異型地圓天方轉換節點展開過程詳解及擴展

楊寶 白亞洲 張澤珊 陳宏

中建鋼構四川有限公司 四川成都 620564

1 節點簡介

某超高層外框巨柱在某標高做地圓天方轉換，下部為直徑2．8m的圓柱，上部為2．4m的方柱。設計高度4m，板厚為70mm。

2 各種展開方法的對比

2.1 常規造型

圓方節點由四個三角形和四個錐面組成。錐面的放射線在方口端交于一點。

圖1 3D模型

圖2 展開圖

加工時壓制線都在方口端交點擠壓，板越厚擠壓空間越小越難加工，成型難保障，交點積壓處易產生“皺褶”、撕裂等缺陷。

可用在交點處開口成型后把擠壓一起的結合縫全熔透焊接的辦法。缺點是開口大小及成型效果不能預判。板越厚開口越大，開口小了又不好壓制，要邊壓邊修正。若縮小比例降低板厚來試壓，調好缺口大小再用于實際中厚板材，但需多次調試浪費人力，物力，財力。且每個工程圓方轉換節點的尺寸均不同，故每次展開都是一次新的過程[1]。就算成型效果可以，還需要對此處結合縫做相應的焊接工藝，把缺口補焊好。

圖3 開口對比圖

圖4 效果圖

2.2 逆作展開法（描圖法）

依設計圖畫3D模型后拆解成“豆腐塊”，按序排列整齊得到展開圖。有效控制分段間距，達到以直代弧最佳效果，使誤差最小。

（1）展開思路：考慮壓制可行和對接件方口端四個角點無偏差。可采用以下地圓天方展開方法。

圖5 3D模型

圖6 整體展開圖

（2）展開過程詳解。

①畫3D模型。依設計要求，初定加工方案后畫出3D模型，查看成型效果發給結構設計師確認。

②根據加工可行性確定壓彎線方向。用大型油壓機將鋼板折彎成型滿足工藝需要，以三角形斜邊方向為壓制線方向。

③展開。先進行板厚處理：方口以內徑尺寸，圓口以中徑尺寸重畫圓方節點。板料在彎曲過程中外層受拉內層壓,中徑層在彎曲過程中保持不變,所以中徑層是計算彎曲件展開長度的基準。把錐面化整為零進行拆解。依經驗分塊距離控制在100mm內，可使弦長無限接近于弧長，達到以直代弧的效果[2]。

a．計算圓的展開長度確定等分數量：圓按中徑計算周長（展開長度）為（2800-70）×π=8576．55mm。等分數量按每份在100mm內考慮，取88等份，每份長度為8576．55mm/88=97．46mm。

b．弦長，弧長對比：弧長取97．46mm時，弦長為97．44mm，弦高為0．87mm。弧長與弦長只相差0．02mm。滿足以直代弧要求。

c．確定壓制線方向及工廠焊接位置：觀察3D模型，考慮加工及成型效果，以三角形的斜邊為壓制線方向，所有的壓制線都和三角形斜邊平行，錐面的最中間為工廠對接焊縫位置，即方口端角點位置。

d．錐面拆解形成展開圖：

圖7 拆解對比圖

圖8 1/8展開圖

以1/8圓為例，分11等份在每等份點做三角形斜邊復制線做1/8拆解。將拆解的塊按順序攤平排列整齊，即為1/8展開圖。

（3）第1種和第3種展開：

圖9 錐面中間最大偏差值為99mm

（4）逆作展開法做法優勢。先畫成型圖，設計師確認后再加工，可減少中間環節，簡單幾步即可完成展開。

優點：精度較高；成型后無多余焊縫；上下柱對接無錯邊，無需相應焊接工藝；無需試壓可一次成型；適合特厚板加工[3]。

3 逆作展開法思路擴展

3.1 端口扭轉90°的長圓管圓臺

此節點長圓尺寸為5000m，圓直徑為2000m，高4000m，板厚70mm。

圖10 俯視圖

圖11 3D模型

圖12 整體展開圖

（1）展開過程詳解。

①畫3D模型確定壓彎線方向：依設計圖畫3D模型，查看成型效果。

根據加工可行性確定壓彎線方向，同理以三角形的斜邊方向為壓制線方向。

②展開：觀察3D模型，此節點是由4個相同的三角形和4個相同的圓弧曲面組成，主要是把圓弧曲面化整為零，拆解成“豆腐塊”。

a．計算圓展開長度確定等分數量：圓按中徑計算周長為（2000-70）×π=6063．27mm。按每份在100mm內考慮取64等份，每份長度為 6063．27mm/64=94．74mm。

b．弦長，弧長對比：弧長取94．74mm時弦長94．70mm，弦高1mm，兩者相差0．04mm。滿足以直代弧要求。

c．確定壓制線方向：考慮加工能力，以三角形斜邊為壓制線方向，所有的壓制線都和三角形斜邊平行。

d．確定組裝時工廠焊接位置：觀察3D模型結合加，以三角形的斜邊為壓制線方向，以三角形的中間為工廠對接位置，確保焊縫數量控制在4條。

e．圓弧曲面拆解成“豆腐塊”：把1/4圓弧曲面分16等份，在每等份點做三角形斜邊的復制線，做1/4拆解。

圖13 拆解對比圖

圖14 1/4展開圖

將上步驟拆解的“豆腐塊”按順序在平面中攤平排列整齊，即為四分之一展開圖。

4 結語

在工程實例中，如圓-長圓過渡管(任意角度)；異徑Y型三通管；四分之斜圓錐分料管等都可以采用先畫出3D模型，再反推拆分成“豆腐塊”的做法。即可保證展開圖形的準確性，又可減少材料損耗及誤差。