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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)成1∶1的平面圖形,然后將展開(kāi)的平面圖形圍在支撐管兩端,將切割線畫(huà)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(kāi)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(huà)出來(lái),畫(huà)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(kāi)示意圖見(jiàn)圖3。

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

圖5 導(dǎo)管架防沉板支撐管展開(kāi)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(kāi)樣板圖見(jiàn)圖6。

圖6 導(dǎo)管架防沉板支撐管展開(kāi)樣板圖

4 總結(jié)

管材的展開(kāi)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(kāi)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)?？偟膩?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。