CN104978466A - 用于多引导线的三维定数布筋方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三维钢筋布设，目的是为了解决现有技术尚无在三维模型空间上针对多引导线进行三维定数布筋的方法的问题。本发明提供的用于多引导线的三维定数布筋的主要方法和步骤是在偏移后的布筋面上，选择和提取各截面处的布筋引导线，然后在布筋引导线计算布筋点和辅助平面，根据辅助平面与偏移后的布筋面求交线，连接各段交线构成钢筋轴线及确定端部细节，最后进行钢筋三维模型生成和轻量化处理。本发明适用于三维钢筋布筋设计。

Description

用于多引导线的三维定数布筋方法

技术领域

本发明涉及三维钢筋布设，特别涉及多引导线的三维定数布筋方法。

背景技术

用于多引导线的三维定数布筋是钢筋的一种重要布置形式，主要用于混凝土结构截面渐变段或者受力呈辐射状的结构，例如隧洞渐变段、闸墩的支铰处等，改善该部位的受力和抗裂性能。钢筋与结构边界的净距应大于规范要求的保护层厚度。

目前对这种钢筋图的绘制方法，大部分是采用二维绘制。对不同工程结构部位选取典型特征结构面展开为平面，用手工绘制布筋钢筋和计算钢筋长度，然后返回到典型结构投影剖切面绘制钢筋，作为最终钢筋设计成果图。对于结构断面变化较多、布筋面为曲面的部位，需要手动、逐个将布筋面展开，并逐个绘制和计算钢筋长度。对于比较复杂的结构，如水工建筑闸墩、蜗壳结构等的钢筋图绘制和材料分类统计仍由人工完成，设、校、审的工作量极大、难度高且较容易出错。对于结构比较规整的结构，虽然有部分软件可以直接绘制图，但仍然适用范围有限，无法适用各种复杂结构的三维布筋及三维显示、检查、指导施工实践。寻找新的多引导线三维快速布筋工具和方法，提升结构工程师及制图人员急需的钢筋设计手段和设计效率。

目前通过手工绘制或现有软件得到的图纸都是二维的，需要经过专业训练、有经验的工程师进行解读，在头脑中重新构建钢筋的三维模型，对于渐变段较多或空间曲面较复杂的结构，无法详细、真实反映其与混凝土结构、其他钢筋的空间位置关系，同时，不同工程师在解读过程中可能存在二义性，这对钢筋图的技术交流和指导施工带来很大的障碍。随着计算机的发展，通过计算机的辅助，工程人员可以根据需要重建钢筋模型，生成与实际一致的三维钢筋模型，使得基于钢筋图的技术交流更方便、更直观、材料统计更准确。

从公开的文献和资料来看，尚未发现在三维模型空间上针对多引导线进行三维定数布筋的软件或方法。由于钢筋三维建模没有现成的专业软件，对钢筋三维建模工作量极大，而且是实体模型，随着钢筋数量、种类的不断增加，不管是对计算内存限制、显示速度，还是建模工作量、难度来说，都是巨大的挑战。特别是含有多个渐变的空间曲面的混凝土结构，无法快速批量、快速定位，并快速生成三维模型，以方便后期的校核、审查及材料分类统计，无法满足工程设计的快速、精确的要求，因而开发新的能够高效处理复杂空间曲面结构的三维布置和实时显示的方法尤为重要。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供一种用于多引导线的三维定数布筋方法，该方法包括如下步骤：

A.选定布筋面，对所述布筋面进行偏移处理，偏移距离为混凝土保护层厚度；

B.选择并提取偏移后的布筋面边界为布筋引导线，根据输入的钢筋根数，确定各布筋引导线上的钢筋间距和布筋点；

C.连接相邻布筋引导线的对应点得到直线，计算和确定过该直线的辅助平面，以过该直线的辅助平面切割偏移后的布筋面，生成各段曲线；

D.连接相邻的曲线为钢筋轴线，确定钢筋轴线的端部细节参数，调用钢筋模板，根据钢筋模板生成三维钢筋模型，对三维钢筋模型赋值钢筋属性数据。

具体地，步骤B中，确定布筋点的步骤如下：

B1.在偏移后的布筋面上选择并提取布筋引导线，加入到布筋引导线数组中；

B2.对布筋引导线数组中的布筋引导线进行排序和归一化方向处理；

B3.依次从布筋引导线数组中读取相邻的两个布筋引导线；

B4.在布筋引导线的两端裁剪去一定长度的裁剪线段，裁剪线段的长度等于混凝土保护层厚度；

B5.在裁剪后的布筋引导线上，计算该布筋引导线长度，作为布筋区间；

B6.根据输入的钢筋根数，计算钢筋间距和布筋点位置，在布筋引导线上生成等间距分布的布筋点几何元素，并将布筋点的坐标数组存入布筋点坐标数组；

B7.重复步骤B1至B6，在剩余的布筋引导线上生成布筋点。

具体地，步骤C中，所述辅助平面的计算方法如下：

C1.在各个布筋引导线的布筋区间生成等间距分布的布筋点，在所形成的坐标数组中，读取相邻布筋引导线的对应点坐标；

C2.连接相邻布筋引导线的对应点为直线，并计算该直线的中点；

C3.该中点在偏移后的布筋面上进行投影，生成投影点；

C4.若直线两端点及投影点不共线，构成经过相邻布筋点的平面；若直线两端点及投影点共线，则在偏移后的布筋面上做一条经过投影点的法钱，并在该法线取一点，该点与直线两端点不共线，构成经过相邻布筋点的平面，该平面为辅助平面；

C5.按照上述步骤，计算和确定其它的辅助平面位置。

具体地，步骤D中，所述钢筋轴线的生成包括如下步骤：

D1.确定经过相邻布筋引导线上对应点的平面位置；

D2.求该平面与偏移后的布筋面的交线；

D3.在该交线上提取布筋引导线之间的曲线段，根据所生成辅助平面与偏移后的布筋面求交后，得到一条贯穿整个偏移后的布筋面的交线，得到钢筋轴线的曲线段；

D4.将各曲线段连接得到钢筋轴线，确定钢筋轴线的端部细节参数；

D5.对其它相邻布筋引导线上对应点进行步骤D1至D4的处理，生成所有钢筋轴线。

具体地，步骤D3中，钢筋轴线的曲线段的具体获得方法包括如下步骤：

D3-1.计算连线中点；

D3-2.计算该中点在偏移后的布筋面的投影点；

D3-3.对曲线用连线端点进行剪切布尔运算，保留距离投影点最近的曲线段；

D3-4.按照步骤D31至D33提取其它布筋引导线之间的曲线段。

具体地，步骤D中，所述钢筋属性包括筋编号、钢筋等级、钢筋型式、钢筋直径、钢筋间距、钢筋长度、钢筋颜色、及备注信息。钢筋对象属性的数据结构为如下：钢筋编号：字符型；钢筋等级：整数型或枚举型；钢筋型式：枚举型；钢筋直径：浮点型或枚举型；钢筋间距；浮点型；钢筋长度：浮点型；钢筋颜色：RGB型；

备注信息：字符型。

本发明的有益效果是：由于混凝土结构面的几何元素和参数，包括布筋引导线提取、布筋点计算、钢筋轴线和端部细节等，由此生成钢筋三维模型，这样可以直观生成和显示三维布筋结果，显示和检查混凝土结构内部的各种钢筋的布置情况。这样的建模方式速度较快，还能将钢筋各种属性信息反映直观、准确地给工程师，提高了工程师工作的效率，其准确的信息也提高了施工进度，同时也避免由于二义性造成施工的缺陷。本发明可以采用拓扑的面模型实现，与采用实体格式的钢筋模型相比，其占用内存和硬盘空间大大减少。本发明与软件平台无关，既可以是基于商业三维设计软件，可以是自主开发的三维图形平台，在工程应用领域具有重要的应用价值，并且具有高可信度、可应用性、可采纳性。

以下结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步描述，应当注意的是，实施例仅仅是为了帮助读者更好地理解本发明的技术构思，并不用以限制本发明权利要求的保护范围。

附图说明

图1是本发明实施例的用于多引导线的三维定数布筋的方法流程图；

图2是本发明的实施例的混凝土结构的偏移后的布筋面的示意图；

图3是本发明的实施例的位于布筋引导线上的布筋点的示意图；

图4是本发明实施例的确定经过布筋点的辅助平面，相交并提取相邻布筋引导线之间曲线段的示意图；

图5是本发明实施例的多引导线定数布筋生成钢筋轴线的示意图；

图6是本发明实施例的钢筋端部弯钩结构参数图。

图中标记为：混凝土结构1、布筋面2、偏移后的布筋面3、混凝土保护层厚度4、布筋引导线5、裁剪线段6、钢筋间距7、布筋引导线上的布筋区间8、布筋点9、相邻布筋引导线的对应布筋的连线中点10、布筋点连线中点在偏移后的布筋面上投影点11、投影点的法向12、经过布筋点的辅助平面13、相交得到贯穿整个偏移后的布筋面的交线14、生成的钢筋轴线15。

具体实施方式

本发明提出了一种用于布置三维定数钢筋的步骤和方法，实现多曲面、多引导线的均匀布筋。本发明根据土木工程混凝土结构的几何信息进行快速布置三维定数钢筋。在选定的布筋面并偏移，按照钢筋根数确定主要控制断面处引导线的钢筋间距确定步筋点，根据布置参数确定钢筋的位置、长度、端部细节，生成三维钢筋模型。本发明通过对工程结构几何信息的拓扑关系驱动，实现快速、参数化布筋，减轻了钢筋设计和统计的工作强度，提高了设计工作效率。本发明能够适应各种截面变化的混凝土结构的三维钢筋布置，能够满足混凝土结构钢筋图的布置要求，可以有效减少钢筋浪费、节省工程投资。

本发明提供的用于多引导线的三维定数布筋方法，包括如下步骤：首先，选定布筋面，对所述布筋面进行偏移处理，偏移距离为混凝土保护层厚度。其次，选择并提取偏移后的布筋面边界为布筋引导线，根据输入的钢筋根数，确定各布筋引导线上的钢筋间距和布筋点。然后，连接相邻布筋引导线的对应点得到直线，计算和确定过该直线的辅助平面，以过该直线的辅助平面切割偏移后的布筋面，生成各段曲线。最后，连接相邻的曲线为钢筋轴线，确定钢筋轴线的端部细节参数，调用钢筋模板，根据钢筋模板生成三维钢筋模型，对三维钢筋模型赋值钢筋属性数据。

实施例

多引导线的三维定数布筋的输入参数主要包括布筋面、布筋引导线、钢筋根数、直径及端部细节。主要方法和步骤是在偏移后的布筋面上，选择和提取各截面处的布筋引导线，然后在布筋引导线计算布筋点和辅助平面，根据辅助平面与偏移后的布筋面求交线，连接各段交线构成钢筋轴线及确定端部细节，最后进行钢筋三维模型生成和轻量化处理。如图1至图6所示，下面结合附图和多引导线三维定数布筋步骤对本发明作进一步详细说明。

步骤一:偏移布筋面 

选定一个或多个布筋面2，偏移布筋面2，偏移距离为混凝土保护层厚度4。偏移后的布筋面3作为输入参数之一。

步骤二:计算布筋点 

选择和提取偏移后的布筋面3边界为布筋引导线5，根据输入的钢筋根数，确定各布筋引导线5上的钢筋间距7和布筋点9。确定布筋点9的步骤如下： 

(1)在偏移后的布筋面上选择并提取布筋引导线5，加入到布筋引导线数组中；

(2)对布筋引导线数组中的布筋引导线5进行排序和归一化方向处理；

(3)依次从布筋引导线数组中读取相邻的两个布筋引导线5；

(4)在布筋引导线5的两端裁剪去一定长度的裁剪线段6，裁剪线段6的长度等于混凝土保护层厚度4；

(5)在裁剪后的布筋引导线5上，计算该布筋引导线5长度，作为布筋区间；

(6)根据输入的钢筋根数，计算钢筋间距7和布筋点9位置，在布筋引导线5上生成等间距分布的布筋点几何元素，并将布筋点5的坐标数组存入布筋点坐标数组；

(7)重复步骤(1)至(6)，在剩余的布筋引导线5上生成布筋点9。

步骤三:计算和确定经过相邻布筋引导线上对应点的辅助平面

连接相邻布筋引导线5的对应点为直线，计算和确定过该直线的平面位置，以便使用该平面进行切割偏移后的布筋面3，生成钢筋轴线15。该平面位置的计算方法和步骤如下：

(1)在各个布筋引导线5的布筋区间生成等间距分布的布筋点9，所形成坐标数组中，读取相邻布筋引导线5的对应点坐标。

(2)连接相邻布筋引导线5的对应点为直线，并计算该直线中点；

(3)该中点在偏移后的布筋面3上进行投影，生成投影点；

(4)若直线两端点、投影点不共线，构成经过相邻布筋点的平面13；若直线两端点、投影点共线，则在偏移后的布筋面3上做一条经过投影点的法钱12，并在该法线取一点，该点与直线两端点不共线，构成经过相邻布筋点5的平面；

(5)按照上述步骤，计算和确定其他的辅助平面位置。

步骤四:生成钢筋轴线 

钢筋轴线的生成步骤：依据本发明的方法，连接相邻的曲线为钢筋轴线，并确定钢筋轴线的端部细节，生成钢筋轴线。钢筋轴线生成方法通过下列以下方法和步骤生成：

(I)经过相邻布筋引导线5上对应点的平面位置确定；

(2)该平面与偏移后的布筋面3求交线；

(3)在该交线上提取布筋引导线之间的曲线段。根据步骤(1)、(2)，生成辅助平面，并与偏移后的布筋面3求交后，得到一条贯穿整个偏移后的布筋面3的交线，需要根据实际情况取舍，保留构成实际钢筋轴线的曲线段。实现方法和步骤是：

(31)计算相邻布筋引导线的对应布筋的连线中点10；

(32)计算该中点10在偏移后的布筋面的投影点11；

(33)对曲线用连线端点进行剪切布尔运算，保留距离投影点最近的曲线段；

(34)按照步骤(31)至(33)提取其它布筋引导线之间的曲线段。

(4)将各曲线段连接为钢筋轴线；

(5)确定钢筋轴线15的端部细节。其中钢筋轴线15的端部弯钩细节，通过设置圆弧半径R、角度Deg、延长长度L实现弯沟参数的设置。同时在角筋平面内，弯钩方向进行对称，切换弯钩到另一侧，见附图4。

(6)处理其他相邻布筋引导线5上对应点，生成钢筋轴线15。

步骤五:生成钢筋三维模型

调用钢筋模板，快速生成全部的三维钢筋模型，赋值钢筋属性数据。

步骤六:钢筋三维模型轻量化

钢筋的显示和存储步骤：对三维钢筋模型进行轻量化处理，实现快速预览、实时显示和快速存储。

Claims (6)

1.用于多引导线的三维定数布筋方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.选定布筋面，对所述布筋面进行偏移处理，偏移距离为混凝土保护层厚度；

B.选择并提取偏移后的布筋面边界为布筋引导线，根据输入的钢筋根数，确定各布筋引导线上的钢筋间距和布筋点；

C.连接相邻布筋引导线的对应点得到直线，计算和确定过该直线的辅助平面，以过该直线的辅助平面切割偏移后的布筋面，生成各段曲线；

D.连接相邻的曲线为钢筋轴线，确定钢筋轴线的端部细节参数，调用钢筋模板，根据钢筋模板生成三维钢筋模型，对三维钢筋模型赋值钢筋属性数据。

2.如权利要求1所述的用于多引导线的三维定数布筋方法，其特征在于，步骤B中，确定布筋点的步骤如下：

B1.在偏移后的布筋面上选择并提取布筋引导线，加入到布筋引导线数组中；

B2.对布筋引导线数组中的布筋引导线进行排序和归一化方向处理；

B3.依次从布筋引导线数组中读取相邻的两个布筋引导线；

B4.在布筋引导线的两端裁剪去一定长度的裁剪线段，裁剪线段的长度等于混凝土保护层厚度；

B5.在裁剪后的布筋引导线上，计算该布筋引导线长度，作为布筋区间；

B6.根据输入的钢筋根数，计算钢筋间距和布筋点位置，在布筋引导线上生成等间距分布的布筋点几何元素，并将布筋点的坐标数组存入布筋点坐标数组；

B7.重复步骤B1至B6，在剩余的布筋引导线上生成布筋点。

3.如权利要求2所述的用于多引导线的三维定数布筋方法，其特征在于，步骤C中，所述辅助平面的计算方法如下：

C1.在各个布筋引导线的布筋区间生成等间距分布的布筋点，在所形成的坐标数组中，读取相邻布筋引导线的对应点坐标；

C2.连接相邻布筋引导线的对应点为直线，并计算该直线的中点；

C3.该中点在偏移后的布筋面上进行投影，生成投影点；

C4.若直线两端点及投影点不共线，构成经过相邻布筋点的平面；若直线两端点及投影点共线，则在偏移后的布筋面上做一条经过投影点的法钱，并在该法线取一点，该点与直线两端点不共线，构成经过相邻布筋点的平面，该平面为辅助平面；

C5.按照上述步骤，计算和确定其它的辅助平面位置。

4.如权利要求3所述的用于多引导线的三维定数布筋方法，其特征在于，步骤D中，所述钢筋轴线的生成包括如下步骤：

D1.确定经过相邻布筋引导线上对应点的平面位置；

D2.求该平面与偏移后的布筋面的交线；

D3.在该交线上提取布筋引导线之间的曲线段，根据所生成辅助平面与偏移后的布筋面求交后，得到一条贯穿整个偏移后的布筋面的交线，得到钢筋轴线的曲线段；

D4.将各曲线段连接得到钢筋轴线，确定钢筋轴线的端部细节参数；

D5.对其它相邻布筋引导线上对应点进行步骤D1至D4的处理，生成所有钢筋轴线。

5.如权利要求4所述的用于多引导线的三维定数布筋方法，其特征在于，步骤D3中，钢筋轴线的曲线段的具体获得方法包括如下步骤：

D3-1.计算连线中点；

D3-2.计算该中点在偏移后的布筋面的投影点；

D3-3.对曲线用连线端点进行剪切布尔运算，保留距离投影点最近的曲线段；

D3-4.按照步骤D31至D33提取其它布筋引导线之间的曲线段。

6.如权利要求1至5任意一项所述的用于多引导线的三维定数布筋方法，其特征在于，步骤D中，所述钢筋属性包括筋编号、钢筋等级、钢筋型式、钢筋直径、钢筋间距、钢筋长度、钢筋颜色、及备注信息。