陳　艷

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢　430063)

BSAS是由西南交通大學(xué)開發(fā)的一款主要針對(duì)鐵路橋梁設(shè)計(jì)的專用軟件，目前在大的鐵路設(shè)計(jì)院應(yīng)用較為廣泛，并得到了大量的工程驗(yàn)證。BSAS以它簡(jiǎn)單、快速、實(shí)用及在鐵路設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)和影響力，在各大鐵路設(shè)計(jì)院發(fā)揮著重要作用。

BSAS的前處理完全采用文本數(shù)據(jù)輸入方式，雖然在熟練掌握后具有修改方便的優(yōu)點(diǎn)，但總的來說，數(shù)據(jù)輸入容易出錯(cuò)，且出錯(cuò)后難以查找，截面輸入較為繁瑣，給設(shè)計(jì)工作者，尤其新手帶來一定負(fù)擔(dān)。

在鐵路橋梁設(shè)計(jì)中，遇到較寬的河流、道路等障礙物時(shí)，采用連續(xù)梁跨越是一種常規(guī)且可靠的解決方式，但連續(xù)梁尤其大跨變高連續(xù)梁的設(shè)計(jì)需花費(fèi)設(shè)計(jì)人員大量的精力與時(shí)間，而連續(xù)梁建模是第一道關(guān)鍵工序。

1　程序設(shè)計(jì)思路

1.1　BSAS大跨連續(xù)梁建模的難點(diǎn)

主要針對(duì)大跨變高連續(xù)梁，而根據(jù)施工方式的不同，分為支架現(xiàn)澆及懸臂澆筑?，F(xiàn)澆施工變高連續(xù)梁的主要難點(diǎn)是截面參數(shù)輸入、有效寬度計(jì)算及預(yù)應(yīng)力鋼束輸入。對(duì)于懸澆施工的變高連續(xù)梁，因?yàn)閼覞补?jié)段比較多，施工階段數(shù)據(jù)輸入則更加繁瑣。

在BSAS建模中，對(duì)于變高連續(xù)箱梁截面，必須把所有箱梁的不同類型截面按節(jié)線法或者轉(zhuǎn)折點(diǎn)法輸入，比較繁瑣；建好模后，尺寸優(yōu)化也必須一一調(diào)整，有效寬度的計(jì)算必須手算。以上這些建模的難點(diǎn)完全可以通過程序來解決，讓設(shè)計(jì)師把時(shí)間和精力重點(diǎn)放在確定尺寸、調(diào)索等關(guān)鍵工序上來。

1.2　設(shè)計(jì)思路

(1)設(shè)計(jì)目標(biāo)

采用最簡(jiǎn)單的參數(shù)輸入，最直觀的方式檢查數(shù)據(jù)，最快捷的方式生成BSAS連續(xù)梁的數(shù)據(jù)文件。

(2)重點(diǎn)解決的問題

參數(shù)簡(jiǎn)單化：只需要輸入跨徑組合、梁高變化曲線類型及基本相關(guān)數(shù)據(jù)等就可自動(dòng)形成縱向梁體基本數(shù)據(jù)。截面部分采用內(nèi)外輪廓分開輸入，內(nèi)輪廓數(shù)據(jù)相對(duì)于支點(diǎn)是基本相同的，因此采用相對(duì)數(shù)據(jù)輸入，且同類型只要輸入一種；施工階段數(shù)據(jù)也只要輸入基本的信息，默認(rèn)數(shù)據(jù)根據(jù)連續(xù)梁特性程序自動(dòng)生成。

數(shù)據(jù)直觀化：數(shù)據(jù)采用完全可視化操作，尤其梁部的幾何圖形可視化，包括三維線框圖形、頂平面、底平面、立剖面及各點(diǎn)的箱梁截面，所見即所得，可以隨時(shí)調(diào)整數(shù)據(jù)，不容易出錯(cuò)。

功能自動(dòng)化：許多常規(guī)性的功能，比如施工階段支撐模擬、根據(jù)規(guī)范溫度應(yīng)力輸入、有效寬度計(jì)算、常規(guī)荷載組合等采用程序自動(dòng)生成。

(3)程序三層架構(gòu)

編程中三層結(jié)構(gòu)是一種成熟、簡(jiǎn)單并得到廣泛應(yīng)用的程序架構(gòu)，它將程序劃分為表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層及實(shí)體類，其中實(shí)體類是業(yè)務(wù)對(duì)象的基礎(chǔ)，它用面向?qū)ο蟮乃枷胂岁P(guān)系數(shù)據(jù)與對(duì)象之間的差異。三層結(jié)構(gòu)中表示層依賴業(yè)務(wù)邏輯層，業(yè)務(wù)邏輯層依賴數(shù)據(jù)層，而表示層、業(yè)務(wù)邏輯層及數(shù)據(jù)層均通過實(shí)體類實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存取(如圖1所示)。

圖1　程序三層架構(gòu)示意

2　程序具體實(shí)現(xiàn)

采用Visualstudio.net2010作為編程環(huán)境，并選擇VB作為編程語言。

2.1　連續(xù)梁參數(shù)輸入模塊準(zhǔn)備

(1)梁體基本參數(shù)：包括跨徑組成、梁高變化曲線等。

(2)梁體截面輪廓輸入：包括外輪廓，內(nèi)輪廓及橫隔梁參數(shù)輸入。

梁體截面輪廓輸入中，為了實(shí)現(xiàn)最少的數(shù)據(jù)輸入及增加修改的靈活性，采用外輪廓與內(nèi)輪廓分開輸入的方式，且內(nèi)輪廓采用輸入支承處相對(duì)橫隔位置的相對(duì)數(shù)據(jù)，在橫隔梁變化及跨度微調(diào)時(shí)不需要修改數(shù)據(jù)。

(3)施工參數(shù)輸入：包括施工階段的劃分、時(shí)間、溫度等。

(4)使用階段荷載信息：列車活載及其他荷載輸入。

2.2　主要界面

根據(jù)參數(shù)輸入模塊，對(duì)于梁體及截面準(zhǔn)備如圖2形式的界面，其中截面輸入時(shí)程序同時(shí)提供了參數(shù)示意的圖形窗口(如圖3所示)，并能在圖形窗口中根據(jù)表中輸入項(xiàng)高亮顯示對(duì)應(yīng)參數(shù)。

圖2　梁體及截面參數(shù)輸入界面

圖3　截面輸入?yún)?shù)示意

2.3　梁體幾何數(shù)據(jù)生成及界面顯示

通過界面輸入梁體基本參數(shù)、外輪廓、內(nèi)輪廓及施工基本參數(shù)，程序中會(huì)根據(jù)基本參數(shù)進(jìn)行幾何計(jì)算，形成空間三維數(shù)據(jù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)上剖面、下剖面、立剖面及橫截面數(shù)據(jù)，并通過圖形窗口顯示出來，方便用戶檢查數(shù)據(jù)的正確性。其中橫截面可以通過拖動(dòng)截面顯示窗口上的滑塊或者滑塊旁邊的窗口輸入顯示不同位置截面圖形。三維梁體圖形顯示窗口可以通過方向鍵盤控制視角，實(shí)現(xiàn)全方位立體查看梁體內(nèi)外輪廓(如圖4、圖5所示)。

圖4　結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)及圖形生成

圖5　梁體剖面

2.4　模塊程序編制及文本數(shù)據(jù)生成

對(duì)于連續(xù)梁，BSAS文本數(shù)據(jù)輸入主要包括材料信息、單元信息、節(jié)點(diǎn)信息、截面信息、支撐信息、預(yù)應(yīng)力信息、施工信息及荷載信息。

當(dāng)用戶輸入完梁體基本參數(shù)、施工基本信息后，程序根據(jù)已有的數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成BSAS文本數(shù)據(jù)中的節(jié)點(diǎn)、單元、材料、施工節(jié)段、支撐及基本預(yù)應(yīng)力等數(shù)據(jù)。其中預(yù)應(yīng)力部分主要針對(duì)懸澆連續(xù)梁節(jié)段信息，生成常規(guī)配束方式，用戶需要后期調(diào)試中進(jìn)行局部調(diào)整，但也節(jié)省了大量時(shí)間(如圖6、圖7所示)。

圖6　預(yù)應(yīng)力鋼束生成及編輯界面

圖7　BSAS文本數(shù)據(jù)生成

3　程序后期功能擴(kuò)展

目前，本文程序?qū)崿F(xiàn)了BSAS連續(xù)梁建模的基本功能，已經(jīng)考慮了后期維護(hù)及擴(kuò)展，因此采用了完全面向?qū)ο蠹叭龑蛹軜?gòu)模型，可以基本不改動(dòng)主要模塊。

后期功能擴(kuò)展主要包括兩個(gè)大的方向，一個(gè)是在生成BSAS模型數(shù)據(jù)的同時(shí)，可以選擇生成其他通用橋梁設(shè)計(jì)軟件的模型數(shù)據(jù)，達(dá)到建一個(gè)模型，實(shí)現(xiàn)快速建立幾個(gè)通用橋梁程序模型的目的。另一個(gè)方面是實(shí)現(xiàn)更多的模型數(shù)據(jù)自動(dòng)生成，比如橫向截面分析模型，同時(shí)在界面上提供更多的細(xì)部數(shù)據(jù)生成的選擇。

4　結(jié)束語

BSAS以它簡(jiǎn)單、快速、實(shí)用及在鐵路設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)和影響力，在各大鐵路設(shè)計(jì)院發(fā)揮重要作用，但完全以文本數(shù)據(jù)作為輸入，也難免存在上手難、易出錯(cuò)、難檢查等方面的缺陷，本文針對(duì)BSAS大跨連續(xù)梁建模中存在一些不便捷處，介紹了基于VS.net2010環(huán)境下編制一款輔助建模程序的思路及具體實(shí)現(xiàn)，達(dá)到了預(yù)期的效果。在程序編制中采用了較為合理的三層架構(gòu)模型，為程序的維護(hù)及擴(kuò)展預(yù)留了條件。

本文實(shí)現(xiàn)的程序還有許多工作可以做，界面輸入中的數(shù)據(jù)判斷及自動(dòng)提示、單箱多室截面的支持、其他橋梁通用軟件數(shù)據(jù)文件生成等，同時(shí)也需要更多工程驗(yàn)證，通過進(jìn)一步的改進(jìn)，相信能在橋梁設(shè)計(jì)中得到更廣泛應(yīng)用。

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