CN107908861B - 桥梁体外预应力拉索变基面设计方法 - Google Patents

桥梁体外预应力拉索变基面设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及桥梁体外预应力拉索的设计，具体设计操作如下：建立拉索设计总体坐标系；由起点开始，依次在拉索导线上连续三个控制点(起点、终点或转点)确定的空间三维基面内，进行转点处拉索转向器的几何设计；核查设计，修正数据，测量记录，完成一个转点处的设计；对下一个转点处的设计引起的连带影响，进行重复设计，直至完成所有转点处的设计。本发明提出了一种桥梁体外预应力拉索的空间三维几何设计方法，解决了桥梁体外预应力拉索的空间转向设计问题，对桥梁BIM技术的应用和发展具有积极意义。

Description

桥梁体外预应力拉索变基面设计方法
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种桥梁体外预应力拉索变基面设计方法。
背景技术
过去的十年，国外BIM技术和标准的发展迅速。目前，我国的建筑BIM技术取得一定进展，但桥梁BIM技术则刚进入启动阶段。
相对于建筑BIM技术对环境融合、专业协同的重视，桥梁BIM技术对结构安全、构造协同则更为重视，高度的空间结构、联合作用、空间分析、空间展示特征使得勉强开发出的桥梁BIM系统多反映出形式主义特征和两张皮现象。
同时，采用结构化的观点、工业化的模式，在规模化、系列化的水平上，实绿色公路的建设，正成为我国公路建设发展的方向。一批诸如节段预制拼装箱梁、全体外预应力拉索等工业化技术应运而生。精巧的结构、精细的要求更反衬出我国在发展桥梁BIM技术，推行三维精确设计，打造数据信息模型，实现工厂智能制造上存在的很多不足。问题不及时加以解决，势必成为制约我国公路工业化建造技术发展的瓶颈。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种桥梁体外预应力拉索变基面设计方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种桥梁体外预应力拉索变基面设计方法，所述的体外预应力拉索为空间三维结构，由一条连续的空间三维导线上的控制点进行定位，所述控制点包括起点、终点及各转点；所述的基面为连续三个所述的控制点确定的空间三维平面；所述的设计是指在各基面上进行的转向器的几何定位设计和几何尺寸设计；所述的设计方法包括以下几个步骤：
(1)在AutoCAD 2012设计软件上进行桥梁主梁的设计；
(2)在桥梁主梁上建立拉索设计总体坐标系，初步定位拉索导线控制点位置，所述控制点包括起点、终点及各转点；
(3)由起点开始，依次在连续三个控制点确定的基面内，进行各转点处预设最小半径的拉索转向器圆弧段的设计；
(4)在同一基面内核查转向器圆弧段位置，确保其处于梁体内部且端部距离梁体表面在规定值范围内，否则修正梁体尺寸、转向器半径、拉索导线控制点位置；
(5)在同一基面内进行转向器圆弧段端部直线段的设计，要求其出露梁体表面且端部距梁体表面在规定值范围内；
(6)测量并记录转向器定位坐标和尺寸数据，完成一个转点处的设计；
(7)对下一个转点处的设计引起的连带影响，进行重复设计，直至完成所有转点处的设计。
所述步骤(1)中，桥梁主梁的设计为空间三维几何设计。
所述步骤(2)中，拉索设计总体坐标系X-O-Y(Z)的原点在拉索起点梁端截面形心线梁底处，X轴指向拉索终点，Y轴指向拉索侧，Z轴沿形心线指向梁顶，拉索导线的起点、终点位于跨端横隔板上，转点位于跨内转向隔板等上。
所述步骤(3)、(4)、(5)中，拉索转向器应为平面结构；转向器预设最小半径根据拉索的型式而定。对于常见的钢绞线拉索可取2.9m；转向器圆弧段端部、直线段端部距梁体表面在规定值可取50～100mm。
所述步骤(6)中，转向器定位坐标统一为总体坐标系X-O-Y(Z)内转向器形心线上两端点三维坐标和圆弧顶点三维坐标；转向器尺寸数据统一为转向器形心线上圆弧段半径和圆心角、直线段长度。
所述步骤(7)中，下一个转点处的设计引起的连带影响不再向更上的转折点传递。
本发明提出了一种桥梁体外预应力拉索的空间三维几何设计方法，统一了设计思路，规范了设计步骤。
本发明解决了桥梁体外预应力拉索的空间转向设计问题，对桥梁BIM技术的应用和发展具有积极意义。
附图说明
图1为3×30m全体外预应力节段拼装箱梁示意图；
图2为图1中本发明的体外预应力拉索设计总体坐标系示意图；
图3为图2的拉索导线上的三个控制点确定的一个基面示意图；
图4为图3的基面上的拉索转向器几何定位和几何尺寸示意图；
图中，1-全体外预应力节段拼装箱梁；2-体外预应力拉索；3-拉索设计总体坐标系；4-拉索导线；5-基面；6-转向器；7-转向隔板。
具体实施方式
一种桥梁体外预应力拉索变基面设计方法，所述的体外预应力拉索为空间三维结构，由一条连续的空间三维导线上的控制点进行定位，所述控制点包括起点、终点及各转点；所述的基面为连续三个所述的控制点确定的空间三维平面；所述的设计是指在各基面上进行的转向器的几何定位设计和几何尺寸设计；所述的设计方法包括以下几个步骤：
(1)在AutoCAD 2012设计软件上进行桥梁主梁的设计；
(2)在桥梁主梁上建立拉索设计总体坐标系，初步定位拉索导线控制点位置，所述控制点包括起点、终点及各转点；
(3)由起点开始，依次在连续三个控制点确定的基面内，进行各转点处预设最小半径的拉索转向器圆弧段的设计；
(4)在同一基面内核查转向器圆弧段位置，确保其处于梁体内部且端部距离梁体表面在规定值范围内，否则修正梁体尺寸、转向器半径、拉索导线控制点位置；
(5)在同一基面内进行转向器圆弧段端部直线段的设计，要求其出露梁体表面且端部距梁体表面在规定值范围内；
(6)测量并记录转向器定位坐标和尺寸数据，完成一个转点处的设计；
(7)对下一个转点处的设计引起的连带影响，进行重复设计，直至完成所有转点处的设计。
所述步骤(1)中，桥梁主梁的设计为空间三维几何设计。
所述步骤(2)中，拉索设计总体坐标系X-O-Y(Z)的原点在拉索起点梁端截面形心线梁底处，X轴指向拉索终点，Y轴指向拉索侧，Z轴沿形心线指向梁顶，拉索导线的起点、终点位于跨端横隔板上，转点位于跨内转向隔板等上。
所述步骤(3)、(4)、(5)中，拉索转向器应为平面结构；转向器预设最小半径根据拉索的型式而定。对于常见的钢绞线拉索可取2.9m；转向器圆弧段端部、直线段端部距梁体表面在规定值可取50～100mm。
所述步骤(6)中，转向器定位坐标统一为总体坐标系X-O-Y(Z)内转向器形心线上两端点三维坐标和圆弧顶点三维坐标；转向器尺寸数据统一为转向器形心线上圆弧段半径和圆心角、直线段长度。
所述步骤(7)中，下一个转点处的设计引起的连带影响不再向更上的转折点传递。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
参见图1，四车道3×30m全体外预应力节段拼装箱梁1，每跨设置8根体外预应力拉索2。体外预应力拉索2为空间三维钢绞线拉索，以跨内转向隔板7等处的转向器6为关键转向构造。转向器6的几何定位设计和几何尺寸设计采用变基面设计方法。设计按既定的步骤进行。
参见图2，首先，在AutoCAD 2012-Simplified Chinese设计软件上进行桥梁箱梁1的空间三维几何设计。而后，在箱梁1上建立拉索设计总体坐标系3，坐标系原点在拉索2起点梁端截面形心线梁底处，X轴指向拉索终点，Y轴指向拉索侧，Z轴沿形心线指向梁顶。
参见图3，以最靠近截面中线的拉索2为例，在总体坐标系3中，体外预应力拉索2由一条连续的空间三维拉索导线4上的起点D1、终点及各转点D2、D3、D4等控制点进行定位。其中，拉索导线4的起点D1、终点位于跨端横隔板上，转点D2、D3、D4等位于跨内转向隔板7等上。
参见图3，以最靠近截面中线的拉索2为例，在根据结构计算结果和设计规范要求，初步定位拉索导线4上的起点D1、终点及各转点D2、D3、D4等控制点位置后，即可由起点D1开始，依次在连续三个控制点确定的基面5内，进行各转点处转向器6的设计。设计按拉索转向器6为平面结构，最小半径2.9m，圆弧段端部、直线段端部距梁体表面50～100mm的要求，反复调整进行。如在D2、D3、D4点确定的基面5内，进行转点D3处转向器6的设计。
参见图4，最靠近截面中线的拉索2为例，进行一个转点处的几何设计后，测量并记录转向器定位坐标和尺寸数据，形成该点处的完整设计。对下一个转点处的设计引起的连带影响，进行重复设计，直至完成所有转点处的设计。
本实施例中，转点D3处转向器定位坐标和尺寸数据测量并记录示例如下：
(X3L，Y3L，Z3L)＝(11.289023，1.161944，0.416804)
(X3R，Y3R，Z3R)＝(11.289023，1.161944，0.416804)
(X3C，Y3C，Z3C)＝(11.900456，1.179178，0.357715)
(R3，θ3，L3L，L3R)＝(5000，6.4977°，331.106，316.179)
其中，坐标以m记；长度以mm记；角度以°记。
参见图1，全体外预应力节段拼装箱梁1中其他拉索可按相同的方法进行设计。采用本发明提出的空间三维几何设计方法，统一了设计思路，规范了设计步骤，促进了BIM技术的应用。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种桥梁体外预应力拉索变基面设计方法，其特征在于，所述的体外预应力拉索为空间三维结构，由一条连续的空间三维导线上的控制点进行定位，所述控制点包括起点、终点及各转点；所述的基面为连续三个所述的控制点确定的空间三维平面；所述的设计是指在各基面上进行的转向器的几何定位设计和几何尺寸设计；所述的设计方法包括以下几个步骤：
(1)在AutoCAD 2012设计软件上进行桥梁主梁的设计；
(2)在桥梁主梁上建立拉索设计总体坐标系，初步定位拉索导线控制点位置，所述控制点包括起点、终点及各转点；
(3)由起点开始，依次在连续三个控制点确定的基面内，进行各转点处预设最小半径的拉索转向器圆弧段的设计；
(4)在同一基面内核查转向器圆弧段位置，确保其处于梁体内部且端部距离梁体表面在规定值范围内，否则修正梁体尺寸、转向器半径、拉索导线控制点位置；
(5)在同一基面内进行转向器圆弧段端部直线段的设计，要求其出露梁体表面且端部距梁体表面在规定值范围内；
(6)测量并记录转向器定位坐标和尺寸数据，完成一个转点处的设计；
(7)对下一个转点处的设计引起的连带影响，进行重复设计，直至完成所有转点处的设计。
2.根据权利要求1所述的一种桥梁体外预应力拉索变基面设计方法，其特征在于，所述步骤(1)中，桥梁主梁的设计为空间三维几何设计。
3.根据权利要求1所述的一种桥梁体外预应力拉索变基面设计方法，其特征在于，所述步骤(2)中，拉索设计总体坐标系X-O-Y(Z)的原点在拉索起点梁端截面形心线梁底处，X轴指向拉索终点，Y轴指向拉索侧，Z轴沿形心线指向梁顶，拉索导线的起点、终点位于跨端横隔板上，转点位于跨内转向隔板上。
4.根据权利要求1所述的一种桥梁体外预应力拉索变基面设计方法，其特征在于，所述步骤(3)、(4)、(5)中，拉索转向器应为平面结构；转向器预设最小半径根据拉索的型式而定。
5.根据权利要求4所述的一种桥梁体外预应力拉索变基面设计方法，其特征在于，对于常见的钢绞线拉索取2.9m；转向器圆弧段端部、直线段端部距梁体表面在规定值取50～100mm。
6.根据权利要求1所述的一种桥梁体外预应力拉索变基面设计方法，其特征在于，所述步骤(6)中，转向器定位坐标统一为总体坐标系X-O-Y(Z)内转向器形心线上两端点三维坐标和圆弧顶点三维坐标；转向器尺寸数据统一为转向器形心线上圆弧段半径和圆心角、直线段长度。
7.根据权利要求1所述的一种桥梁体外预应力拉索变基面设计方法，其特征在于，所述步骤(7)中，下一个转点处的设计引起的连带影响不再向更上的转点传递。
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