CN103437284B - 一种平行四边形截面杆件锚箱定位方法 - Google Patents

Abstract

一种平行四边形截面杆件锚箱定位方法，包括锚管、锚箱支承板、锚箱垫板，以及上弦杆件，所述上弦杆件设有斜向内侧腹板和外侧腹板，所述锚箱支承板和锚箱垫板在上弦杆件的内侧腹板和外侧腹板上的定位尺寸包括锚管系统线与横断面投影角θ_投，即锚箱在斜腹板上与竖杆系统线的夹角；锚底板上表面在内、外侧腹板中心线偏移距离d2/d4；锚箱支承板上表面在内、外侧腹板中心线偏移距离d1/d3。通过分析锚箱与杆件的空间相对位置关系，根据锚箱工厂制造的定位要求，确定锚箱在杆件中的定位尺寸，从而由空间尺寸转化为上弦杆件腹板单元上的平面定位尺寸，大大提高了工作效率，并确保定位尺寸的精确。适用于断面为平行四边形的杆件的箱体内的锚箱，特别是两片主桁的上弦杆件箱体内的锚箱安装定位尺寸为三维空间尺寸。

Description

一种平行四边形截面杆件锚箱定位方法

技术领域

本发明涉及一种平行四边形杆件锚箱定位技术，适用于断面为平行四边形的杆件的箱体内的锚箱，特别是两片主桁均为斜桁的上弦杆件箱体内的锚箱安装的定位尺寸为三维空间尺寸。

背景技术

在斜拉桥钢桁梁制造中，斜拉索锚箱通常定位安装在上弦杆件箱体外侧或箱体内部，常规的矩形断面杆件，其锚箱定位尺寸在二维空间就可以解决，定位尺寸相对简单，而断面为平行四边形的杆件的箱体内的锚箱，特别是两片主桁为斜桁的上弦杆件箱体内的锚箱安装定位尺寸为三维空间尺寸，参数纵多，空间位置复杂。如何把复杂的空间尺寸转化成可以方便制造的平面定位尺寸，通常的做法是通过电脑软件放出杆件及锚箱的三维立体图，找出在箱体内锚箱的定位线，这种做法人为因素非常大，容易出错，且技术人员的劳动强度非常大，效率低下。

发明内容

本发明其目的就在于提供一种平行四边形杆件锚箱定位技术，通过分析锚箱与杆件的空间相对位置关系，根据锚箱工厂制造的定位要求，确定锚箱在杆件中的定位尺寸，从而由空间尺寸转化为上弦杆件腹板单元上的平面定位尺寸，大大提高了工作效率，并确保定位尺寸的精确。适用于断面为平行四边形的杆件的箱体内的锚箱，特别是两片斜主桁的上弦杆件箱体内的锚箱安装定位尺寸为三维空间尺寸。

实现上述目的而采取的技术方案，包括锚管、锚箱支承板、锚箱垫板，以及上弦杆件，所述上弦杆件设有斜向内侧腹板和外侧腹板，所述锚箱支承板和锚箱垫板在上弦杆件的内侧腹板和外侧腹板上的定位尺寸包括锚管系统线与横断面投影角θ_投，即锚箱在斜腹板上与竖杆系统线的夹角；锚箱垫板上表面在内、外侧腹板中心线偏移距离d2/d4；锚箱支承板上表面在内、外侧腹板中心线偏移距离d1/d3。

与现有技术相比本发明具有以下优点。

通过分析锚箱与杆件的空间相对位置关系，根据锚箱工厂制造的定位要求，确定锚箱在杆件中的定位尺寸，从而由空间尺寸转化为上弦杆件腹板单元上的平面定位尺寸，大大提高了工作效率，并确保定位尺寸的精确。适用于断面为平行四边形的杆件的箱体内的锚箱， 特别是两片斜主桁的上弦杆件箱体内的锚箱安装定位尺寸为三维空间尺寸。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1为本装置结构示意图；

图中：1--锚管；2--锚箱支承板N18(与杆件腹板焊连)；3--锚箱垫板N20(与杆件腹板焊连)图2为本装置中锚箱空间位置关系示意图；

图中：θ_α--斜拉索梁端切线(即索导管中心线)与水平面的空间夹角；α--θ_α在纵竖面(XOZ面)上的投影角度；β--θ_α在水平面(XOY面)上的投影角度；γ--θ_α在横竖面(YOZ面)上的投影角度；θ—斜拉索导管中心线与主桁斜平面(AIE面)的空间夹角；η--斜拉索导管中心线与两面(锚箱斜面AIJ面、上弦杆纵竖面)交线AJ的空间夹角

图3为本装置中杆件腹杆系统线与铅垂面的夹角关系示意图；

图中：4--主桁平形四边形杆件节点处横截面；φ--杆件腹杆系统线与铅垂面的夹角；Δ1—锚箱名义锚固点A在斜腹板上的投影点与节点(腹板纵向系统线与腹杆系统线的交点)的偏移距离

图4为锚箱零件相互位置关系示意图；

图5为所求锚箱定位参数在杆件斜腹板上的位置关系示意图；

图6为角度参数θ，θ_a，β几何关系图；

图7为锚管系统线在外侧腹板上的放样示意图；

图8为锚管系统线在内侧腹板上的放样示意图；

图9为外侧腹板单元锚箱安装尺寸示意图；

图10为内侧腹板单元锚箱安装尺寸示意图；

图11为锚箱定位参数平面几何关系示意图；

图12为图11局部放大图；

图13为锚箱在平行四边形A22节点杆件内侧腹板上的定位尺寸，腹板单元工艺图(只显示锚箱定位尺寸：锚箱支承板和锚箱垫板的尺寸)；

图14为锚箱在平行四边形A22节点杆件外侧腹板上的定位尺寸，腹板单元工艺图(只显示锚箱定位尺寸：锚箱支承板和锚箱垫板的尺寸)。

具体实施方式

包括锚箱支承板、锚箱垫板，以及上弦杆件，所述上弦杆件设有斜向内侧腹板和外侧腹板，如图1所示，所述锚箱支承板和锚箱垫板在上弦杆件的内侧腹板和外侧腹板上的定位尺寸包括锚管系统线与横断面投影角θ_投，即锚箱在斜腹板上与竖杆系统线的夹角；锚箱垫板 N20上表面在内、外侧腹板中心线偏移距离d2/d4；锚箱支承板N18上表面在内、外侧腹板中心线偏移距离d1/d3。

所述锚管系统线与横断面投影角θ投为所述锚箱垫板N20上表面在内、外侧腹板中心线偏移距离d2/d4为

所述锚箱支承板N18上表面在内、外侧腹板中心线偏移距离d1/d3为

平行四边形杆件箱体内锚箱定位及角度为三维空间尺寸，锚箱支承板及锚箱垫板在杆件斜腹板上定位安装，要完成工厂制造需把锚箱的空间定位尺寸转化为斜腹板上的安装尺寸，为此，需分析锚箱与杆件的相互位置关系，推导出斜腹板上的锚箱定位尺寸控制点的计算公式，完成上弦杆件斜腹板单元上的锚箱定位工艺放样，以顺利展开工厂制造工作。

一、锚箱空间结构分析

锚箱空间位置关系如图2所示。

分析锚箱坐标系投影,明确以下几点：

1、A点为斜拉索在钢梁上名义锚固点(即：上弦杆与腹杆系统线交汇点)；

2、AC为锚管系统线；

3、平面AIJ为锚箱所在平面；

4、平面AIE为平行于腹板的系统平面；

5、平面CDHF为上弦杆横断面；

6、锚箱面(面AIJ)、腹板面(面AIE)与横断面(面CDHF)两两垂直(即：锚箱面与腹板面垂直、腹板面与横断面垂直)。

7、锚箱名义锚固点在斜腹板上的垂直投影点即为腹板上锚箱定位尺寸的锚固点(O1，O2)，与腹板上的竖杆系统线和纵向系统线的交点有一固定偏移值L1为上弦杆截面内宽，φ为杆件腹杆系统线与铅垂面的夹角，如图3所示。

锚箱为了能在腹板精确定位，要解决3个问题(图5)：

1、锚管系统线与横断面投影角θ_投(即：面AIJ与面CDHF夹角)；也即锚箱在斜腹板上与竖杆系统线的夹角。

2、锚箱垫板N20上表面在内、外侧腹板中心线偏移距离d2/d4；

3、锚箱支承板N18上表面在内、外侧腹板中心线偏移距离d1/d3；

二、参数方程推导

已知参数：α、β、δ1、h1、H、L1、φ(图1、图4)

令AD＝L，则DE＝L·sinβ，CD＝FH＝GH×tanα＝L·cosβ·tanα

$tan\mathrm{\γ}=\frac{DE}{CD}=\frac{L\·sin\mathrm{\β}}{L\·\tan \mathrm{\α}\·cos\mathrm{\β}}=\frac{tan\mathrm{\β}}{tan\mathrm{\α}}$

$\mathrm{\γ}=\arctan \left(\frac{tan\mathrm{\β}}{tan\mathrm{\α}}\right)---\left(1\right)$

${\mathrm{tan\θ}}_{\mathrm{\α}}=\frac{CD}{AD}=\frac{L\·tan\mathrm{\α}\·cos\mathrm{\β}}{L}=tan\mathrm{\α}\·cos\mathrm{\β}$

θ_α＝arctan(tanα·cosβ) (2)

在Rt△ACI中有

$sin\mathrm{\θ}=\frac{CI}{AC}=\frac{CI}{AD/{\mathrm{cos\θ}}_{\mathrm{\α}}}=\frac{CI}{L/{\mathrm{cos\θ}}_{\mathrm{\α}}}$

又由于

则有

在Rt△CLJ中有

在Rt△ACI中有

$AI=AC\·cos\mathrm{\θ}=\frac{AD}{{\mathrm{cos\θ}}_{\mathrm{\α}}}\·cos\mathrm{\θ}=\frac{L}{{\mathrm{cos\θ}}_{\mathrm{\α}}}\·cos\mathrm{\θ}$

则在Rt△AIJ中得到：

由关系式(3)及(4)可得

由以上参数方程(1)、(2)、(3)及(5)可以在已知α、β情况下验算设计图纸所给参数γ、θ_α、θ、η是否封闭。

求锚管系统线在腹板面上的投影线与横断面投影角θ投(即：面AIJ与面CDHF夹角)：

在△AEI内有AE┻EI，则得到

其中θ_α在参数方程(2)中已求出，为已知变量，因此锚管系统线与横断面投影角度通过参数方程(6)确定，即锚管系统线在腹板上投影可以作出(图7、图8)。

确定锚管在腹板上的系统线后，接下来需确定锚管起始控制点，即：锚箱垫板N20上表面在内、外侧腹板中心线偏移距离d2/d4以及锚箱支承板N18上表面在内、外侧腹板中心线偏移距离d1/d3。

由图9、图10可得：d3＝d3`+△1cos(θ<sub>投</sub>)，d4＝d4`-△1cos(θ_投)，

d1＝d1`-△1cos(θ<sub>投</sub>)，d2＝d2`+△1cos(θ_投) (7)

将锚箱详图抽象，确定已知条件，如图11示，可求d1`、d2`、d3`、d4`：

过O₁`点作外侧腹板垂线交于M点，作锚管系统线的垂线交于Q点，腹杆系统线于P点，交外侧腹板于N点。(图12)

令AP＝_a，AH＝b则有：

其中b＝h₁/cosθ (9)

在Rt△O₁`O<sub>2</sub>`M中有 $a=AS-PS=\frac{O_1`M}{2}\&CenterDot;tan(\mathrm{\&theta;}+\mathrm{\&eta;})-\frac{O_1`M}{2}\&CenterDot;tan\mathrm{\&theta;}$

而为常数，因此得到：

联立参数方程(8)、(9)、(10)可得：

同理可得d1`，d3`

公式(11)，(12)代入公式(7)中，且求得锚箱在腹板上的定位尺寸d1、d2、d3、d4。

三、结论

将以上参数方程代入Excel表中进行运算，得到上弦杆件各节点锚箱在腹板单元上的相关定位参数：

以某长江大桥A22，26节点为例计算，只需输入设计给定的阴影部分单元格里的参数，即可求出单元格里锚箱在腹板上的定位参数。

四、依据计算结果指导放样。通过推导公式就可求出各节点锚箱的定位尺寸，从而把复杂的空间立体尺寸转化为腹板单元件上的平面尺寸，数据精确，工作效率极高，省掉了繁重的电脑立体放样工作量。

图13为锚箱在平行四边形A22节点杆件内侧腹板上的定位尺寸，腹板单元工艺图(只显示锚箱定位尺寸：锚箱支承板和锚箱垫板的尺寸)。

图14为锚箱在平行四边形A22节点杆件外侧腹板上的定位尺寸，腹板单元工艺图(只显示锚箱定位尺寸：锚箱支承板和锚箱垫板的尺寸)。

h1、H、L1、的定义：

杆件腹杆系统线与铅垂面的夹角；

L1 上弦杆截面内宽；

h1 锚箱名义锚固点至锚箱垫板内表面高度；

H 锚箱支承板高度。

Claims (1)

1.一种平行四边形截面杆件锚箱定位方法，对锚管(1)、锚箱支承板(2)、锚箱垫板(3)以及上弦杆件进行定位，所述上弦杆件设有斜向内侧腹板和外侧腹板，其特征在于，所述锚箱支承板(2)和锚箱垫板(3)在上弦杆件的内侧腹板和外侧腹板上的定位尺寸包括锚管系统线与横断面投影角θ_投，即锚箱在斜腹板上与竖杆系统线的夹角；锚箱垫板(3)上表面在内、外侧腹板中心线偏移距离d2/d4；锚箱支承板(2)上表面在内、外侧腹板中心线偏移距离d1/d3，所述锚管系统线与横断面投影角θ_投为所述锚箱垫板(3)上表面在内、外侧腹板中心线偏移距离d2/d4为

所述锚箱支承板(2)上表面在内、外侧腹板中心线偏移距离d1/d3为

其中θ_α--斜拉索梁端切线即索导管中心线与水平面的空间夹角；α--θ_α在纵竖面即XOZ面上的投影角度；β--θ_α在水平面即XOY面上的投影角度；γ--θ_α在横竖面即YOZ面上的投影角度；θ—斜拉索导管中心线与主桁斜平面即AIE面的空间夹角；η--斜拉索导管中心线与两面即锚箱斜面AIJ面、上弦杆纵竖面交线AJ的空间夹角；

h1、H、L1、的定义：

杆件腹杆系统线与铅垂面的夹角；

L1上弦杆截面内宽；

h1锚箱名义锚固点至锚箱垫板内表面高度；

H锚箱支承板高度。