CN102426613A - 大口径空间弯管相贯线及坡口的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明结合TeklaStructures和CAD软件在空间弯管建模和相贯线放样的优势，生成空间弯管相贯线的展开图，通过比对相贯线展开图生成标记圆图，对照标记圆图，即可确定相贯线上该部位的切割基准、确定相贯线上该部位的破口角P，解决了空间弯管相贯线精确放样和焊接坡口的准确制作的难题，确保空间管桁架构件的准确定位和制作精度，提高了桁架的制作效率。

Description

大口径空间弯管相贯线及坡口的制作方法

技术领域

本发明涉及弯管桁架制造技术领域，尤其是大口径空间弯管相贯线的加工方法。

背景技术

管桁架结构具有造型美观、稳定性好、结构跨度大、施工速度快等特点，在各种体育场馆、会展中心、候机大楼等现代建筑中得到了广泛的应用。随着建筑物的造型变得越来越优美，导致建筑结构变得越来越复杂，施工难度也就越来越大。大跨度管桁架的生产制造，其工程中重要难点在于大跨度的管桁架空间弯管的相贯线加工技术，即管桁架节点部位的相贯线精确放样和焊接坡口的加工。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种大口径空间弯管相贯线的加工方法，本发明结合 Tekla Structures 和CAD软件在空间弯管建模和相贯线放样的优势，生成空间弯管相贯线的展开图，通过比对相贯线展开图生成标记圆图，对照标记圆图，即可确定相贯线上该部位的切割基准、确定相贯线上该部位的破口角P，解决了空间弯管相贯线精确放样和焊接坡口的准确制作，确保空间管桁架构件的准确定位和制作精度，提高了桁架的制作效率。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种大口径空间弯管相贯线及坡口的制作方法，其特点包括如下步骤：

1）、应用Tekla Structures 软件创建节点模型；

2）、应用Tekla Structures软件生成支管的相贯线展开图：

2.1）、生成支管的外皮相贯线展开图并存储为“DWG”格式；

2.2）、生成支管的内皮相贯线展开图并存储为“DWG”格式；

3）、应用AutoCAD软件标注相贯线展开图：

3.1）、复制支管外皮的相贯线展开图；

3.2）、对支管周长进行分段，按分段数做外皮等分线，完成支管外皮等分线的相贯线展开图； 

3.3）、复制支管内皮的相贯线展开图：

用与3.2）步骤相同的方法，完成支管内皮等分线的相贯线展开图；

3.4）、标注支管内、外皮等分线的相贯线展开图：

在内皮相贯线展开图每条等分线的端点标注一个“×”，在外皮相贯线展开图每条等分线的端点标注一个“●”；将支管内、外皮等分线的相贯线展开图的纵轴重叠，每条等分线重叠，并选其中较短的一根等分线的端点为标记原点，产生数个标记原点；获得支管2标注有标记原点的内、外皮等分线的相贯线展开图；

3.5）、绘制焊缝破口的标记圆图：

做支管壁厚为半径的圆φ₁，做支管壁厚Kt为半径的圆φ₂，以圆φ₁与圆φ₂组成的同心圆为标记圆；以每个标记原点为圆心，复制标记圆，并获得等分线上含有标记圆、一个“●”及一个“×”组成的数个标记圆图；

4）、确定相贯线上各部位的切割基准及破口角P：

对照表一，“标记圆图与坡口角对照表”，即可确定相贯线上该部位的切割基准是内皮或外皮；对照标记圆图，即可确定相贯线上该部位对应的破口角P；

5）、制作支管的相贯线及坡口角P：

在支管上画出水平等分线、相贯线及标记圆图，按切割基准制作相贯线，按等分线标记原点的标记圆图制作破口角P。

本发明结合 Tekla Structures 和CAD软件在空间弯管建模和相贯线放样的优势，生成空间弯管相贯线的展开图，通过比对相贯线展开图生成标记圆图，对照标记圆图，即可确定相贯线上该部位的切割基准、确定相贯线上该部位的破口角P，解决了空间弯管相贯线精确放样和焊接坡口的准确制作的难题，确保空间管桁架构件的准确定位和制作精度，提高了桁架的制作效率。

附图说明

图1为主管和支管的各坐标点示意图；

图2为主管和支管构成的折梁示意图；

图3为生成的支管基本相贯线展开图；

图4为支管的内、外皮“DWG”格式的相贯线展开图；

图5为支管标注有标记圆图的内、外皮等分线相贯线展开图；

图6为图5的A处局部放大示意图。

具体实施方式

本发明结合大跨度大口径空间管桁架，选取其中支管2与主管1相交的一个节点，说明空间弯管节点的相贯线及坡口的制作方法，其具体步骤如下：

节点的基本参数：

依据设计图纸采集基本参数包括：主管1的外径D、壁厚T；支管2的外径d、壁厚t；主管1轴线与支管2轴线在基准平面内的交点O及夹角Q；主管1在该交点O的曲率半径R；支管2在该交点的曲率半径r；

确定分段数N：

对支管2的外径d沿周长进行分段，设定分段后每段的弧长为S：S≤55mm；

估算分段数n₁： n₁≈π×d／55；

将n                                                

圆整为整数 N，N＝m×4； 其中： m为自然数；

1）、应用Tekla Structures 软件创建节点模型：

1.1）、建立主管与支管轴线的坐标：

参阅图1，选坐标原点（A2）即（b3）作为主管1与支管2轴线的交点O，做坐标原点（A2）即（b3）的水平线为支管2的轴线，选支管2轴线上的（b1）、（b2）两点；过坐标原点，做与水平线夹角Q的直线为主管1的轴线，选主管1轴线上的两点（A1）、（A3）；

1.2）、创建节点的折梁：

参阅图2，应用Tekla Structures 软件创建折梁，选择“零件”

菜单——折形梁，点击主管1轴线上的（A1）、（A3）两点；模型视图中显示默认的主管1；然后点击支管2轴线上的（b1）、（b2）两点；模型视图中显示默认的支管2；

1.3）、修正折梁的规格和位置：

修正主管1：双击主管1，在“梁的属性”对话框输入“PD000*00”，

点击“修改”，点击“确定”；

修正支管2：双击支管2，在“梁的属性”对话框输入“PD000*00”，

点击“修改”，点击“确定”；

1.4）、对模型进行编号：

点击“工具”菜单——编号——全部，对整个模型进行编号。

2）、应用Tekla Structures软件生成支管的相贯线展开图：

点击，在“零件图属性”对话框中选择“wrap_tp”属性，再点

击“读取”按钮，然后点击“修改”按钮，去除多余的尺寸标注和零件标记，生成支管2基本的展开图；

2.1）、生成支管的外皮相贯线展开图：

参阅图3、图4，点击支管2基本的展开图,在弹出的“视图属性”

对话框中单击外皮展开图边框，点击“修改”，点击“确定”，即生成支管2的外皮展开图；将生成的支管2的外皮相贯线展开图存储为“DWG”格式；

2.2）、生成支管的内皮相贯线展开图：

点击外皮展开图边框，在弹出的“视图属性”对话框中单击内皮

展开图边框，点击“修改”，点击“确定”，即生成支管2的内皮展开图；将生成的支管2的内皮相贯线展开图存储为“DWG”格式；

3）、应用AutoCAD软件标注相贯线展开图：

3.1）、复制支管2外皮的相贯线展开图： 

3.2）、参阅图5、图6，对支管2周长进行分段，按分段数做外皮等分线，完成支管外皮等分线的相贯线展开图；具体做法是，以支管2外径的周长设置一条1︰1的纵轴，按分段数N对纵轴分段，在对应的等分点做水平等分线，复制支管2外皮展开图，使之纵轴重叠，用支管2外皮展开图裁剪超出展开图的所有水平等分线，标注每一根水平等分线的长度；获得支管2外皮等分线的相贯线展开图；

3.3）、复制支管2内皮的相贯线展开图：

用与3.2）步骤相同的方法，获得支管2内皮等分线的相贯线展开图；

3.4）、标注支管内、外皮等分线的相贯线展开图：

在内皮相贯线展开图每条等分线的端点标注一个“×”，在外皮相贯线展开图每条等分线的端点标注一个“●”；将支管内、外皮等分线的相贯线展开图的纵轴重叠，每条等分线重叠，并选其中较短的一根等分线的端点为标记原点，产生数个标记原点；获得支管2标注有标记原点的内、外皮等分线的相贯线展开图；

3.5）、绘制焊缝破口的标记圆图：

做支管壁厚为半径的圆φ₁，做支管壁厚Kt为半径的圆φ₂，其中：取K＝

，以圆φ₁与圆φ₂组成的同心圆为标记圆；以每个标记原点为圆心，复制标记圆，并获得等分线上含有标记圆、一个“●”及一个“×”组成的N个标记圆图；

4）、确定相贯线上各部位的切割基准及破口角P：

将支管2内皮的母线与焊缝破口表面的法线形成的夹角定义为破口角P；

对照表一，“标记圆图与坡口角对照表”，即可确定相贯线上该部位的切割基准是内皮或外皮；对照标记圆图，即可确定相贯线上该部位对应的破口角P；

表一 标记圆图与坡口角对照表

 

4．1）、支管2相贯线上各部位的切割基准的判定：

以主管1与支管2轴线的夹角Q判定切割基准；夹角Q的范围为0～90°；

由标记圆图判定，当90°≥Q＞30°时：等分线端点的“●”及“×”全部落在标记圆φ₂之内；即全部相贯线上破口角P的切割基准为内皮；

由标记圆图判定，当Q≤30°时：等分线端点的部分“●”或“×”落在标记圆φ₂之外；当“●”落在标记圆φ₂的左外侧，表明外皮大于内皮，该部为相贯线上破口角P的切割基准为内皮；当“×”落在标记圆φ₂的左外侧，表明内皮大于外皮，该部为相贯线上破口角P的切割基准为外皮；

4．2）、支管2相贯线上各部位的破口角P的判定：

由标记圆图判定，当标记圆图上等分线端点的任意一个 “●”或“×”落在标记圆φ₂左侧之外；破口角P均为90°；

当标记圆图等分线端点的“●”落在标记圆φ₂与φ₁之间，破口角P也为90°；

当标记圆图等分线端点的“●”落在标记圆φ₁之内，且“●”由左向右向“×”靠拢，破口角P由90°→45°变化；

当标记圆图等分线端点的“×”落在标记圆φ

之内，且“×”由左向右与“●”靠拢，破口角P由90°→45°变化；

当标记圆图等分线端点的“●”或“×”均落在标记原点时，该点为临界值，破口角P为45°；

5）、制作支管的相贯线及坡口角P：

在支管上画出水平等分线、相贯线及标记圆图，按切割基准制作相贯线，按等分线标记原点的标记圆图制作破口角P。

 

实施例

本发明结合东方体育中心大跨度大口径空间管桁架，通过其中一个节点的实施进一步说明空间弯管相贯线及坡口的制作方法，其具体步骤如下：

采集基本参数：

依据设计图纸采集基本参数包括：主管1的外径D＝950 mm、壁厚T＝20 mm；支管2的外径d＝600 mm、壁厚t＝20 mm；主管1轴线与支管2轴线在基准平面内的交点O及夹角Q＝28°；主管1在该交点O的曲率半径R＝100 m；支管2在该交点的曲率半径r＝60 m； 

确定分段数N：

对支管2的外径d沿周长进行分段，设定分段后每段的弧长为S：S≤55mm；

估算分段数n₁：  n₁≈π×600／55＝34.25； 

将n₁圆整为整数 N，使：n₁＝N ；

分段数应取 N＝m×4＝9×4＝36；其中： m为自然数；

在Tekla Structures 13.0中设置该参数：

在Tekla Structures 13.0软件中的“工具”菜单，在弹出的“高

级选项”视图框中点击“速度和准确性”将“XS_ROUND_SEGMENTS”的数值设置为 36；

1）、应用Tekla Structures 软件创建折梁模型：

1.1）、建立主管与支管轴线的坐标：

参阅图1，选坐标原点（A2）即（b3），作为主管1与支管2轴

线的交点O，做坐标原点（A2）即（b3）的水平线为支管2的轴线，选支管2轴线上的（b1）、（b2）两点；过坐标原点，做与水平线夹角Q的直线为主管1的轴线，选主管1轴线上的两点（A1）、（A3）； 

标记A1点：选择原点的标记，然后选择“编辑”菜单——选择

性移动——平移…，弹出“复制-平移”的对话框在“dx”一栏中输入“-2669.97”；在“dy”一栏中输入“1368.67”，接下来点击该对话框最下方“复制”按钮，最后点击“确定”，屏幕中就显示出A1点的标记；根据该方法按图3示意创建其余各个坐标点；

1.2）、创建折梁：

参阅图2，应用Tekla Structures 软件创建折梁，选择“零件”

菜单——折形梁，然后依次点击主管1轴线上的（A1）、（A3）两点；模型视图中显示默认的主管1；然后点击支管2轴线上的（b1）、（b2）两点；模型视图中显示默认的支管2；

1.3）、修正折梁的规格和位置：

修正主管1：点击主管1，在“梁的属性”对话框“截面型材”

一栏中输入“PD950*20”，点击“修改”，点击“确定”；

修正支管2：点击支管2，在“梁的属性”对话框“截面型材”

一栏中输入“PD600*20”，点击“修改”，点击“确定”；

1.4）、将折梁修改为圆弧梁：

修改主管1：点击主管1，点击中间点（A2），在右击的菜单中选择“属性…”，在 “切角属性”对话框的类型中选择“∩”，点击 “修改”，点击“确定”，将中间点（A2）修改为圆弧，根据三点形成圆弧的方法，自然形成曲率半径R＝100 m的圆弧梁；

修改支管2：点击支管2，点击中间点（b2），在右击的菜单中选择“属性…”，在 “切角属性”对话框的类型中选择“∩”，点击 “修改”，点击“确定”，将中间点（b2）修改为圆弧，根据三点形成圆弧的方法，自然形成曲率半径R＝60 m的圆弧梁；

1.5）、切除支管2与主管1交叠的部分：

选择“细部”菜单——零件切割，先点击支管2，再点击主管1，切除交叠部分，形成理论上的节点制作效果，见下图所示。

 1.6）、将一段支管代替支管2与主管1相贯：

用“零件”菜单——梁，依次点击两点（b2）、（b3），按修改支管2的方法修改截面型材，并切除与主管1交叠的部分；

1.7）、对模型进行编号：

点击“工具”菜单——编号——全部，对整个模型进行编号。

2）、应用Tekla Structures软件生成支管的相贯线展开图：

2.1）、生成支管的外皮相贯线展开图：

参阅图3，生成基本的支管零件图：点击支管，右键菜单中选择

“图纸”——“零件图纸”，系统用默认的属性生成一张支管零件图；

打开支管零件图：用“图纸”菜单——清单，打开“图纸列表”

对话框，选择该支管零件图，接下来点击该对话框最下方“打开”按钮打开该零件图；

修改为钢管展开图：双击图中空白的地方，在弹出的“零件图属性”对话框中最上方“读取”右侧一栏选择“wrap_tp”属性，再点击“读取”按钮，然后点击该对话框最下方“修改”按钮，再去除多余的尺寸标注和零件标记，就修改成支管2基本的相贯线展开图；

2.1.1）、生成支管的外皮相贯线展开图：

点击支管2基本的展开图,在弹出的“视图属性”对话框中单击

外皮展开图边框，在弹出的“视图属性”对话框中的“属性1”一页

中“向下深度”设置为“－1.00” ；“向上深度”设置为“50.00”，

点击“修改”，点击“确定”，即生成支管2的外皮相贯线展开图；

 2.1.2）、创建内皮展开图：

选择“创建”菜单——视图——基本——“3D”，图纸左下方又生成一张零件图。

2.2）、生成支管的内皮相贯线展开图：

调整内皮展开图：再次点击外皮展开图边框，在弹出的“视图属

性”对话框中的“属性1”中“向下深度”设置为“50.00” ；“向上深度”设置为“-1.00”，单击内皮展开图边框，点击“修改”，点击“确定”，即生成支管2的内皮展开图； 

参阅图4，将生成的支管2的外皮展开图、内皮展开图存储为“DWG”格式； 

3）、应用AutoCAD软件标注相贯线展开图：

3.1）、复制支管2外皮的相贯线展开图：

3.2）、参阅图5、图6，以支管2外径的展开长度设置一条1︰1的纵轴，按分段数N对纵轴分段，在对应的等分点做水平等分线，打开支管2外皮展开图，缩放支管2外皮展开图使之纵轴重叠，用支管2外皮展开图裁剪超出展开图的所有水平等分线，获得支管2外皮等分线的相贯线展开图；

3.3）、复制支管2内皮的相贯线展开图：

用与3.2）步骤相同的方法，也是以支管外皮周长展开的,获得支管2内皮等分线的相贯线展开图；

3.4）、标注支管内、外皮等分线的相贯线展开图：

在内皮相贯线展开图每条等分线的端点标注一个“×”，在外皮相贯线展开图每条等分线的端点标注一个“●”；将支管内、外皮等分线的相贯线展开图的纵轴重叠，等分线重叠，并选其中较短的一根等分线的端点为标记原点，产生36个标记原点；获得支管2标注有标记原点的内、外皮等分线的相贯线展开图；

3.5）、绘制焊缝破口的标记圆图：

做支管壁厚为半径的圆φ₁，做支管壁厚t为半径的圆φ₂，以圆φ₁与圆φ₂组成的同心圆为标记圆；以每个标记原点为圆心，复制标记圆，并获得每条等分线上含有标记圆、一个“●”及一个“×”组成的标记圆图；当主管1与支管2轴线的夹角Q为30°时，存在等分位置上的内皮与外皮长度差值为

t；

4）、确定相贯线上各部位的切割基准及破口角P：

将支管2内皮的母线与焊缝破口表面的法线形成的夹角定义为破口角P；

对照表一，“标记圆图与坡口角对照表”，对照标记圆图，即可确定相贯线上该部位的切割基准是内皮或外皮；对照标记圆图，即可确定相贯线上该部位对应的破口角P；

4．1）、支管2相贯线上各部位的切割基准的判定：

以主管1与支管2轴线的夹角Q判定切割基准；夹角Q的范围为0～90°；

当90°≥Q＞30°时：由标记圆图判定，等分线端点的“●”及“×”全部落在标记圆φ₂之内；即全部相贯线上破口角P的切割基准为内皮；

当Q≤30°时：由标记圆图判定，等分线端点的部分“●”或“×”落在标记圆φ₂之外；当“●”落在标记圆φ₂的左外侧，表明外皮大于内皮，该部为相贯线上破口角P的切割基准为内皮；当“×”落在标记圆φ₂的左外侧，表明内皮大于外皮，该部为相贯线上破口角P的切割基准为外皮；

4．2）、支管2相贯线上各部位的破口角P的判定：

以标记圆图判定该部为相贯线上破口角P的角度，

参见表一序号1、序号2、序号10、序号11，当标记圆图上的等分线端点任意一个的“●”或“×”落在标记圆φ₂左侧之外；破口角P均为90°；

参见表一序号3、序号4，当标记圆图等分线端点的“●”落在标记圆φ₂与φ₁之间，破口角P也为90°；

参见表一序号5，当标记圆图等分线端点的“●”落在标记圆φ₁之内，且“●”由左向右向“×”靠拢，破口角P由90°→45°变化；

参见表一序号7、序号8，当标记圆图等分线端点落在标记圆φ₁之内，且“×”由左向右向“●”靠拢，破口角P由67.5°→45°变化；

参见表一序号9，当标记圆图等分线端点的“×”落在标记圆φ₂与φ₁之间，且“×”由左向右向“●”靠拢，破口角P由90°→67.5°变化；

参见表一序号6，“当标记圆图等分线端点的“●”或“×”均落在标记原点时，该点为临界值，破口角P为45°；

5）、制作支管的相贯线及坡口角P：

在支管上画出水平等分线、相贯线及标记圆图，按切割基准制作相贯线，按“标记圆图与坡口角对照表”切割相贯线上对应位置的坡口角P，实现大口径空间弯管相贯线及坡口的制作破口角P。

Claims (1)

1.一种大口径空间弯管相贯线及坡口的制作方法，其特征在于它包括如下步骤：

1）、应用Tekla Structures 软件创建节点模型；

2）、应用Tekla Structures软件生成支管的相贯线展开图：

2.1）、生成支管的外皮相贯线展开图并存储为“DWG”格式；

2.2）、生成支管的内皮相贯线展开图并存储为“DWG”格式；

3）、应用AutoCAD软件标注相贯线展开图：

3.1）、复制支管外皮的相贯线展开图；

3.2）、对支管周长进行分段，按分段数做外皮等分线，完成支管外皮等分线的相贯线展开图； 

3.3）、复制支管内皮的相贯线展开图：

用与3.2）步骤相同的方法，完成支管内皮等分线的相贯线展开图；

3.4）、标注支管内、外皮等分线的相贯线展开图：

在内皮相贯线展开图每条等分线的端点标注一个“×”，在外皮相贯线展开图每条等分线的端点标注一个“●”；将支管内、外皮等分线的相贯线展开图的纵轴重叠，每条等分线重叠，并选其中较短的一根等分线的端点为标记原点，产生数个标记原点；获得支管2标注有标记原点的内、外皮等分线的相贯线展开图；

3.5）、绘制焊缝破口的标记圆图：

做支管壁厚为半径的圆φ₁，做支管壁厚Kt为半径的圆φ₂，以圆φ₁与圆φ₂组成的同心圆为标记圆；以每个标记原点为圆心，复制标记圆，并获得等分线上含有标记圆、一个“●”及一个“×”组成的数个标记圆图；

4）、确定相贯线上各部位的切割基准及破口角P：

对照表一，“标记圆图与坡口角对照表”，即可确定相贯线上该部位的切割基准是内皮或外皮；对照标记圆图，即可确定相贯线上该部位对应的破口角P；

5）、制作支管的相贯线及坡口角P：

在支管上画出水平等分线、相贯线及标记圆图，按切割基准制作相贯线，按等分线标记原点的标记圆图制作破口角P。

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