具体数值。

角度；臂柱；前端板；裤衩后端板；直腹杆

1 斜支臂相关角度及长度参数

1.1 建立斜支臂的几何关系图

图1 建立斜支臂的几何关系

由斜支臂回转中心点O，上下臂柱中心线OA′和 O B′，斜支臂前端板连接面中心 点 A′和B′，上下臂柱夹角的角平分线 OD′构成的△O A′B′三角形平面与其过O点的投影面△OAB可以建立斜支臂的几何关系如图1。

图1中L是斜支臂的开口尺寸，H是点A′（或点B′）至△OAB平面的高，M是弧门半径R减去弧门主横梁后翼板连接面（与斜支臂前端板连接的平面）至面板迎水面的距离后的尺寸，θ是上下臂柱之间夹角的一半，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，除图1中所示基本尺寸和角度外，在此基础上衍生出的角度还有臂柱旋转角β，臂柱腹板扭角φ1，臂柱翼板扭角φ2，臂柱腹板偏摆角λ1和臂柱翼板偏摆角λ2。

1.2 斜支臂的相关角度计算

在弧门制造施工蓝图中，长度参数M、H和L均为已知条件，为方便后文展开，特设M＝18000mm、H=2000mm、L=8000mm，将以上长度参数代入下列角度公式可得：

2 斜支臂臂柱翼板、腹板放样

2.1 计算斜支臂臂柱中心线尺寸d

本文以箱型结构的斜支臂臂柱为例，将图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、直腹杆、裤衩后端板等实体，以斜支臂靠闸室中心一侧翼板朝上水平放置，将已知条件代入可建立斜支臂的拼装大样如图2。

图2 斜支臂拼装大样图

设支铰回转中心至支臂后端板连接面距离为c＝1600mm，支臂后端板厚度为δ2＝40mm，支臂前端板厚度为δ1＝30mm，则上臂柱中心线长度为cosθ-δ1/cosγ，将已知条件代入 d＝16399.06mm。

2.2 计算臂柱翼板中心线长度e和腹板中心线长度f

（1）建立斜支臂臂柱几何关系图

将图2中斜支臂上臂柱取出，并设臂柱翼板厚度为δ3＝20mm、翼板宽度为a＝600mm、内外侧腹板外表面间距为b＝500mm、断面高度为h＝1200mm、腹板宽度为g=h-2δ3=1160mm，将其他已知条件代入可建立上臂柱三视图（如图3）。

（2）计算臂柱翼板中心线长度e

图3

由图3中臂柱中心线长度d、上下翼板外表面中心线长度e臂柱前后管口垂直方向中心线，以及臂柱水平偏斜角γ和臂柱腹板偏摆角λ1，将已知条件代入可建立几何关系图4。

由图 4 知上翼板中心线长度 e1＝d+h×（tanγ+tanλ1）/2，下翼板中心线长度 e2＝d-h×（tanγ+tanλ1）/2，将已知条件代入可得 e1＝16535.81mm，e2＝16262.31mm。

图4

（3）计算臂柱腹板中心线长度f

由图3中臂柱中心线长度d、臂柱内外侧腹板外表面中心线长度f、臂柱前后管口水平方向中心线，以及臂柱翼板偏摆角λ2，将已知条件代入可建立几何关系图如图5。

图5

由图5可知内侧腹板外表面中心线长度f1＝d+（b×tanλ2）/2，外侧腹板外表面中心线长度 f2＝d-（b×tanλ2）/2，将已知条件代入 f1＝16455.66mm，f2＝16342.46mm。

2.3 斜支臂臂柱翼板和腹板放样

（1）臂柱上、下翼板放样

由臂柱上、下翼板中心线长度e1和e2，臂柱水平偏斜角γ，腹板偏摆角λ1，翼板偏摆角λ2，以及翼板宽度a，将已知条件代入可绘制上、下翼板图6和图7。

图6 臂柱上翼板图

（2）臂柱内、外侧腹板放样

图7 臂柱下翼板图

由臂柱内、外侧腹板外表面中心线长度f1和f2，臂柱水平偏斜角γ，腹板偏摆角λ1，翼板偏摆角λ2，以及腹板宽度g，将已知条件代入可绘制内外侧腹板图8和图9。

图8 外侧腹板图

图9 内侧腹板图

3 斜支臂裤衩后端板放样

3.1 建立斜支臂裤衩后端板大样图

由图2中取出斜支臂裤衩后端板，在后端板上保留臂柱的相贯线。为方便后端板放样，设臂柱腹板相贯线长度为n1、翼板相贯线外表面间距为n2、翼板相贯线长度为m1、腹板相贯线外表面间距为m2，将已知条件代入可建立裤衩后端板大样图10。

图10 斜支臂裤衩后端板大样图

3.2 计算臂柱翼板腹板相贯线长度n和m

（1）计算臂柱翼板相贯线长度m1和腹板相贯线外表面间距m2，由图6、7和图10可知臂柱翼板相贯线长度m1＝a/cosλ2，腹板相贯线外表面间距 m2＝b/cosλ2，将已知条件代入 m1＝615.19mm，m2＝512.65mm。

（2）计算臂柱腹板相贯线长度n1和翼板相贯线外表面间距n2。由图8、9和图10可知臂柱腹板相贯线长度n1＝g/cosλ1，翼板相贯线外表面间距 n2＝h/cosλ1，将已知条件代入 n1＝1160.02mm，n2＝1200.02mm。

4 斜支臂直腹杆放样

4.1 建立斜支臂直腹杆几何关系图

过图2中直腹杆中心线取截面I-I，并设臂柱中心间距为x、上翼板内表面中心线长度为w1、下翼板内表面中心线长度为w2、两侧腹板中心线间距为y（两侧n1中点长度）、腹板厚为δ4、翼板厚为δ5，将已知条件代入可建立直腹杆几何关系图11。

图11 斜支臂直腹杆大样图

4.2 斜支臂直腹杆腹板放样

由图11中取出直腹杆腹板，并设直腹杆腹板上部边角为μ1、直腹杆腹板下部边为μ2及臂柱中心间距x=2500mm，将已知条件代入可绘制直腹杆腹板图12。

图12 直腹杆腹板大样图

由图11和图12可知，直腹杆腹板中心线长度y＝xb×cosφ2/cosλ2、上部边角 μ1=90°＋（φ1－φ2）、下部边角 μ2=90°－（φ1－φ2），将已知条件代入可得 y＝1987.50mm、μ1=90.07208266°，μ2=89.92791734°。直腹杆腹板实际下料时可考虑扣除腹板厚度对斜支臂制作拼装的影响，其中心线长度可按公式 y实＝x-b×cosφ2/cosλ2-δ4×tanθ进行计算。（注：直腹杆腹板上、下部边角μ1和μ2分别为臂柱上下翼板相贯线与腹板相贯线的夹角）

4.3 斜支臂直腹杆翼板放样

由图11中取出直腹杆翼板，将已知条件代入可绘制直腹杆翼板图13。由图11和图12可知,上翼板内表面中心线长度w1＝x-（g×tanφ1）/cosλ1-（a×cosφ2）/cosλ2，下翼板内表面中心线长度为 w2＝x+（g×tanφ1）/cosλ1-（a×cosφ2）/cosλ2，将已知条件代入可得 w1＝1855.07mm，w2＝1914.94mm。直腹杆上翼板实际下料时可考虑扣除板厚的影响，按上翼板外表面中心线长度w1-外放样下料，其计算公式为w1-外＝x－（g×tanφ1）/cosλ1-（a×cosφ2）/cosλ2－2×δ5tanφ1。

图13 斜支臂直腹杆翼板大样图

5 斜支臂拼装放地样

由图2中取出斜支臂臂柱的中心线、臂柱上下翼板外表面的中心线、斜支臂前端板连接面的中心线、上下臂柱的角平分线、斜支臂裤衩后端板轮廓线，将已知条件代入可建立斜支臂拼装地样几何关系图14。

图14 斜支臂地样图

在斜支臂地样图14中，斜支臂上下两块前端板长度方向中心线是平行关系，其间距为L＝8000mm。前端板宽度方向中心线与臂柱中心线是90°垂直关系，臂柱中心线长度由图 1几何关系可知 OA′=O B′=18110.77028mm。翼板外表面中心线与臂柱中心线的距离如图所示设为t，是臂柱沿其中心线旋转β角后在地上的水平投影距离，其计算公式为t=h sinβ/2，将已知条件代入上式可得t=15.09702712mm。

6 结语

本文重点在于斜支臂的放样应用，对相关尺寸、角度、公式及有关原理未加过多说明。此外，需要说明的是：（1）裤衩部位的结构有在翼板外侧贴夹板的，但目前更多的是采用夹板与翼板对接的结构形式，将裤衩部位上下臂柱的翼板换成了整体的夹板；（2）臂柱内侧腹板因裤衩结构狭窄，实际上是与和裤衩后端板相平行的钢板连接。在实际放样时，可针对以上两点在尺寸关系上做一些相应的调整。

［1］杨光平.弧门斜支臂相关角度计算公式的求解［J］.机械工程师，2012（9）：122-124.

（编辑 立 明）

TV66

B

1002-2333（2013）09-0198-03

杨光平（1962-），男，工程师，从事水工钢结构等结构件制造工作。

2013-05-16