CN113360971B - 一种钢混组合梁结构骨架半自动设计方法及系统 - Google Patents

一种钢混组合梁结构骨架半自动设计方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钢混组合梁结构骨架半自动设计方法及系统，所述方法在代码逻辑层面内嵌用于实现钢混组合梁立面、断面和平面设计的设计逻辑和构造原则，根据桥梁布跨结果，依次调用对应的设计逻辑和构造原则，完成所述立面、断面和平面的半自动设计，生成钢混组合结构骨架设计图。与现有技术相比，本发明通过内嵌设计逻辑和构造原则的方式，在减少人为干预的条件下实现钢混组合梁结构骨架的半自动化设计，能够有效提高设计效率和质量。

Description

一种钢混组合梁结构骨架半自动设计方法及系统
技术领域
本发明涉及市政及公路桥梁设计领域，尤其是涉及一种钢混组合梁结构骨架半自动设计方法及系统。
背景技术
所谓钢混组合梁(即钢-混凝土混合结构组合梁)，其通过钢梁与混凝土翼板组合，并在钢梁上设置抗剪连接件，使钢梁与混凝土翼板得以共同承受外力，较之单独工作的钢梁或钢筋混凝土梁承载能力显著提高。据统计，与独立钢梁比较，钢混组合梁可节省钢材20％～40％，相应地降低造价10％～30％；与钢筋混凝土比较，钢混组合梁施工更便捷，不仅可以节省模板和支撑工序，还可缩短工期，方便安装管线。
目前，钢混组合梁结构因其优越的受力性能、高度预制装配化和良好的综合效益而被广泛应用于城市高架桥梁建设中。然而，当前缺乏配套的工业设计软件的现状制约了钢混组合梁的进一步发展和推广应用。传统的依靠设计人员经验知识的设计模式效率低下，自动化水平不足，难以满足多联多跨城市高架钢混组合梁快速化设计的需求。因此，亟需一种快速设计钢混组合梁结构骨架的方法，从而提高设计工作效率和质量。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种有效提高设计效率和质量的钢混组合梁结构骨架半自动设计方法及系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种钢混组合梁结构骨架半自动设计方法，该方法在代码逻辑层面内嵌用于实现钢混组合梁立面、断面和平面设计的设计逻辑和构造原则，根据桥梁布跨结果，依次调用对应的设计逻辑和构造原则，完成所述立面、断面和平面的半自动设计，生成钢混组合结构骨架设计图。
进一步地，所述桥梁布跨结果包括节段中心线、起始分孔线和两侧桥梁边线。
进一步地，实现立面设计的所述设计逻辑和构造原则包括以下步骤：
S1.1：获取节段跨径L；
S1.2：判断是否存在L≤40m，若是，则主梁立面形式采用等高梁，跳转至步骤S1.4，若否，则主梁立面形式采用变高梁，进入步骤S1.3；
S1.3：判断是否存在L≤50m，若是，则梁底采用折线型变高，进入步骤S1.4，若否，则梁底采用二次抛物线变高，进入步骤S1.4；
S1.4：根据所述节段跨径L设置对应的梁高值；
S1.5：获取立面布置参数，生成混凝土桥面板和主梁梁底线型的控制线。
进一步地，所述节段跨径L通过以下方式获得：
利用分孔线分割道路中心线，从而获得当前节段的中心线，测量该中心线的长度得到当前节段跨径L。
进一步地，所述步骤S1.4中，当跨径大于35m时，跨中梁高值不小于2.0m。
进一步地，所述立面布置参数包括梁端及支座定位尺寸和桥面板的几何尺寸。
进一步地，实现断面设计的所述设计逻辑和构造原则包括以下步骤：
步骤S2.1：确定主梁类型，所述主梁类型包括槽型梁和钢板梁；
步骤S2.2：根据所述主梁类型的标准布梁数据，对所有节段进行标准布梁，生成标准主梁轴线；
步骤S2.3：在给定的两侧桥宽范围内，根据边梁和次边梁轴线间的距离进行主梁自动增设，完成纵梁轴线排布。
进一步地，将边梁轴线和次边梁轴线间距离的最小值和最大值分别记为dmin和dmax，所述自动增设步骤具体为：
步骤31：判断是否成立dmax≤bw+bk，其中bw为最大腹板间距，bk为槽梁开口宽度，当为钢板梁时取bk＝0，若成立则进入步骤34，否则进入步骤32；
步骤32：判断是否成立bw+bk<dmax≤2bw+bk，若成立，则在边梁和次边梁轴线之间增设一根工字钢，否则增设一根槽型梁；
步骤33：更新dmin和dmax，并回到步骤31；
步骤34：结束纵梁轴线布置。
进一步地，所述平面设计在断面设计的基础上进行，实现平面设计的所述设计逻辑和构造原则包括以下步骤：
步骤S3.1：根据标准主梁轴线C1按bk/2作为偏移值，偏移生成主梁腹板线C2，bk为槽梁开口宽度；
步骤S3.2：根据立面布置参数，生成梁端线C3和支座定位线C4，并设定横梁最小间距，根据该横梁最小间距偏移C4生成两侧横梁控制线C5；
步骤S3.3：利用梁端线C3裁剪主梁轴线C1和主梁腹板线C2，获取实际的主梁轴线C1’和腹板线C2’；
步骤S3.4：根据分孔线与道路中心线的角度进行自动判别，获得横梁布设角度β；
步骤S3.5：判断主梁类型是否为钢板梁，若是，则执行步骤S3.6，若否，则根据横梁控制线C5、主梁腹板线C2和横梁布设角度β判定是否存在箱内横梁，存在即生成箱内横梁控制线，具体地：
利用C5裁剪C2得到箱内横梁布置的边界线C6，沿当前跨所在的道路中心线按横梁间隔g分配横梁定位点，在横梁定位点上向β方向作足够覆盖整个桥宽的辅助线C7，若C7与该主梁所对应的C6均有交点，则判定该主梁在C7位置处存在箱内横梁，生成箱内横梁控制线；
步骤S3.6：根据组合梁类型、主梁类型、跨中梁高值和所在线型判断箱间布设类型，生成箱间横梁控制线，具体地：
当主梁类型为钢板梁时，采用步骤S3.5中箱内横梁控制线的生成逻辑生成箱间横梁控制线，当当主梁类型为槽型梁时，采用以下方式生成箱间横梁控制线：
剔除增设的钢板梁，若当前C7位置的箱间横梁所连接的两根主梁在对应的C7位置均具有箱内横梁，则此处设置箱间横梁，反之不设；除钢板梁裁断处的箱间横梁以外，使用钢板梁轴线对初步形成的箱间横梁进行分割，从而形成最终的箱间横梁控制线。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，包括供电子设备的一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如上所述钢混组合梁结构骨架半自动设计方法的指令。
本发明还提供一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器；和
被存储在存储器中的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如上所述钢混组合梁结构骨架半自动设计方法的指令。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明根据人工获取的参数，利用在代码逻辑层面内嵌的设计逻辑和构造原则实现钢混组合梁立面、断面和平面设计，生成半自动设计图，有效减少由主观因素引起的设计错误，提高钢混组合梁的设计质量，提高设计效率；
2、本发明兼容槽型梁和钢板梁两种主梁类型的半自动设计，适用范围广；
3、本发明的断面半自动设计根据边梁轴线和次边梁轴线间距离的最小值dmin和最大值dmax在标准断面设计的基础上进行纵梁轴线的补充设计，能够适应各种桥宽变化；
4、本发明在平面半自动设计中考虑了主梁类型、横梁布设方式等多种因素，考虑更为全面，提高设计结果的准确性。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明立面半自动设计流程示意图；
图3为本发明断面半自动设计流程示意图；
图4为本发明槽型梁断面参数示意图；
图5为本发明平面半自动设计流程示意图；
图6为本实例中结构骨架半自动设计结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例提供一种钢混组合梁结构骨架半自动设计方法，其特征在于，该方法在代码逻辑层面内嵌用于实现钢混组合梁立面、断面和平面设计的设计逻辑和构造原则，根据桥梁布跨结果，包括节段中心线、起始分孔线和两侧桥梁边线，依次调用对应的设计逻辑和构造原则，完成所述立面、断面和平面的半自动设计，生成钢混组合结构骨架设计图，参考图6所示。参考图1所示，该方法可分为立面半自动设计S1、断面半自动设计S2和平面半自动设计S3三个步骤。
如图2所示，实现立面设计的所述设计逻辑和构造原则包括以下步骤：
S1.1：获取节段跨径L：利用分孔线分割道路中心线，从而获得当前节段的中心线，测量该中心线的长度得到当前节段跨径L；
S1.2：判断是否存在L≤40m，若是，则主梁立面形式采用等高梁，跳转至步骤S1.4，若否，则主梁立面形式采用变高梁，进入步骤S1.3；
S1.3：判断是否存在L≤50m，若是，则梁底采用折线型变高，进入步骤S1.4，若否，则梁底采用二次抛物线变高，进入步骤S1.4；
S1.4：根据所述节段跨径L设置对应的梁高值，当跨径大于35m时，跨中梁高值不小于2.0m；
S1.5：获取立面布置参数，绘制立面布置定位线，生成混凝土桥面板和主梁梁底线型的控制线，所述立面布置参数包括梁端及支座定位尺寸和桥面板的几何尺寸。
如图3所示，实现断面设计的所述设计逻辑和构造原则包括以下步骤：
步骤S2.1：确定主梁类型，所述主梁类型包括槽型梁和钢板梁；
步骤S2.2：根据所述主梁类型的标准布梁数据，对所有节段进行标准布梁，生成标准主梁轴线，其中标准布梁数据包括左边梁悬臂、右边梁悬臂、主梁根数、主梁间距和结构偏移值，当主梁不等距布置时，各个主梁间距需单独给出；若梁数小于2，则直接结束；
步骤S2.3：在给定的两侧桥宽范围内，根据边梁和次边梁轴线间的距离进行主梁自动增设，完成纵梁轴线排布。
主梁增设是以边梁轴线和次边梁轴线间的距离为判断依据，在步骤2的基础上进行纵梁轴线的补充设计，以满足桥梁变宽等复杂情况的布梁任务，将边梁轴线和次边梁轴线间距离的最小值和最大值分别记为dmin和dmax，所述自动增设步骤具体为：
步骤31：判断是否成立dmax≤bw+bk，其中bw为最大腹板间距，bk为槽梁开口宽度，当为钢板梁时取bk＝0，若成立则进入步骤34，否则进入步骤32；
步骤32：判断是否成立bw+bk<dmax≤2bw+bk，若成立，则在边梁和次边梁轴线之间增设一根工字钢，否则增设一根槽型梁；
步骤33：更新dmin和dmax，并回到步骤31；
步骤34：结束纵梁轴线布置。
采用槽型梁进行断面设计的断面参数如图4所示。
平面设计在断面设计的基础上进行，如图5所示，实现平面设计的所述设计逻辑和构造原则包括以下步骤：
步骤S3.1：根据标准主梁轴线C1按bk/2作为偏移值，偏移生成主梁腹板线C2，bk为槽梁开口宽度；
步骤S3.2：根据立面布置参数，生成梁端线C3和支座定位线C4，并设定横梁最小间距，根据该横梁最小间距偏移C4生成两侧横梁控制线C5；
步骤S3.3：利用梁端线C3裁剪主梁轴线C1和主梁腹板线C2，获取实际的主梁轴线C1’和腹板线C2’；
步骤S3.4：根据分孔线与道路中心线的角度进行自动判别，获得横梁布设角度β；
步骤S3.5：判断主梁类型是否为钢板梁，若是，则执行步骤S3.6，若否，则根据横梁控制线C5、主梁腹板线C2和横梁布设角度β判定是否存在箱内横梁，存在即生成箱内横梁控制线，具体地：
利用C5裁剪C2得到箱内横梁布置的边界线C6，沿该跨所在的道路中心线按横梁间隔g分配横梁定位点，在横梁定位点上向β方向作足够覆盖整个桥宽的辅助线C7，若C7与该主梁所对应的C6均有交点，则判定该主梁在C7位置处存在箱内横梁，生成箱内横梁控制线；
步骤S3.6：根据组合梁类型、主梁类型、跨中梁高值和所在线型判断箱间布设类型，生成箱间横梁控制线，具体地：
当主梁类型为钢板梁时，采用步骤S3.5中箱内横梁控制线的生成逻辑生成箱间横梁控制线，当当主梁类型为槽型梁时，由于可能存在槽型梁和钢板梁的混合，采用以下方式生成箱间横梁控制线：
剔除增设的钢板梁，若当前C7位置的箱间横梁所连接的两根主梁在对应的C7位置均具有箱内横梁，则此处设置箱间横梁，反之不设；除钢板梁裁断处的箱间横梁以外，使用钢板梁轴线对初步形成的箱间横梁进行分割，从而形成最终的箱间横梁定位线。
箱间布设类型包括：不设横梁、仅跨中设置一道横梁和所有箱内横梁位置处均设置横梁三种类型；所布设的横梁类型包括框架式、桁架式、实腹式三种类型。
上述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在另一实施方式中，提供一种电子设备，包括一个或多个处理器、存储器和被存储在存储器中的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如上所述钢混组合梁结构骨架半自动设计方法的指令。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种钢混组合梁结构骨架半自动设计方法，其特征在于，该方法在代码逻辑层面内嵌用于实现钢混组合梁立面、断面和平面设计的设计逻辑和构造原则，根据桥梁布跨结果，依次调用对应的设计逻辑和构造原则，完成所述立面、断面和平面的半自动设计，生成钢混组合结构骨架设计图；
实现立面设计的所述设计逻辑和构造原则包括以下步骤：
S1.1：获取节段跨径L；
S1.2：判断是否存在L≤40m，若是，则主梁立面形式采用等高梁，跳转至步骤S1.4，若否，则主梁立面形式采用变高梁，进入步骤S1.3；
S1.3：判断是否存在L≤50m，若是，则梁底采用折线型变高，进入步骤S1.4，若否，则梁底采用二次抛物线变高，进入步骤S1.4；
S1.4：根据所述节段跨径L设置对应的梁高值；
S1.5：获取立面布置参数，生成混凝土桥面板和主梁梁底线型的控制线，所述立面布置参数包括梁端及支座定位尺寸和桥面板的几何尺寸；
实现断面设计的所述设计逻辑和构造原则包括以下步骤：
步骤S2.1：确定主梁类型，所述主梁类型包括槽型梁和钢板梁；
步骤S2.2：根据所述主梁类型的标准布梁数据，对所有节段进行标准布梁，生成标准主梁轴线；
步骤S2.3：在给定的两侧桥宽范围内，根据边梁和次边梁轴线间的距离进行主梁自动增设，完成纵梁轴线排布；
所述平面设计在断面设计的基础上进行，实现平面设计的所述设计逻辑和构造原则包括以下步骤：
步骤S3.1：根据标准主梁轴线C 1按b k /2作为偏移值，偏移生成主梁腹板线C 2，b k 为槽梁开口宽度；
步骤S3.2：根据立面布置参数，生成梁端线C 3和支座定位线C 4，并设定横梁最小间距，根据该横梁最小间距偏移C 4生成两侧横梁控制线C 5；
步骤S3.3：利用梁端线C 3裁剪主梁轴线C 1和主梁腹板线C 2，获取实际的主梁轴线C 1’和腹板线C 2’；
步骤S3.4：根据分孔线与道路中心线的角度进行自动判别，获得横梁布设角度β；
步骤S3.5：判断主梁类型是否为钢板梁，若是，则执行步骤S3.6，若否，则根据横梁控制线C 5、主梁腹板线C 2和横梁布设角度β判定是否存在箱内横梁，存在即生成箱内横梁控制线，具体地：
利用C 5裁剪C 2得到箱内横梁布置的边界线C 6，沿当前跨所在的道路中心线按横梁间隔g分配横梁定位点，在横梁定位点上向β方向作足够覆盖整个桥宽的辅助线C 7，若C 7与该主梁所对应的C 6均有交点，则判定该主梁在C 7位置处存在箱内横梁，生成箱内横梁控制线；
步骤S3.6：根据组合梁类型、主梁类型、跨中梁高值和所在线型判断箱间横梁的布设类型，生成箱间横梁控制线，具体地：
当主梁类型为钢板梁时，采用步骤S3.5中箱内横梁控制线的生成逻辑生成箱间横梁控制线，当主梁类型为槽型梁时，采用以下方式生成箱间横梁控制线：
剔除增设的钢板梁，若当前C 7位置的箱间横梁所连接的两根主梁在对应的C 7位置均具有箱内横梁，则此处设置箱间横梁，反之不设；除钢板梁裁断处的箱间横梁以外，使用钢板梁轴线对初步形成的箱间横梁进行分割，从而形成最终的箱间横梁控制线。
2.根据权利要求1所述的钢混组合梁结构骨架半自动设计方法，其特征在于，所述桥梁布跨结果包括节段中心线、起始分孔线和两侧桥梁边线。
3.根据权利要求1所述的钢混组合梁结构骨架半自动设计方法，其特征在于，所述节段跨径L通过以下方式获得：
利用分孔线分割道路中心线，从而获得当前节段的中心线，测量该中心线的长度得到当前节段跨径L。
4.根据权利要求1所述的钢混组合梁结构骨架半自动设计方法，其特征在于，所述步骤S1.4中，当跨径大于35 m时，跨中梁高值不小于2.0 m。
5.根据权利要求1所述的钢混组合梁结构骨架半自动设计方法，其特征在于，将边梁轴线和次边梁轴线间距离的最小值和最大值分别记为d min 和d max ，所述自动增设步骤具体为：
步骤31：判断是否成立d max ≤b w +b k ，其中b w 为最大腹板间距，b k 为槽梁开口宽度，当为钢板梁时取b k =0，若成立则进入步骤34，否则进入步骤32；
步骤32：判断是否成立b w +b k <d max ≤2b w +b k ，若成立，则在边梁和次边梁轴线之间增设一根工字钢，否则增设一根槽型梁；
步骤33：更新d min 和d max ，并回到步骤31；
步骤34：结束纵梁轴线布置。
6.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器；和
被存储在存储器中的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1-5任一所述钢混组合梁结构骨架半自动设计方法的指令。
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