CN114547918B - 基于cad二维图形计算预应力筋张拉延伸量的方法及系统 - Google Patents

基于cad二维图形计算预应力筋张拉延伸量的方法及系统 Download PDF

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CN114547918B CN202210442940.0A CN202210442940A CN114547918B CN 114547918 B CN114547918 B CN 114547918B CN 202210442940 A CN202210442940 A CN 202210442940A CN 114547918 B CN114547918 B CN 114547918B
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Abstract

本发明提供了一种基于CAD二维图形计算预应力筋张拉延伸量的方法及系统，通过根据预应力筋布置图中的立面图和平面图分别获取每根预应力筋的竖弯曲线素元素和平弯曲线元素；然后针对不同竖弯与平弯的情形，分情况计算每个所述竖弯曲线元素的起始点处的预应力、该竖弯曲线元素上的预应力损失以及张拉延伸量；最后根据张拉应力的方向获取所述方向上的所有竖弯曲线元素的预应力损失与张拉延伸量之和，得到总的预应力损失与张拉延伸量。针对由大量的由CAD二维制图手段和表达的预应力筋，在计算预应力筋预应力摩阻损失和延伸量时同时考虑竖弯和平弯的影响，分段精确计算，具有运算效率高、识别准确度高、结果精确度高的优点。

Description

基于CAD二维图形计算预应力筋张拉延伸量的方法及系统
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种基于CAD二维图形重构预应力筋的空间信息并计算张拉延伸量的方法及系统。
背景技术
预应力混凝土结构，是在结构承受荷载之前，预先对其施加压力，使其在外荷载作用时的受拉区混凝土内力产生压应力，用以抵消或减小外荷载产生的拉应力，使结构在正常使用的情况下不产生裂缝或者裂得比较晚。预应力混凝土结构自从第二次世界大战后发明以来，取得了巨大的成果，突破了混凝土不能受拉和开裂的约束，大大扩展了混凝土结构的应用范围。目前桥梁预应力主要采用钢绞线、高强度钢丝和高强度粗钢筋提供，统称为预应力筋。
预应力筋对于混凝土结构的受力安全至关重要。预应力筋在混凝土结构中定位以及施工张拉延伸量的准确性，对混凝土结构受力状态有较大的影响，定位错误或张拉延伸量错误可能引起灾难性的后果。固在工程设计时，需单独给出预应力的线形等几何信息，并提供张拉延伸量给施工单位。
长期以来，设计人员习惯采用AutoCAD进行工程二维制图，大量的预应力混凝土梁通过立面、平面、剖面等表达几何和定位信息。预应力筋同样通过二维制图的形式进行表达，导致施工时难以进行准确放样，甚至会出现相互碰撞的现象。而作为施工关键参数的张拉延伸量，由于人员难以获得预应力筋的完整空间信息，往往会通过简化为某个影响的最大平面的投影形状去计算，通常为简化为立面，即只考虑竖弯，而忽略其他投影面对线形的影响。这样计算得到的延伸量显然是不精确和不可靠的。
有鉴于此，有必要研究一种新的基于CAD二维图形重构预应力筋空间信息并计算张拉延伸量的方法。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种新的基于CAD二维图形计算预应力筋张拉延伸量的方法及系统，具有算法逻辑清晰简单、运行效率高、识别准确度高的优点。
为实现上述目的，本发明提供一种基于CAD二维图形计算预应力筋张拉延伸量的方法，包括步骤：
S11，根据预应力筋布置图中的立面图获取每根预应力筋的竖弯曲线，按照预设的拆分规则获取每个所述竖弯曲线的竖弯曲线元素Csi，
Figure 84532DEST_PATH_IMAGE001
，所述竖弯曲线元素包括直线与圆弧，并建立存储有每根预应力筋的所述竖弯曲线的结构化数据的竖弯曲线表达数据集SDatas，其中，每个所述竖弯曲线的结构化数据包括该竖弯曲线的所有第一交点的第一交点数据；所述第一交点包括所述竖弯曲线的起点和终点、相邻的两个所述竖弯曲线元素的交点、以及为圆弧的所述竖弯曲线元素的圆弧两侧切线的交点，所述第一交点数据包括所述第一交点的X轴坐标、Z轴坐标以及圆弧半径；其中，所述第一交点数据按照X轴坐标升序排列；所述第一交点为直线的端点时，所述圆弧半径为0；
S12，根据预应力筋布置图中的平面图获取每根预应力筋的平弯曲线，按照预设的拆分规则获取每个所述平弯曲线的平弯曲线元素Chj，
Figure 62852DEST_PATH_IMAGE002
，所述平弯曲线元素包括直线与圆弧，并建立存储有每根预应力筋的所述平弯曲线的结构化数据的平弯曲线表达数据集HDatas，其中，每个所述平弯曲线的结构化数据包括该平弯曲线的所有第二交点的第二交点数据；所述第二交点包括所述平弯曲线的起点和终点、相邻的两个所述平弯曲线元素的交点、以及为圆弧的所述平弯曲线元素的圆弧两侧切线的交点，所述第二交点数据包括所述第二交点的X轴坐标、Y轴坐标以及圆弧半径；其中，所述第二交点数据按照X轴坐标升序排列；所述第二交点为直线的端点时，所述圆弧半径为0；
S2，根据所述竖弯曲线表达数据集SDatas中的所述第一交点数据以及所述平弯曲线表达数据集HDatas中的所述第二交点数据，计算每个所述竖弯曲线元素
Figure 659050DEST_PATH_IMAGE003
的起始点处的预应力
Figure 480244DEST_PATH_IMAGE004
以及该竖弯曲线元素上的预应力损失
Figure 843092DEST_PATH_IMAGE005
；其中，
Figure 551285DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 833231DEST_PATH_IMAGE007
；
Figure 17088DEST_PATH_IMAGE008
为所述竖弯曲线元素
Figure 58993DEST_PATH_IMAGE009
对应的偏转角；
Figure 605381DEST_PATH_IMAGE010
为所述竖弯曲线元素
Figure 933594DEST_PATH_IMAGE009
对应的长度；
Figure 214534DEST_PATH_IMAGE011
为预应力筋与管道壁的摩擦系数；e为自然常数；k为管道每米局部偏差对摩擦的影响系数;
Figure 919185DEST_PATH_IMAGE012
为所述竖弯曲线元素
Figure 585658DEST_PATH_IMAGE013
所在的竖弯曲线起点处的预应力；
所述Xi的计算方式为Xi=Xi实+dl，其中dl的计算方式为，在所述竖弯曲线元素
Figure 225718DEST_PATH_IMAGE009
为直线且对应的平曲线为水平线时，dl为0，偏转角为0；在所述竖弯曲线元素
Figure 853009DEST_PATH_IMAGE009
为直线且对应的平曲线为斜线时，
Figure 220405DEST_PATH_IMAGE014
，偏转角为0；在所述竖弯曲线元素
Figure 616751DEST_PATH_IMAGE009
为直线且对应的平曲线为圆弧时，
Figure 162133DEST_PATH_IMAGE015
，偏转角为平曲线圆弧切线角
Figure 276720DEST_PATH_IMAGE016
，R为对应的所述平曲线为圆弧的半径；在所述竖弯曲线元素
Figure 182228DEST_PATH_IMAGE009
为圆弧时，所述dl为0，偏转角度为竖弯曲线圆弧切线角
Figure 698660DEST_PATH_IMAGE016
；其中，Xi实为所述竖弯曲线元素
Figure 680522DEST_PATH_IMAGE009
的实际长度；
Figure 282405DEST_PATH_IMAGE017
为所述竖弯曲线元素
Figure 991604DEST_PATH_IMAGE018
或者对应的所述平弯曲线元素
Figure 362542DEST_PATH_IMAGE019
的X轴向上的长度，
Figure 249727DEST_PATH_IMAGE020
为所述竖弯曲线元素
Figure 73326DEST_PATH_IMAGE018
或者对应的所述平弯曲线元素
Figure 580357DEST_PATH_IMAGE019
的Y轴向上的宽度，
Figure 805802DEST_PATH_IMAGE021
为所述竖弯曲线元素
Figure 863887DEST_PATH_IMAGE018
或者对应的所述平弯曲线元素
Figure 440362DEST_PATH_IMAGE019
的z轴向上的高度；
S3，根据公式
Figure 225785DEST_PATH_IMAGE022
计算所述竖弯曲线元素
Figure 305736DEST_PATH_IMAGE023
的张拉延伸量
Figure 800302DEST_PATH_IMAGE024
，其中E为预应力筋的弹性模量；
S4，根据张拉应力的方向获取所述方向上的所有竖弯曲线元素的预应力损失与张拉延伸量之和，得到总的预应力损失与张拉延伸量。
进一步地，还包括步骤：
S01，根据所述立面图建立竖弯曲线元素集SWCurvesIdentited，其中，所述竖弯曲线元素集SWCurvesIdentited中包括每个所述竖弯曲线的所有所述竖弯曲线元素Csi，且所述竖弯曲线元素按照X轴坐标升序排列；
S02，通过所述平面图建立平弯曲线元素集HWCurvesIdentited，其中，所述平弯曲线元素集HWCurvesIdentited中包括每个所述平弯曲线的所有所述平弯曲线元素Chj，且所述平弯曲线元素按照X轴坐标升序排列。
进一步地，所述步骤S01还包括，通过所述立面图建立竖弯曲线集SWCurves，其中，所述竖弯曲线集SWCurves中包括每根预应力筋的所有竖弯曲线元素，且所述竖弯曲线元素按照X轴升序排列；
所述步骤S02还包括，通过预应力筋布置图中的平面图建立平弯曲线集HWCurves，其中，所述平弯曲线集HWCurves中包括每根预应力筋的平弯曲线元素，且所述平弯曲线元素按照X轴升序排列。
进一步地，所述竖弯曲线集SWCurves的建立步骤包括：
将所有预应力筋的竖弯曲线元素选择，并保存到所述竖弯曲线集SWCurves；
将所述竖弯曲线集SWCurves元素按X坐标升序排列；
所述平弯曲线集HWCurves的建立步骤包括：
将所有预应力筋的平弯曲线元素选择，并保存到所述平弯曲线集HWCurves；
将所述平弯曲线集HWCurves元素按X坐标升序排列。
进一步地，所述竖弯曲线元素集SWCurvesIdentited的步建立骤包括：
依次分别选择选择起始锚固线SL、终止锚固线EL；
在SWCurves的竖弯曲线元素的直线中找到起点为SL中的点元素的Curve 1直线；
采用递归循环的方式，找出自所述Curve 1直线的终点起首尾相连，且最后一个点为EL中的点的路径为一条所述预应力筋的竖弯曲线路径；
对识别出的所述竖弯曲线路径上的所述竖弯曲线元素按照X轴升序排列，并存入所述竖弯曲线元素集SWCurvesIdentited；
所述平弯曲线元素集HWCurvesIdentited的建立步骤包括：
依次分别选择选择起始锚固线SL、终止锚固线EL；
在HWCurves的平弯曲线元素的直线中找到起点为SL中的点元素Curve 1的直线；
采用递归循环的方式，找出自所述Curve 1直线的终点起首尾相连，且最后一个点为EL中的点的路径为一条所述预应力筋的平弯曲线路径；
对识别出的所述平弯曲线路径上的所述平弯曲线元素按照X轴升序排列，并存入所述平弯曲线元素集HWCurvesIdentited。
进一步地，所述步骤：采用递归循环的方式，找出自所述Curve 1直线的终点起首尾相连，且最后一个点为EL中的点的路径为一条所述预应力筋的竖弯曲线路径，包括：先在SWCurves中找到起点为Curve 1直线的终点的曲线元素Curve 0，若曲线元素Curve 0的终点为终止锚固线EL中的点，则递归结束，若不是，则在SWCurves中找到起点为曲线元素Curve 0的终点的曲线元素TempCurve，并将Curve 1直线替换为所述曲线元素TempCurve，再次递归执行本步骤，直至递归结束，递归路径上的所有曲线元素即为该预应力筋的竖弯曲线元素；
所述步骤采用递归循环的方式，找出自所述Curve 1直线的终点起首尾相连，且最后一个点为EL中的点的路径为一条所述预应力筋的平弯曲线路径，包括：先在HWCurves中找到起点为Curve 1直线的终点的曲线元素Curve 0，若曲线元素Curve 0的终点为终止锚固线EL中的点，则递归结束，若不是，则在HWCurves中找到起点为曲线元素Curve 0的终点的曲线元素TempCurve，并将Curve 1直线替换为所述曲线元素TempCurve，再次递归执行本步骤，直至递归结束，递归路径上的所有曲线元素即为该预应力筋的平弯曲线元素。
进一步地，还包括对所述平弯曲线元素集HWCurvesIdentited和所述竖弯曲线元素集SWCurvesIdentited内的重复数据情形除重的步骤。
本发明还提供一种计算机系统，包括存储器、处理器、存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序；所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上任一项所述的基于CAD二维图形计算预应力筋张拉延伸量的方法的步骤。
本发明新的基于CAD二维图形重构预应力筋空间信息并计算张拉延伸量的方法具有下述技术效果：本发明针对由大量的由CAD二维制图手段和表达的预应力筋，可以通过简单的操作即自动识别预应力筋竖弯路径和平弯路径，转化为能用于空间信息表达的结构化数据；同时在计算预应力筋预应力摩阻损失和延伸量时可以在同时考虑竖弯和平弯的影响，分段精确计算，具有运算效率高、识别准确度高、结果精确度高的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的预应力筋的立面图与平面图的示例，其中，1a为预应力筋立面图（竖弯），1b为预应力筋平面图（平弯）。
图2为本发明图1的实施例的SB4预应力筋的竖弯大样与平弯大样，其中，2a为SB4竖弯图，2b为SB4平弯图。
图3为本发明一实施例中预应力筋竖弯曲线（或平曲线）元素识别流程。
图4为本发明一实施例中用预应力筋的平曲线元素修正竖弯曲线元素长度和偏转角度的不同情形的示意图，其中，4a为情况1的图，4b为情况2的图，4c为情况3的图，4d为情况4的图。
图5为本发明一实施例中的基于CAD二维图形计算预应力筋张拉延伸量的方法的流程图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
预应力筋布置图一般被分别表达为立面图与平面图。立面图用来表达预应力筋竖弯，平面用来表达平弯。立面图的水平方向为钢筋混凝土结构的X轴（长度方向），竖直方向为钢筋混凝土结构的Z轴（高度方向）。平面图的水平方向为钢筋混凝土结构的X轴（长度方向），竖直方向为钢筋混凝土结构的Y轴（宽度方向）竖弯和平弯的基本组成要素均为直线和圆弧，每根预应力筋的竖弯图和平弯图均为直线或圆弧组成的首尾相连的曲线。预应力筋竖弯或平弯开始、结束的位置称为锚固端，锚固端采用与竖弯、平弯正交的短直线表示，该短直线称为锚固线。
请一并结合图1至图5，本发明提供一种基于CAD二维图形计算预应力筋张拉延伸量的方法，包括步骤：
S11，根据预应力筋布置图中的立面图获取每根预应力筋的竖弯曲线，按照预设的拆分规则获取每个所述竖弯曲线的竖弯曲线元素Csi，
Figure 598494DEST_PATH_IMAGE025
，所述竖弯曲线元素包括直线与圆弧，并建立存储有每根预应力筋的所述竖弯曲线的结构化数据的竖弯曲线表达数据集SDatas，其中，每个所述竖弯曲线的结构化数据包括该竖弯曲线的所有第一交点的第一交点数据；所述第一交点包括所述竖弯曲线的起点和终点、相邻的两个所述竖弯曲线元素的交点、以及为圆弧的所述竖弯曲线元素的圆弧两侧切线的交点，所述第一交点数据包括所述第一交点的X轴坐标、Z轴坐标以及圆弧半径；其中，所述第一交点数据按照X轴坐标升序排列；所述第一交点为直线的端点时，所述圆弧半径为0。
请一并参考图1至图3，所述步骤S11之前还可以包括步骤：通过所述立面图建立竖弯曲线集SWCurves，其中，所述竖弯曲线集SWCurves中包括每根预应力筋的所有竖弯曲线元素，且所述竖弯曲线元素按照X轴升序排列；以及步骤S01，根据所述立面图建立竖弯曲线元素集SWCurvesIdentited，其中，所述竖弯曲线元素集SWCurvesIdentited中包括每个所述竖弯曲线的所有所述竖弯曲线元素Csi，且所述竖弯曲线元素按照X轴坐标升序排列。
具体的，所述竖弯曲线集SWCurves的建立步骤包括：
将所有预应力筋的竖弯曲线元素选择，并保存到所述竖弯曲线集SWCurves；
将所述竖弯曲线集SWCurves元素按X坐标升序排列。
具体的，所述竖弯曲线元素集SWCurvesIdentited的步建立骤包括：
S31，依次分别选择选择起始锚固线SL、终止锚固线EL；
S32，在SWCurves的竖弯曲线元素的直线中找到起点为SL中的点元素Curve 1的直线；
S33，采用递归循环的方式，找出第一个点与所述点元素Curve 1相同，最后一个点为EL中的点相连的路径为一条所述预应力筋的竖弯曲线路径；
S34，对识别出的所述竖弯曲线路径上的所述竖弯曲线元素按照X轴升序排列，并存入所述竖弯曲线元素集SWCurvesIdentited。
S12，根据预应力筋布置图中的平面图获取每根预应力筋的平弯曲线，按照预设的拆分规则获取每个所述平弯曲线的平弯曲线元素Chj，
Figure 453187DEST_PATH_IMAGE026
，所述平弯曲线元素包括直线与圆弧，并建立存储有每根预应力筋的所述平弯曲线的结构化数据的平弯曲线表达数据集HDatas，其中，每个所述平弯曲线的结构化数据包括该平弯曲线的所有第二交点的第二交点数据；所述第二交点包括所述平弯曲线的起点和终点、相邻的两个所述平弯曲线元素的交点、以及为圆弧的所述平弯曲线元素的圆弧两侧切线的交点，所述第二交点数据包括所述第二交点的X轴坐标、Y轴坐标以及圆弧半径；其中，所述第二交点数据按照X轴坐标升序排列；所述第二交点为直线的端点时，所述圆弧半径为0。
同样的，所述步骤S12之前还可以包括步骤：通过预应力筋布置图中的平面图建立平弯曲线集HWCurves，其中，所述平弯曲线集HWCurves中包括每根预应力筋的平弯曲线元素，且所述平弯曲线元素按照X轴升序排列；以及步骤S02，通过所述平面图建立平弯曲线元素集HWCurvesIdentited，其中，所述平弯曲线元素集HWCurvesIdentited中包括每个所述平弯曲线的所有所述平弯曲线元素Chj，且所述平弯曲线元素按照X轴坐标升序排列。
具体的，所述平弯曲线集HWCurves的建立步骤包括：
将所有预应力筋的平弯曲线元素选择，并保存到所述平弯曲线集HWCurves；
将所述平弯曲线集HWCurves元素按X坐标升序排列。
具体的，所述平弯曲线元素集HWCurvesIdentited的建立步骤包括：
依次分别选择选择起始锚固线SL、终止锚固线EL；
在HWCurves的平弯曲线元素的直线中找到起点为SL中的点元素Curve 1的直线；
采用递归循环的方式，找出第一个点与所述点元素Curve 1相同，最后一个点为EL中的点相连的路径为一条所述预应力筋的平弯曲线路径；
对识别出的所述平弯曲线路径上的所述平弯曲线元素按照X轴升序排列，并存入所述平弯曲线元素集HWCurvesIdentited。
其中，在一优选的实施例中，还包括对所述平弯曲线元素集HWCurvesIdentited和所述竖弯曲线元素集SWCurvesIdentited内的重复数据情形除重的步骤。
S2，根据所述竖弯曲线表达数据集SDatas中的所述第一交点数据以及所述平弯曲线表达数据集HDatas中的所述第二交点数据，计算每个所述竖弯曲线元素
Figure 387644DEST_PATH_IMAGE023
的起始点处的预应力
Figure 53112DEST_PATH_IMAGE027
以及该竖弯曲线元素上的预应力损失
Figure 338600DEST_PATH_IMAGE028
；其中，
Figure 731404DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 785948DEST_PATH_IMAGE030
；
Figure 622317DEST_PATH_IMAGE031
为所述竖弯曲线元素
Figure 129521DEST_PATH_IMAGE023
对应的偏转角；
Figure 935803DEST_PATH_IMAGE032
为所述竖弯曲线元素
Figure 235067DEST_PATH_IMAGE023
对应的长度；
Figure 101391DEST_PATH_IMAGE033
为预应力筋与管道壁的摩擦系数；e为自然常数；k为管道每米局部偏差对摩擦的影响系数;
Figure 236838DEST_PATH_IMAGE012
为所述竖弯曲线元素
Figure 846811DEST_PATH_IMAGE013
所在的竖弯曲线起点处的预应力；
所述Xi的计算方式为Xi=Xi实+dl，其中dl的计算方式为，在所述竖弯曲线元素
Figure 580DEST_PATH_IMAGE009
为直线且对应的平曲线为水平线时，dl为0，偏转角为0；在所述竖弯曲线元素
Figure 178752DEST_PATH_IMAGE009
为直线且对应的平曲线为斜线时，
Figure 660549DEST_PATH_IMAGE014
，偏转角为0；在所述竖弯曲线元素
Figure 464426DEST_PATH_IMAGE009
为直线且对应的平曲线为圆弧时，
Figure 348068DEST_PATH_IMAGE015
，偏转角为平曲线圆弧切线角
Figure 697141DEST_PATH_IMAGE016
，R为对应的所述平曲线为圆弧的半径；在所述竖弯曲线元素
Figure 666234DEST_PATH_IMAGE009
为圆弧时，所述dl为0，偏转角度为竖弯曲线圆弧切线角
Figure 742643DEST_PATH_IMAGE016
；其中，Xi实为所述竖弯曲线元素
Figure 746371DEST_PATH_IMAGE009
的实际长度；
Figure 531925DEST_PATH_IMAGE017
为所述竖弯曲线元素
Figure 649965DEST_PATH_IMAGE018
或者对应的所述平弯曲线元素
Figure 280798DEST_PATH_IMAGE019
的X轴向上的长度，
Figure 404612DEST_PATH_IMAGE020
为所述竖弯曲线元素
Figure 610334DEST_PATH_IMAGE018
或者对应的所述平弯曲线元素
Figure 694965DEST_PATH_IMAGE019
的Y轴向上的宽度，
Figure 378756DEST_PATH_IMAGE021
为所述竖弯曲线元素
Figure 91497DEST_PATH_IMAGE018
或者对应的所述平弯曲线元素
Figure 953274DEST_PATH_IMAGE019
的z轴向上的高度。
S3，根据公式
Figure 649834DEST_PATH_IMAGE034
计算所述竖弯曲线元素
Figure 871737DEST_PATH_IMAGE023
的张拉延伸量
Figure 579930DEST_PATH_IMAGE035
，其中E为预应力筋的弹性模量；
S4，根据张拉应力的方向获取所述方向上的所有竖弯曲线元素的预应力损失与张拉延伸量之和，得到总的预应力损失与张拉延伸量。
本发明还提供一种计算机系统，包括存储器、处理器、存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序；所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上任一项所述的基于CAD二维图形计算预应力筋张拉延伸量的方法的步骤。
请参考图1至图5，以下以一个具体案例来说明本发明的技术方案。
实施例为一座悬浇箱梁边跨，其底板后期预应力筋立面图包括SB1、SB1Y、SB2、SB3、SB4五根预应力筋竖弯，平面图包括SB1、SB1Y、SB2、SB3、SB4五根预应力筋平弯。以SB4预应力筋为例，竖弯曲线从左至右组成分别为直线、圆弧、直线、圆弧、直线；平弯曲线从左至右组成分别为直线、圆弧、直线、圆弧、直线。
首先，在立面图中建立竖弯曲线集SWCurves，实施步骤如下：
1）打开AutoCAD读入其支持格式的图纸文件的文件数据；
2）将所有预应力筋的竖弯曲线元素选择，并保存到竖弯曲线集SWCurves；
3）将竖弯曲线集SWCurves中的所有竖弯曲线元素按X坐标升序排列。
对每一根需要被识别预应力筋的竖弯曲线，实施如下步骤：
1）分别选择选择起始锚固线SL、终止锚固线EL；
2）在SWCurves的直线元素中找到起点为SL中的点元素的Curve 1直线；
3）采用递归循环的方式，采用递归循环的方式，找出自所述Curve 1直线的终点起首尾相连，且最后一个点为EL中的点的路径为一条所述预应力筋的竖弯曲线路径；具体包括：先在SWCurves中找到起点为Curve 1直线的终点的曲线元素Curve 0，若曲线元素Curve0的终点为终止锚固线EL中的点，则递归结束，若不是，则在SWCurves中找到起点为曲线元素Curve 0的终点的曲线元素TempCurve，并将Curve 1直线替换为所述曲线元素TempCurve，再次递归执行本步骤，直至找到终止锚固线EL。由Curve 1直线出发递归循环得到曲线元素路径往往有多条，其中最后一个曲线元素终点为EL中点的路径即为该预应力筋的竖弯路径，递归路径上的所有曲线元素即为该预应力筋的竖弯曲线元素。
4）对识别路径上的竖弯曲线元素按照X轴升序排列，并存入竖弯曲线元素集SWCurvesIdentited。
对识别得到预应力筋竖弯曲线元素集SWCurvesIdentited，需转化结构化的数据表达格式SDatas。SDatas为二维数组，每一行对应SWCurvesIdentited的一个交点（包括直线与圆弧间的交点以及由圆弧两侧切线得到的交点）。第一列为交点X坐标，第二列为交点Z坐标，第三列为圆弧半径R。圆弧两侧切线得到的交点R值即为圆弧半径，其余交点R均为0。
首先要对SWCurvesIdentited的第一交点的前三列进行识别，具体流程如下：
1) 从SWCurvesIdentited的第一个Curve开始，判断是否为直线；
2) 如果是直线，新建一个Data1，第1~3个数值，分别为Curve起点X坐标、起点Z坐标以及数值0；新建一个Data2，第1~3个数值，分别为Curve终点X坐标、终点Z坐标以及数值0；
3) 如果是圆弧，则按下述流程执行
a)计算圆弧的两条切线与切线交点JD；
b) 新建三个构造数据Data1、Data2、Data3，Data1~3的前两个元素分别为圆弧起点、JD、圆弧终点XZ坐标，第三个元素分别为0，圆弧半径，0；
4) 对SWCurvesIdentited的所有元素执行1）~3）步骤，并将Data1、Data2、Data3（如有）存入到SDatas中。在SDatas中删除值相同的重复元素之后，得到了该预应力筋的结构化表达数据。
平曲线在工程图纸设计时，采用和竖弯曲线同样的表达方式。在平面图识别预应力筋的平曲线时，流程方法与在立面图识别竖弯曲线元素相同，首先在平面图中建立平弯曲线集HWCurves，每根预应力筋对应的平曲线元素集为HWCurvesIdentited，结构化表达数据为HDatas。得到了每一根预应力筋的SDatas、HDatas之后，完成了从传统二维图形到桥梁预应力筋空间信息要素的识别，可以基于SDatas、HDatas计算每根预应力筋的空间坐标。
例如，预应力筋SB4识别得到结构化数据为：
竖弯：
-341284.17,78249.22,0.00;
-336573.51,77161.68,0.00;
-335923.43,77011.59,6000.00;
-335256.27,77007.98,0.00;
-324329.68,76814.01,0.00;
-323484.17,76781.99,6000.00;
-322662.78,76985.04,0.00;
-321984.17,77152.78,0.00;
平弯：
-341284.17,70518.09,0.00;
-327597.69,70518.09,0.00;
-326984.17,70518.09,6000.00;
-326383.35,70642.26,0.00;
-324584.99,71013.92,0.00;
-323984.17,71138.09,6000.00;
-323370.65,71138.09,0.00;
-321984.17,71138.09,0.00;
由于预应力筋在张拉时，会产生预应力损失，其中占大部分的摩阻损失与预应力的空间线形息息相关。在实际工程应用时，由于预应力采用竖弯、平弯分别表达的方式，无法得到工程人员无法得到准确的空间线形，所以往往只考虑引起大部分摩阻损失的竖弯，而忽略平弯，实际上是偏不安全的。预应力筋张拉时往往通过张拉应力和张拉延伸量确定施工已到要求的标准。延伸量计算不准确，就会给施工提出不准确的指导意见。
预应力筋摩阻损失由两项组成，一项为弯道引起的摩擦力，另一项管道偏差引起的摩阻力；每一段预应力筋摩阻损失为:
Figure 737242DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 45732DEST_PATH_IMAGE037
为所述竖弯曲线元素
Figure 681113DEST_PATH_IMAGE023
的起始点处的预应力，本例第一段元素起点处的张拉应力为1395Mpa；
Figure 243813DEST_PATH_IMAGE038
为对应的每段预应力筋圆弧曲线对应的转角；
Figure 572026DEST_PATH_IMAGE039
为所述竖弯曲线元素
Figure 102233DEST_PATH_IMAGE023
对应的长度；
Figure 682250DEST_PATH_IMAGE040
为预应力钢筋管道每米局部偏差对摩擦的影响系数，本例取0.0015；
Figure 224090DEST_PATH_IMAGE041
为预应力筋与管道壁的摩擦系数，本例取0.15。
请一并结合图4，考虑平曲线修正的分段计算预应力筋预应力摩阻损失和延伸量的计算过程如下：
1) 取SWCurvesIdentited中的第一个曲线元素Curve；
2) 如果Curve为直线，根据对应的平曲线形状，分为4种情况
情况1：如果平曲线为水平线，不需要对竖弯曲线的长度进行任何修正；该段的长度仅为竖弯曲线元素长，偏转角度为0；
情况2：如果平曲线为斜线，需要对平曲线范围内的竖弯曲线长度进行修正，修正长度为
Figure 847838DEST_PATH_IMAGE042
；该段的长度为竖弯曲线元素长与修正长度之和，偏转角度为0；
情况3：如果平曲线为圆弧，需要对圆弧对应范围内的竖弯曲线长度和转角进行修正，修正长度为
Figure 475128DEST_PATH_IMAGE043
，转角修正为平曲线圆弧切线角
Figure 327678DEST_PATH_IMAGE044
，该段的长度为竖弯曲线元素长与修正长度之和，偏转角度为
Figure 989603DEST_PATH_IMAGE044
；
情况4：如果Curve为圆弧，由于竖向和平面同时是圆弧会给施工放样带来极大的难度，一般竖弯曲线为圆弧是对应的平曲线为直线，不需要对竖弯曲线长度和偏角进行修正，该段的长度仅为竖弯曲线元素长，偏转角度为竖弯曲线圆弧切线角
Figure 784253DEST_PATH_IMAGE044
；
3) 计算本段竖弯曲线的预应力损失loss与延伸量ext。
a) 本段预应力筋曲线起点处的应力为第一段曲线起点处张拉应力减去本段之前所有曲线损失的和，
Figure 633260DEST_PATH_IMAGE045
。
Figure 414135DEST_PATH_IMAGE046
为本段预应力筋圆弧曲线对应的转角；
Figure 805933DEST_PATH_IMAGE047
为本段预应力筋曲线对应的长度。
b)
Figure 646850DEST_PATH_IMAGE048
。E为预应力筋的弹性模量，本例取
Figure 203444DEST_PATH_IMAGE049
Mpa。
4) 对每一段竖弯曲线均执行上述操作，直到执行到Curve的X坐标达到终止条件。达到终止条件的标准为：如采用左端单端张拉，则以Curve的终点X坐标与终止锚固线中点重合为标准；如采用右端单端张拉，则以Curve的终点X坐标与起始锚固线中点重合为标准；如采用两端张拉，则以Curve的X坐标达到整个竖弯曲线路径X坐标中点为标准。
5) 分段汇总各竖弯曲线要素段的张拉应力损失和延伸量，求和得到总得张拉应力损失和总延伸量。
本例计算得到SB4的左端张拉延伸量为99.8mm，右端张拉延伸量为34.9mm，最大预应力筋摩阻损失为95.4MPa。
本发明的上述技术方案中，以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种基于CAD二维图形计算预应力筋张拉延伸量的方法，其特征在于，包括步骤：
S11，根据预应力筋布置图中的立面图获取每根预应力筋的竖弯曲线，按照预设的拆分规则获取每个所述竖弯曲线的竖弯曲线元素Csi，
Figure 712856DEST_PATH_IMAGE001
，所述竖弯曲线元素包括直线与圆弧，并建立存储有每根预应力筋的所述竖弯曲线的结构化数据的竖弯曲线表达数据集SDatas，其中，每个所述竖弯曲线的结构化数据包括该竖弯曲线的所有第一交点的第一交点数据；所述第一交点包括所述竖弯曲线的起点和终点、相邻的两个所述竖弯曲线元素的交点、以及为圆弧的所述竖弯曲线元素的圆弧两侧切线的交点，所述第一交点数据包括所述第一交点的X轴坐标、Z轴坐标以及圆弧半径；其中，所述第一交点数据按照X轴坐标升序排列；所述第一交点为直线的端点时，所述圆弧半径为0；
S12，根据预应力筋布置图中的平面图获取每根预应力筋的平弯曲线，按照预设的拆分规则获取每个所述平弯曲线的平弯曲线元素Chj，
Figure 551368DEST_PATH_IMAGE002
，所述平弯曲线元素包括直线与圆弧，并建立存储有每根预应力筋的所述平弯曲线的结构化数据的平弯曲线表达数据集HDatas，其中，每个所述平弯曲线的结构化数据包括该平弯曲线的所有第二交点的第二交点数据；所述第二交点包括所述平弯曲线的起点和终点、相邻的两个所述平弯曲线元素的交点、以及为圆弧的所述平弯曲线元素的圆弧两侧切线的交点，所述第二交点数据包括所述第二交点的X轴坐标、Y轴坐标以及圆弧半径；其中，所述第二交点数据按照X轴坐标升序排列；所述第二交点为直线的端点时，所述圆弧半径为0；
S2，根据所述竖弯曲线表达数据集SDatas中的所述第一交点数据以及所述平弯曲线表达数据集HDatas中的所述第二交点数据，计算每个所述竖弯曲线元素
Figure 737630DEST_PATH_IMAGE003
的起始点处的预应力
Figure 929577DEST_PATH_IMAGE004
以及该竖弯曲线元素上的预应力损失
Figure 399742DEST_PATH_IMAGE005
；其中，
Figure 753363DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 426920DEST_PATH_IMAGE007
；
Figure 156979DEST_PATH_IMAGE008
为所述竖弯曲线元素
Figure 481650DEST_PATH_IMAGE003
对应的偏转角；
Figure 6172DEST_PATH_IMAGE009
为所述竖弯曲线元素
Figure 167026DEST_PATH_IMAGE010
对应的长度；
Figure 825410DEST_PATH_IMAGE011
为预应力筋与管道壁的摩擦系数；e为自然常数；k为管道每米局部偏差对摩擦的影响系数;
Figure 879953DEST_PATH_IMAGE012
为所述竖弯曲线元素
Figure 716322DEST_PATH_IMAGE003
所在的竖弯曲线起点处的预应力；
所述Xi的计算方式为Xi=Xi实+dl，其中dl的计算方式为，在所述竖弯曲线元素
Figure 754685DEST_PATH_IMAGE003
为直线且对应的平曲线为水平线时，dl为0，偏转角为0；在所述竖弯曲线元素
Figure 685601DEST_PATH_IMAGE003
为直线且对应的平曲线为斜线时，
Figure 860231DEST_PATH_IMAGE013
，偏转角为0；在所述竖弯曲线元素
Figure 601922DEST_PATH_IMAGE003
为直线且对应的平曲线为圆弧时，
Figure 252215DEST_PATH_IMAGE014
，偏转角为平曲线圆弧切线角
Figure 862188DEST_PATH_IMAGE015
，R为对应的所述平曲线为圆弧的半径；在所述竖弯曲线元素
Figure 766690DEST_PATH_IMAGE003
为圆弧时，所述dl为0，偏转角度为竖弯曲线圆弧切线角
Figure 69495DEST_PATH_IMAGE015
；其中，Xi实为所述竖弯曲线元素
Figure 670066DEST_PATH_IMAGE003
的实际长度；
Figure 83730DEST_PATH_IMAGE016
为所述竖弯曲线元素
Figure 842739DEST_PATH_IMAGE017
或者对应的所述平弯曲线元素
Figure 582025DEST_PATH_IMAGE018
的X轴向上的长度，
Figure 675752DEST_PATH_IMAGE019
为所述竖弯曲线元素
Figure 361948DEST_PATH_IMAGE017
或者对应的所述平弯曲线元素
Figure 506621DEST_PATH_IMAGE018
的Y轴向上的宽度，
Figure 151229DEST_PATH_IMAGE020
为所述竖弯曲线元素
Figure 732252DEST_PATH_IMAGE017
或者对应的所述平弯曲线元素
Figure 487719DEST_PATH_IMAGE018
的z轴向上的高度；
S3，根据公式
Figure 955740DEST_PATH_IMAGE021
计算所述竖弯曲线元素
Figure 161462DEST_PATH_IMAGE022
的张拉延伸量
Figure 105148DEST_PATH_IMAGE023
，其中E为预应力筋的弹性模量；
S4，根据张拉应力的方向获取所述方向上的所有竖弯曲线元素的预应力损失与张拉延伸量之和，得到总的预应力损失与张拉延伸量。
2.根据权利要求1所述的基于CAD二维图形计算预应力筋张拉延伸量的方法，其特征在于，所述步骤S11之前还包括步骤：
S01，根据所述立面图建立竖弯曲线元素集SWCurvesIdentited，其中，所述竖弯曲线元素集SWCurvesIdentited中包括每个所述竖弯曲线的所有所述竖弯曲线元素Csi，且所述竖弯曲线元素按照X轴坐标升序排列；
所述步骤S12之前还包括步骤：
S02，通过所述平面图建立平弯曲线元素集HWCurvesIdentited，其中，所述平弯曲线元素集HWCurvesIdentited中包括每个所述平弯曲线的所有所述平弯曲线元素Chj，且所述平弯曲线元素按照X轴坐标升序排列。
3.根据权利要求2所述的基于CAD二维图形计算预应力筋张拉延伸量的方法，其特征在于，所述步骤S01还包括，通过所述立面图建立竖弯曲线集SWCurves，其中，所述竖弯曲线集SWCurves中包括每根预应力筋的所有竖弯曲线元素，且所述竖弯曲线元素按照X轴升序排列；
所述步骤S02还包括，通过预应力筋布置图中的平面图建立平弯曲线集HWCurves，其中，所述平弯曲线集HWCurves中包括每根预应力筋的平弯曲线元素，且所述平弯曲线元素按照X轴升序排列。
4.根据权利要求3所述的基于CAD二维图形计算预应力筋张拉延伸量的方法，其特征在于，所述竖弯曲线集SWCurves的建立步骤包括：
将所有预应力筋的竖弯曲线元素选择，并保存到所述竖弯曲线集SWCurves；
将所述竖弯曲线集SWCurves元素按X坐标升序排列；
所述平弯曲线集HWCurves的建立步骤包括：
将所有预应力筋的平弯曲线元素选择，并保存到所述平弯曲线集HWCurves；
将所述平弯曲线集HWCurves元素按X坐标升序排列。
5.根据权利要求4所述的基于CAD二维图形计算预应力筋张拉延伸量的方法，其特征在于，所述竖弯曲线元素集SWCurvesIdentited的建立步骤包括：
依次分别选择起始锚固线SL、终止锚固线EL；
在SWCurves的竖弯曲线元素的直线中找到起点为SL中的点元素的Curve 1直线；
采用递归循环的方式，找出自所述Curve 1直线的终点起首尾相连，且最后一个点为EL中的点的路径为一条所述预应力筋的竖弯曲线路径；
对识别出的所述竖弯曲线路径上的所述竖弯曲线元素按照X轴升序排列，并存入所述竖弯曲线元素集SWCurvesIdentited；
所述平弯曲线元素集HWCurvesIdentited的建立步骤包括：
依次分别选择起始锚固线SL、终止锚固线EL；
在HWCurves的平弯曲线元素的直线中找到起点为SL中的点元素Curve 1的直线；
采用递归循环的方式，找出自所述Curve 1直线的终点起首尾相连，且最后一个点为EL中的点的路径为一条所述预应力筋的平弯曲线路径；
对识别出的所述平弯曲线路径上的所述平弯曲线元素按照X轴升序排列，并存入所述平弯曲线元素集HWCurvesIdentited。
6.根据权利要求5所述的基于CAD二维图形计算预应力筋张拉延伸量的方法，其特征在于，
所述步骤：采用递归循环的方式，找出自所述Curve 1直线的终点起首尾相连，且最后一个点为EL中的点的路径为一条所述预应力筋的竖弯曲线路径，包括：先在SWCurves中找到起点为Curve 1直线的终点的曲线元素Curve 0，若曲线元素Curve 0的终点为终止锚固线EL中的点，则递归结束，若不是，则在SWCurves中找到起点为曲线元素Curve 0的终点的曲线元素TempCurve，并将Curve 1直线替换为所述曲线元素TempCurve，再次递归执行本步骤，直至递归结束，递归路径上的所有曲线元素即为该预应力筋的竖弯曲线元素；
所述步骤采用递归循环的方式，找出自所述Curve 1直线的终点起首尾相连，且最后一个点为EL中的点的路径为一条所述预应力筋的平弯曲线路径，包括：先在HWCurves中找到起点为Curve 1直线的终点的曲线元素Curve 0，若曲线元素Curve 0的终点为终止锚固线EL中的点，则递归结束，若不是，则在HWCurves中找到起点为曲线元素Curve 0的终点的曲线元素TempCurve，并将Curve 1直线替换为所述曲线元素TempCurve，再次递归执行本步骤，直至递归结束，递归路径上的所有曲线元素即为该预应力筋的平弯曲线元素。
7.根据权利要求2所述的基于CAD二维图形计算预应力筋张拉延伸量的方法，其特征在于，还包括对所述平弯曲线元素集HWCurvesIdentited和所述竖弯曲线元素集SWCurvesIdentited内的重复数据情形除重的步骤。
8.一种计算机系统，包括存储器、处理器、存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序；其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的基于CAD二维图形计算预应力筋张拉延伸量的方法的步骤。
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