CN111143935B - 一种三维混凝土高架桥的自动设计方法 - Google Patents

一种三维混凝土高架桥的自动设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种三维混凝土高架桥的自动设计方法，其包括如下步骤：S1、获取三维坐标；S2、断面网格划分；S3、三维网格连接；S4、横梁位置特殊处理；S5、建立下部三维结构；S6、桥梁整体结构融合。本发明的三维混凝土高架桥的自动设计方法，能有效提高高架桥三维设计的效率，降低设计成本。

Description

一种三维混凝土高架桥的自动设计方法
技术领域
本发明涉及桥梁设计技术领域，特别涉及一种三维混凝土高架桥的自动设计方法。
背景技术
随着城市的发展，越来越多的高架桥在建设或者准备建设中，同时城市高架桥的建设中几乎全部采用凝土连续箱梁。同时由于整体技术的发展，和对材料利用率要求的提高，现在对于高架桥三维绘图方面的要求越来越高，将成为下一步设计人员绘图的一个重点。
但高架桥的三维绘图非常繁琐，是普通绘制二维平面图的几倍甚至是几十倍的时间，特别是异形混凝土箱梁，手动绘制几乎需要是几个月的时间，而现有的计算机辅助软件均不能满足设计的需求，所以这个工作会耗费设计人员的大量时间。同时BIM技术在路桥行业中将进一步得到应用，这就更要求在三维绘图方面要有快捷性和准确性，这些工作将给一般的设计单位带来很大的成本压力。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种三维混凝土高架桥的自动设计方法，能有效提高高架桥三维设计的效率，降低设计成本。
为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种三维混凝土高架桥的自动设计方法，其包括如下步骤：
S1、获取三维坐标：
根据竖曲线、平曲线以及道路中心线求出结构线上点的三维坐标集合Pn(xn，yn，zn)；
S2、断面网格划分：
根据已求出的点的集合以及输入断面个数参数，推断需绘制的断面的最佳位置，再根据横断面上的变化点将组成横断面的各条直线划分成若干个节点，将横断面中各个控制节点依绘制多边形为原则进行依次连接，在横断面中形成网格划分；
S3、三维网格连接：首先通过三维坐标计算得到每个断面中的各个控制节点三维坐标；然后将相邻的断面相同位置的多边形外缘线沿道路中心线方向依次相连形成三维面结构；按照此方法依次将所有的面相连，形成整体结构；
S4、横梁位置特殊处理：首先根据平曲线和横断面参数绘制横梁处断面，将建立好的横梁做成块，并建立一个自适应坐标系U1(x，y)；然后将整个块插入到三维坐标系中，并将块还原成为正常线型；再将自建坐标系U1转换融合到整体坐标系中，建立横梁三维图形；
S5、建立下部三维结构：首先根据高架桥整体设计需求选择数据库中合适的结构样式；结合计算机辅助制图系统中输入平曲线信息，确定桥墩的平面坐标位置；然后再根据竖曲线信息，计算桥墩高度、桩基长度等，从而确定桥墩三维图形；
S6、桥梁整体结构融合：将组成桥梁的所有结构在三维坐标下同时显示出来，按照实际的坐标与标高整体体现整个桥梁结构。
此外，本发明还包括如下附属技术方案：
所述步骤S1具体包括：
S11：根据高架桥整体设计要求，在计算机辅助制图系统中输入整体高架桥的平曲线和竖曲线；
S12：读取目标高架桥在平曲线中的道路中心线和结构线，记录两者在平面中的坐标，获取结构线上任一点的二维坐标Pi(x，y)；同时求出该点与对应的道路中心线的垂线，并记录垂线长度Li与垂足点位置Pj；
S13：求出Pj点在道路中心线方向上距离起始点的长度Lj，再通过长度Lj在竖曲线中找到距离起始点相同长度处所对应的高程方向上的点Pk，根据点Pk到标高基准线的距离求出高程；
S14：根据输入的横坡坡度和梁高参数，以及点Pi(x，y)到道路中心线的垂线长度Li，求出点Pj到点Pk的高差，从而得到Pi点的高程，从而得到该点三维坐标Pi(x，y，z)；
S15：根据输入参数，重复步骤S12～S14，以一定间距范围求出结构线和控制线上点的三维坐标集合Pn(xn，yn，zn)。
在步骤S1中，计算得出高架桥任一结构线或控制线上任意一点的三维坐标信息后，可按照输入参数间距范围存储和输出各点三维坐标信息。
在步骤S2中，能够精确控制绘制网络的节点个数和绘制网格的形式。
所述步骤S3具体包括：
S31：根据已经求出的控制节点的三维坐标，绘制控制节点在三维图中的位置；再根据坐标信息，将各个控制点进行一定顺序编号，将横断面上网格划分的各个网格单元与相邻断面相同位置进行连接；采用这种方式将所有相邻的控制节点均相连，形成一个整体。
在步骤S3、S4中可精确的将构造上点的二维信息转换成三维信息。
所述步骤S5具体包括：
S51：根据实际需求，选择下部结构类型，首先编制桥墩的变化控制点，使控制点在后期的参数输入时能够三维变化，达到试用任意桥墩高度变化要求；其次编辑承台的大小；编译桩基的平面坐标位置；将以上信息做成数据库存储。
相比于现有技术，本发明优点在于：
本发明的三维混凝土高架桥的自动设计方法，可以实现混凝土高架桥三维自动化设计，设计人员只需要按照常规的二维参数进行输入即可绘制高架桥的三维设计方案，可以有效减少设计人员的工作强度，提高工作效率，同时降低设计单位的设计成本。
附图说明
图1是本发明中三维点集合组成的线设计示意图。
图2是本发明中断面网格划分设计示意图。
图3是本发明中相邻网格连接设计示意图。
图4是本发明中横梁做成块设计示意图。
图5是本发明中下部结构设计示意图。
图6是本发明中整个桥梁结构设计示意图。
具体实施方式
以下结合较佳实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。
一种三维混凝土高架桥的自动设计方法，其包括如下步骤：
S1、获取三维坐标：根据竖曲线、平曲线以及道路中心线求出结构线上点的三维坐标集合Pn(xn，yn，zn)；
具体包括：
S11：根据高架桥整体设计要求，在计算机辅助制图系统中输入整体高架桥的平曲线和竖曲线；
S12：读取目标高架桥在平曲线中的道路中心线和结构线，记录两者在平面中的坐标，获取结构线上任一点的二维坐标Pi(x，y)；同时求出该点与对应的道路中心线的垂线，并记录垂线长度Li与垂足点位置Pj；
S13：求出Pj点在道路中心线方向上距离起始点的长度Lj，再通过长度Lj在竖曲线中找到距离起始点相同长度处所对应的高程方向上的点Pk，根据点Pk到标高基准线的距离求出高程；
S14：根据输入的横坡坡度和梁高参数，以及点Pi(x，y)到道路中心线的垂线长度Li，求出点Pj到点Pk的高差，从而得到Pi点的高程，从而得到该点三维坐标Pi(x，y，z)；
S15：根据输入参数，重复步骤S12～S14，以一定间距范围求出结构线和控制线上点的三维坐标集合Pn(xn，yn，zn)，并在三维空间中绘图，连接成线，如图1所示。
计算得出高架桥任一结构线或控制线上任意一点的三维坐标信息后，可按照输入参数间距范围存储和输出各点三维坐标信息。
S2、断面网格划分：根据已求出的点的集合以及输入断面个数参数，推断需绘制的断面的最佳位置，再根据横断面上的变化点将组成横断面的各条直线划分成若干个节点，将横断面中各个控制节点依绘制多边形为原则进行依次连接，在横断面中形成网格划分，如图2所示，能够精确控制绘制网络的节点个数和绘制网格的形式。
S3、三维网格连接：首先通过三维坐标计算得到每个断面中的各个控制节点三维坐标；然后将相邻的断面相同位置的多边形外缘线沿道路中心线方向依次相连形成三维面结构，如图3所示；按照此方法依次将所有的面相连，形成整体结构；
具体包括：
S31：根据已经求出的控制节点的三维坐标，绘制控制节点在三维图中的位置；再根据坐标信息，将各个控制点进行一定顺序编号，将横断面上网格划分的各个网格单元与相邻断面相同位置进行连接；采用这种方式将所有相邻的控制节点均相连，形成一个整体。
S4、横梁位置特殊处理：首先根据平曲线和横断面参数绘制横梁处断面，将建立好的横梁做成块，并建立一个自适应坐标系U1(x，y)；然后将整个块插入到三维坐标系中，并将块还原成为正常线型；再将自建坐标系U1转换融合到整体坐标系中，建立横梁三维图形。
步骤S3、S4可精确的将构造上点的二维信息转换成三维信息。
S5、建立下部三维结构：首先根据高架桥整体设计需求选择数据库中合适的结构样式；结合计算机辅助制图系统中输入平曲线信息，确定桥墩的平面坐标位置；然后再根据竖曲线信息，计算桥墩高度、桩基长度等，从而确定桥墩三维图形，如图5所示。
具体包括：
S51：根据实际需求，选择下部结构类型，首先编制桥墩的变化控制点，使控制点在后期的参数输入时能够三维变化，达到试用任意桥墩高度变化要求；其次编辑承台的大小；编译桩基的平面坐标位置；将以上信息做成数据库存储。
S6、桥梁整体结构融合：将组成桥梁的所有结构在三维坐标下同时显示出来，按照实际的坐标与标高整体体现整个桥梁结构，如图6所示。
本发明的三维混凝土高架桥的自动设计方法，可以实现混凝土高架桥三维自动化设计，设计人员只需要按照常规的二维参数进行输入即可绘制高架桥的三维设计方案，可以有效减少设计人员的工作强度，提高工作效率，同时降低设计单位的设计成本。
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种三维混凝土高架桥的自动设计方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1、获取三维坐标：
根据竖曲线、平曲线以及道路中心线求出结构线上点的三维坐标集合Pn(xn，yn，zn)；
所述步骤S1具体包括：
S11：根据高架桥整体设计要求，在计算机辅助制图系统中输入整体高架桥的平曲线和竖曲线；
S12：读取目标高架桥在平曲线中的道路中心线和结构线，记录两者在平面中的坐标，获取结构线上任一点的二维坐标Pi(x，y)；同时求出该点与对应的道路中心线的垂线，并记录垂线长度Li与垂足点位置Pj；
S13：求出Pj点在道路中心线方向上距离起始点的长度Lj，再通过长度Lj在竖曲线中找到距离起始点相同长度处所对应的高程方向上的点Pk，根据点Pk到标高基准线的距离求出高程；
S14：根据输入的横坡坡度和梁高参数，以及点Pi(x，y)到道路中心线的垂线长度Li，求出点Pj到点Pk的高差，从而得到Pi点的高程，从而得到该点三维坐标Pi(x，y，z)；
S15：根据输入参数，重复步骤S12～S14，以一定间距范围求出结构线和控制线上点的三维坐标集合Pn(xn，yn，zn)；
S2、断面网格划分：
根据已求出的点的集合以及输入断面个数参数，推断需绘制的断面的最佳位置，再根据横断面上的变化点将组成横断面的各条直线划分成若干个节点，将横断面中各个控制节点依绘制多边形为原则进行依次连接，在横断面中形成网格划分；
S3、三维网格连接：首先通过三维坐标计算得到每个断面中的各个控制节点三维坐标；然后将相邻的断面相同位置的多边形外缘线沿道路中心线方向依次相连形成三维面结构；按照此方法依次将所有的面相连，形成整体结构；
S4、横梁位置特殊处理：首先根据平曲线和横断面参数绘制横梁处断面，将建立好的横梁做成块，并建立一个自适应坐标系U1(x，y)；然后将整个块插入到三维坐标系中，并将块还原成为正常线型；再将自建坐标系U1转换融合到整体坐标系中，建立横梁三维图形；
S5、建立下部三维结构：首先根据高架桥整体设计需求选择数据库中合适的结构样式；结合计算机辅助制图系统中输入平曲线信息，确定桥墩的平面坐标位置；然后再根据竖曲线信息，计算桥墩高度、桩基长度，从而确定桥墩三维图形；
S6、桥梁整体结构融合：将组成桥梁的所有结构在三维坐标下同时显示出来，按照实际的坐标与标高整体体现整个桥梁结构。
2.按照权利要求1所述三维混凝土高架桥的自动设计方法，其特征在于：在步骤S1中，计算得出高架桥任一结构线或控制线上任意一点的三维坐标信息后，可按照输入参数间距范围存储和输出各点三维坐标信息。
3.按照权利要求1所述三维混凝土高架桥的自动设计方法，其特征在于：在步骤S2中，能够精确控制绘制网络的节点个数和绘制网格的形式。
4.按照权利要求1所述三维混凝土高架桥的自动设计方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
S31：根据已经求出的控制节点的三维坐标，绘制控制节点在三维图中的位置；再根据坐标信息，将各个控制点进行一定顺序编号，将横断面上网格划分的各个网格单元与相邻断面相同位置进行连接；采用这种方式将所有相邻的控制节点均相连，形成一个整体。
5.按照权利要求4所述三维混凝土高架桥的自动设计方法，其特征在于：在步骤S3、S4中可精确的将构造上点的二维信息转换成三维信息。
6.按照权利要求1所述三维混凝土高架桥的自动设计方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：
S51：根据实际需求，选择下部结构类型，首先编制桥墩的变化控制点，使控制点在后期的参数输入时能够三维变化，达到试用任意桥墩高度变化要求；其次编辑承台的大小；编译桩基的平面坐标位置；将以上信息做成数据库存储。
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