互通立交曲線梁橋是目前在公路及市政道路建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛的橋梁結(jié)構(gòu)形式，由于其構(gòu)造物的設(shè)計(jì)不僅受幾何因素的控制，還受結(jié)構(gòu)受力因素的約束，顯得非常復(fù)雜且規(guī)律性差，目前大多數(shù)設(shè)計(jì)院仍然是采用人工繪圖的方式完成橋梁設(shè)計(jì)圖的繪制，這使設(shè)計(jì)效率低下，設(shè)計(jì)質(zhì)量也難以得到提高。該類系統(tǒng)的研究開發(fā)，一直是當(dāng)前公路橋梁CAD輔助設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一，也是急待解決的問題之一。互通立交曲線梁橋CAD系統(tǒng)主要研究基于目前我國設(shè)計(jì)院廣泛使用AutoCAD主流圖形平臺(tái)，利用VBA技術(shù)研究開發(fā)互通立交曲線梁橋計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與繪圖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)互通立交曲線梁橋的參數(shù)化設(shè)計(jì)與繪圖，從而促進(jìn)公路橋梁CAD系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展、提高設(shè)計(jì)工作效率和降低設(shè)計(jì)成本。

　　通過對(duì)Lisp、VBA、ADS，和基于C++的Object-ARX、Dot Net(C#)等幾種常用的AutoCAD二次開發(fā)工具進(jìn)行分析，本系統(tǒng)采用.NET平臺(tái)下C#作為軟件開發(fā)語言，結(jié)合Autodesk公司新增加的.NET API類包進(jìn)行基本圖框的繪圖軟件包的開發(fā)，采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQL Server 2000作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，把CAD數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫兩種結(jié)合起來，完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息和圖形信息的交互和圖形的繪制。本文研究了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，重點(diǎn)研究系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。

　　1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)在分析互通曲線梁橋一般構(gòu)造圖繪制業(yè)務(wù)邏輯流程的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)了互通曲線梁橋計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及繪圖系統(tǒng)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從路線設(shè)計(jì)軟件得到的橋梁框架圖中讀取系統(tǒng)所需的基礎(chǔ)信息并存人數(shù)據(jù)庫，以GUI提供友好的平面、縱面及橫斷面圖參數(shù)設(shè)計(jì)界面，輔以交互式繪圖功能，完成曲線箱梁橋立體模型的構(gòu)造及系統(tǒng)一般構(gòu)造圖繪制及混凝土工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)。

　　本系統(tǒng)從功能上可劃分為項(xiàng)目管理、系統(tǒng)基礎(chǔ)信息采集以及一般構(gòu)造圖設(shè)計(jì)及繪制等三個(gè)功能模塊。系統(tǒng)功能架構(gòu)圖如圖1所示。

　　圖1系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

　　本系統(tǒng)中，基于AutoCAD的二次開發(fā)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

　　(1)項(xiàng)目管理，主要實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目新建、打開用戶已建立的項(xiàng)目以及保存項(xiàng)目基本信息三個(gè)功能，為整個(gè)項(xiàng)目提供一個(gè)宏觀的管理。

　　(2)采集橋梁邊框信息。整個(gè)操作界面在AutoCAD的操作界面下完成，以用戶手工選擇的方式，采集橋梁中心線，橋梁邊線、腹板邊線與腹板中心線、橋梁支座中心線及橋梁端部線。自動(dòng)實(shí)現(xiàn)橋梁的分跨及跨長計(jì)算、箱室數(shù)目的確定、懸臂長的計(jì)算，并保存到數(shù)據(jù)庫，供橋梁后續(xù)設(shè)計(jì)調(diào)用。

　　(3)曲線型梁橋一般構(gòu)造圖設(shè)計(jì)及繪制。箱梁一般構(gòu)造圖包含箱梁平面圖、箱梁立面圖、箱梁剖面圖，三者間數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)，共同確定橋梁的立體結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)以友好的窗口界面(加配插圖)形式供用戶進(jìn)行箱梁的平面設(shè)計(jì)、立面設(shè)計(jì)以及剖面設(shè)計(jì)。用戶完成平、縱、橫設(shè)計(jì)后，系統(tǒng)自動(dòng)繪制出箱梁的平面、立面和剖面圖。混凝土工程數(shù)量的統(tǒng)計(jì)要分段統(tǒng)計(jì)(要滿足規(guī)范的要求)，求出斷面變化處橫斷面面積，然后求出這一段的平均值，乘以變化段長度即可得到此段的體積，所有段相加，即可得到箱梁混凝土總體積。

　　2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

　　箱粱一般構(gòu)造圖包括箱梁平面圖、縱斷面圖和橫斷面圖，這三個(gè)方向的視圖能有機(jī)地組成橋梁的立體構(gòu)造物。根據(jù)投影原理，箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的平、縱、橫之間存在著兩兩關(guān)聯(lián)的聯(lián)系。因此如何保證平縱橫數(shù)據(jù)的相互關(guān)聯(lián)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，這不僅是減少了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的輸入量，更重要的是保證了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的一致性，降低了圖紙的出錯(cuò)率，提高了設(shè)計(jì)效率。根據(jù)圖1所示，可知系統(tǒng)主要完成五個(gè)功能，橋梁基礎(chǔ)信息的采集、平面圖繪制、縱面圖繪制、橫斷面繪制以及混凝土工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)。

　　2.1 系統(tǒng)基礎(chǔ)信息采集

　　考慮到在實(shí)際生產(chǎn)中，橋梁設(shè)計(jì)是在路線設(shè)計(jì)提供的路線框架成果圖基礎(chǔ)上，截取橋梁設(shè)計(jì)所需的基本路線設(shè)計(jì)參數(shù)(如橋梁的起終點(diǎn)樁號(hào)、橋梁的平縱面外邊線等基本設(shè)計(jì)參數(shù))而進(jìn)行的，而腹板邊線則是通過橋梁外邊線偏移得到的。所以系統(tǒng)提供交互的方式讓用戶手動(dòng)采集橋梁中心線、橋梁邊線、腹板邊線與腹板中心線、橋梁支座中心線，根據(jù)支座中心線自動(dòng)實(shí)現(xiàn)橋梁的分跨及跨長計(jì)算;同時(shí)把交互拾取得到的橋梁基礎(chǔ)信息保存到數(shù)據(jù)庫，以便橋梁后續(xù)設(shè)計(jì)調(diào)用。圖2以“卜型”箱梁平面為例說明系統(tǒng)拾取要點(diǎn)，其中主道、匝道的橋梁平面信息分別拾取。

　　圖2“卜型”箱梁平面邊框圖

　　2.2箱梁平面圖繪制

　　由于互通立交曲線箱梁橋通常存在不等跨分布的情況，所以系統(tǒng)在進(jìn)行平面圖設(shè)計(jì)及繪制時(shí)要以跨為單元，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)及繪制。箱梁平面圖設(shè)計(jì)主要包括腹板寬度、橫隔板厚度、腹板變寬段的長度及腹板加寬段的長度等(如圖3所示)。

　　圖3箱梁平面圖設(shè)計(jì)界面

　　系統(tǒng)在用戶完成平面圖繪制參數(shù)設(shè)計(jì)后，系統(tǒng)通過讀取數(shù)據(jù)庫中與平面圖繪制相關(guān)的參數(shù)自動(dòng)完成箱梁平面圖繪制。箱梁平面圖的繪制重點(diǎn)在于箱梁平面箱室的繪制，在橋梁分跨和跨長確定以后，讀取平面圖繪制參數(shù)及支座中心線與橋梁中心線的夾角，便可確定箱梁的平面箱室布置，繼而根據(jù)腹板寬度，偏移腹板邊線或中心線，再根據(jù)腹板加寬段長度以及變寬段長度就能完成平面箱室繪制，從而完成箱室平面圖繪制。系統(tǒng)完成的平面效果如圖4所示。

　　圖4系統(tǒng)繪制平面圖

　　2.3箱梁縱面圖繪制

　　箱梁立面設(shè)計(jì)主要包括梁高、頂/底板厚度、各跨箱竄立面倒角等參數(shù)設(shè)計(jì)(如圖5所示)，而橫隔板設(shè)計(jì)，由于橋梁平縱設(shè)計(jì)相互關(guān)聯(lián)，繪制立面圖時(shí)需讀取平面設(shè)計(jì)時(shí)保存的跨長、橫隔梁厚度等。

　　圖5箱梁立面圖

　　箱梁立面圖繪制與箱梁平面圖相比，縱斷面圖相對(duì)比較規(guī)則，可細(xì)分為箱梁立面外邊框和箱室立面圖兩個(gè)部分，故采用積木式繪圖方式先封裝出基本圖形單元，再進(jìn)行圖形組合，其中基本圖形單元隨著橋長、跨長和橫隔粱寬度等參數(shù)的不同具有一定的變化空間。對(duì)于存在橫隔板的跨，系統(tǒng)按橫隔板布置在跨中位置設(shè)計(jì)，從平面圖設(shè)計(jì)中讀取橫隔板厚度及立面倒角，完成橫隔板布設(shè)。系統(tǒng)完成的立面圖設(shè)計(jì)如圖5所示。

　　2.4箱梁剖面圖繪制

　　箱梁橋的平面、立面、橫斷面從三個(gè)不同的視角反映橋梁的立體結(jié)構(gòu)，在完成平面和立面設(shè)計(jì)及繪制后，系統(tǒng)就能給出不同部位的剖面圖設(shè)計(jì)，但是一個(gè)位置的剖面圖是無法平縱面構(gòu)造出箱梁橋的立體模型的，故系統(tǒng)給出變化點(diǎn)的剖面(如跨中剖面和指點(diǎn)剖面，如圖6所示)供用戶進(jìn)行設(shè)計(jì)，如此就能通過與平縱面的結(jié)合構(gòu)造出箱梁橋的立體模型，并存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中，供后續(xù)設(shè)計(jì)使用。

　　根據(jù)數(shù)據(jù)的相關(guān)性，由箱梁的平面設(shè)計(jì)與立面設(shè)計(jì)，可導(dǎo)人腹板寬度、翼板長度、箱梁高度、頂/底板厚度等設(shè)計(jì)參數(shù)。對(duì)于寬度不變的橋梁，箱梁箱室數(shù)目是沒有變化的，則系統(tǒng)提供兩個(gè)典型位置的剖面設(shè)計(jì)，即跨中剖面和支點(diǎn)剖面;而立交曲線梁橋主/匝道交叉口，鼻端以后由于橋梁變寬，箱梁箱室數(shù)目增加了，這時(shí)系統(tǒng)提供的兩個(gè)基礎(chǔ)剖面設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足箱梁設(shè)計(jì)的需求，所以設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際情況，在箱梁平面圖中選擇特殊箱梁剖面的位置，最終完成橋梁一般構(gòu)造圖的設(shè)計(jì)。圖6為兩個(gè)典型位置的箱梁剖面：

　　圖6箱梁橫斷面圖

　　下面以岔口為例對(duì)用戶任意選擇剖面位置的剖面圖生成算法進(jìn)行說明。如圖7所示，其為帶橋梁邊線及腹板邊/中線的框架圖，鼻端位于橋梁第二跨，設(shè)計(jì)人員在此跨任意剖取一個(gè)剖面，剖面線為I-I。此剖面的箱室數(shù)目與第一跨中剖面的箱室數(shù)目明顯不同，根據(jù)剖面線與腹板邊/中線交點(diǎn)的個(gè)數(shù)確定剖面箱室的數(shù)目，同時(shí)從平面圖上自動(dòng)讀取箱梁頂板與底板的長度，剖面圖中F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4分別表示平面圖中腹板邊/中線在剖面圖中對(duì)應(yīng)的位置。

　　圖7鼻端箱梁平面圖

　　3結(jié)束語

　　目前，該系統(tǒng)已通過工程測(cè)試，并已經(jīng)在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中進(jìn)行試用。互通立交曲線梁橋一般構(gòu)造圖設(shè)計(jì)繪圖系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，有效地解決了曲線梁橋、立交橋梁主/匝道交叉口的箱梁一般構(gòu)造圖設(shè)計(jì)問題，極大地提高了工作效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。同時(shí)也驗(yàn)證了本系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)合理，開發(fā)技術(shù)路線可行，可以為異型結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)造物的設(shè)計(jì)與繪圖提供參考。