改建工程橋臺(tái)、橋墩設(shè)計(jì)自動(dòng)化的研究

【摘要】分析了在改建工程中依托實(shí)際項(xiàng)目的橋涵設(shè)計(jì)，研究橋涵下部構(gòu)造任意路幅、不同交角時(shí)，結(jié)合原橋涵的標(biāo)高、位置自動(dòng)化的完成合理設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】橋涵；下部；自動(dòng)化；語(yǔ)言

1、前言

自上個(gè)世紀(jì)九十年代起，我區(qū)高速公路建設(shè)迅猛發(fā)展，至“十一五”末期，國(guó)道主干線公路基本建成高等級(jí)公路，在盡量不擴(kuò)張現(xiàn)有路網(wǎng)規(guī)模的前提下，對(duì)原有公路進(jìn)行改建、擴(kuò)建，提高交通路網(wǎng)的通行能力和道路等級(jí)在公路建設(shè)中逐漸開展。在改、擴(kuò)建工程中，橋涵因結(jié)構(gòu)完好、數(shù)量多、工程量大、比重大，其改建設(shè)計(jì)是否得當(dāng)，對(duì)整體工程造價(jià)和結(jié)構(gòu)使用效果有很大的影響。因此，在進(jìn)行改建設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能地考慮利用原有橋涵，這樣既可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，又可以節(jié)約建設(shè)資金。在安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀、環(huán)保等的設(shè)計(jì)理念下，如何結(jié)合地形、地質(zhì)、設(shè)計(jì)出跟現(xiàn)有橋涵融為一體的新的橋涵構(gòu)造物，擺在了廣大公路設(shè)計(jì)者面前。我區(qū)第一批高等級(jí)公路“吐魯番～烏魯木齊～大黃山高等級(jí)公路”現(xiàn)在進(jìn)入改建期，如何做好橋涵構(gòu)造物的改擴(kuò)建設(shè)計(jì)，我們做了設(shè)計(jì)自動(dòng)化方面的研究。

2、橋涵現(xiàn)狀

吐魯番～烏魯木齊～大黃山高等級(jí)公路全線橋涵設(shè)計(jì)洪水頻率：大、中、小橋、涵洞1/100，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)：汽車-超20級(jí)，掛車-120。橋梁寬度：吐魯番至小草湖段：分離式2×12.0m，小草湖至達(dá)阪城段：整體式21.5m，達(dá)阪城至烏魯木齊以后段落：整體式26.0m。

橋梁上部結(jié)構(gòu)主要有：6m鋼筋混凝土矩形板、8m鋼筋混凝土空心板、10m、13m、16m、20m預(yù)應(yīng)力空心板、30m、40m預(yù)應(yīng)力混凝土Ⅰ型組合梁、30m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁、現(xiàn)澆箱梁（立交跨線橋）以及60m中承式吊桿拱橋。

橋梁下部結(jié)構(gòu)形式主要為柱式墩、薄壁墩；橋臺(tái)采用輕型橋臺(tái)、肋板式橋臺(tái)、重力式臺(tái)；基礎(chǔ)主要采用樁基礎(chǔ)、擴(kuò)大基礎(chǔ)。

“吐～烏～大”高等級(jí)公路為連云港至霍爾果斯國(guó)家高速公路網(wǎng)中關(guān)鍵段落，如何保證快速施工、快速通車？設(shè)計(jì)中采用標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)過(guò)程采用自動(dòng)化?！巴隆珵酢蟆备叩燃?jí)公路橋梁上部結(jié)構(gòu)當(dāng)時(shí)全部采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，改擴(kuò)建比較有利，各種結(jié)構(gòu)的上部成熟圖紙比較多，可以直接應(yīng)用，設(shè)計(jì)中反復(fù)變化的，關(guān)乎到安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀的主要是橋梁下部。如何設(shè)計(jì)出任意路幅的加寬、任意路拱橫坡的橋臺(tái)、橋墩，又便于快速施工的構(gòu)造物？根據(jù)老路十五年的運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)情況，我們建議橋梁下部結(jié)構(gòu)形式采用蓋梁柱式墩：橋臺(tái)采用輕型埋置式橋臺(tái)、重力式U型橋臺(tái)；基礎(chǔ)主要采用樁基礎(chǔ)、擴(kuò)大基礎(chǔ)。為此研制自動(dòng)化程序軟件。

3、模塊功能

3.1蓋梁柱式墩

根據(jù)蓋梁柱式墩的三維特性，提取如下公共數(shù)據(jù)：蓋梁寬度、交角、橋墩高度、蓋梁厚度、蓋梁高度、斜坡高度、橋墩直徑、樁基直徑、兩樁距離、擋塊寬度。由這些參數(shù)任意組合，完成蓋梁柱式墩設(shè)計(jì)，由道路基本設(shè)計(jì)參數(shù)和蓋梁尺寸通過(guò)穩(wěn)定性驗(yàn)算后自動(dòng)繪出設(shè)計(jì)圖。可以完成任意路幅、任意斜度的橋墩。如下圖

3.2輕型埋置式橋臺(tái)

根據(jù)輕型埋置式橋臺(tái)的三維特性，提取如下公共數(shù)據(jù)：路幅寬度、橋臺(tái)坡度、交角（度）、橋臺(tái)寬度、耳墻長(zhǎng)度、橋臺(tái)厚度、背墻高度、橋墩直徑、樁基直徑、兩樁距離、擋塊寬度。

由這些參數(shù)任意組合，完成輕型埋置式橋臺(tái)的設(shè)計(jì)，由道路基本設(shè)計(jì)參數(shù)和橋臺(tái)尺寸通過(guò)穩(wěn)定性驗(yàn)算后自動(dòng)繪出設(shè)計(jì)圖?？梢酝瓿扇我饴贩?、任意斜度的橋臺(tái)。如下圖

3.3重力式U型橋臺(tái)

根據(jù)重力式U型橋臺(tái)的三維特性，提取如下公共數(shù)據(jù)：前進(jìn)方向標(biāo)高參數(shù)、左邊標(biāo)高1、左邊標(biāo)高2、右邊標(biāo)高1、右邊標(biāo)高2、中心標(biāo)高、基礎(chǔ)標(biāo)高、U臺(tái)角度（度）、U臺(tái)寬度、側(cè)墻頂寬、臺(tái)帽背墻高度、臺(tái)帽厚度、臺(tái)帽頂寬度、臺(tái)帽搭接寬度、基礎(chǔ)埋深、基礎(chǔ)厚度、橋臺(tái)側(cè)墻帽高、橋臺(tái)前墻和側(cè)墻背坡比例、臺(tái)尾墻背坡比例、橋臺(tái)前緣襟邊寬度、橋臺(tái)兩側(cè)及后部襟邊寬度。由這些參數(shù)任意組合，完成重力式U型橋臺(tái)的設(shè)計(jì)，由道路基本設(shè)計(jì)參數(shù)和橋臺(tái)尺寸通過(guò)穩(wěn)定性驗(yàn)算后自動(dòng)繪出設(shè)計(jì)圖?？梢酝瓿扇我饴贩?、任意斜度的U型橋臺(tái)。如下圖

4、設(shè)計(jì)語(yǔ)言

根據(jù)橋臺(tái)、橋墩設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)成分、運(yùn)算成分、控制成分和輸出成分等特性，合理分析選擇計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言和開發(fā)方式。

ACAD是一通用的繪圖平臺(tái)，基于ACAD常用的三種開發(fā)方式分析如：

4.1ObjectARX

ARX（AutoCAD Runtime eXtension）是在ADS基礎(chǔ)上發(fā)展的面向?qū)ο蟮拈_發(fā)環(huán)境，使用C++語(yǔ)言，現(xiàn)在ARX進(jìn)化為ObjectARX技術(shù)，它是完全面向?qū)ο?，并且是以?dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（dll）的形式共享CAD的地址空間。用ARX技術(shù)編出的程序運(yùn)行時(shí)和AutoCAD在同一代碼區(qū)，能共享ACAD的數(shù)據(jù)庫(kù)，但C++語(yǔ)言有復(fù)雜的程序調(diào)試，再配上ObjectARX庫(kù)，要做許多技術(shù)準(zhǔn)備，開發(fā)周期長(zhǎng)。

4.2VBA

VBA（Visual Basic for Application）是一個(gè)引入了對(duì)象的程序設(shè)計(jì)環(huán)境。VBA通過(guò)AutoCAD Active Automation接口將信息傳送給AutoCAD，而AutoCAD VBA也允許VBA環(huán)境與AutoCAD同時(shí)執(zhí)行Active Automation與VBA的結(jié)合方式，提供了功能極強(qiáng)大的接口，不僅可以操作AutoCAD的內(nèi)部對(duì)象件，更可以在其它的應(yīng)用程序之間傳送或接收數(shù)據(jù)。AutoCAD ActiveX提供了我們可以從AutoCAD內(nèi)部或外部以程序設(shè)計(jì)的方式來(lái)定義AutoCAD的結(jié)構(gòu)。

VBA的優(yōu)點(diǎn)：語(yǔ)法為易學(xué)的Visual Basic語(yǔ)言；VBA同時(shí)提供與其它應(yīng)用程序的整合；VBA與AutoCAD執(zhí)行于同一處理程序，執(zhí)行速度快；在VBA中可以快捷設(shè)計(jì)對(duì)話框；項(xiàng)目可以獨(dú)立或內(nèi)嵌在圖面中，這種功能在提供開發(fā)者發(fā)布應(yīng)用程序上有很大的用處與靈活性。

4.3VisualLISP

Visual LISP是一個(gè)功能強(qiáng)大的整合開發(fā)環(huán)境，它整合了AutoLISP程序開發(fā)期間所需的幾大主要工具和功能。Visual LISP采用Compile-during-Load（隨載即編譯）技術(shù)，來(lái)達(dá)到與AutoLISP完全兼容的境界。Visual LISP采用可支持LISP與DCL色彩編碼以及其他語(yǔ)法的全屏幕文本編輯器。Visual LISP支持多種檢查器，其中語(yǔ)法檢查器可以用來(lái)檢查程序結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤和內(nèi)部函數(shù)中的變量錯(cuò)誤，綜合檢查器可以提供對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中變量和表達(dá)式的瀏覽和編輯功能。Visual LISP先進(jìn)的原始程序編譯器可以將Autolisp的源程序編譯成二進(jìn)制文件，這樣極大改善程序的執(zhí)行速度與安全性，Visual LISP的原始程序文件可以利用系統(tǒng)提供的Application Wizard軟件將之包裝成一個(gè)單一的模塊。Visual LISP增加了專門處理ActiveX對(duì)象的函數(shù)，ActiveX的導(dǎo)入使訪問AutoCAD圖元更簡(jiǎn)單直接。雖然Visual LISP的圖形處理功能非常強(qiáng)大，但Visual LISP語(yǔ)言的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)注定該語(yǔ)言的計(jì)算功能比較繁瑣。

通過(guò)上述三種開發(fā)技術(shù)方式的比較，結(jié)合橋臺(tái)、橋墩設(shè)計(jì)的特性，橋臺(tái)、橋墩有大量的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)計(jì)算，為了更好的完成程序的開發(fā)，采用Visual LISP、VBA、ActiveX技術(shù)聯(lián)合開發(fā)，最后整合打包。利用VBA的計(jì)算功能，利用Visual LISP、ActiveX技術(shù)的圖形處理功能，極大的簡(jiǎn)化了開發(fā)步驟，使程序代碼變短，軟件運(yùn)行效率更高。

5、穩(wěn)定性因素

橋臺(tái)、橋墩穩(wěn)定性計(jì)算基本相似，根據(jù)荷載及建筑材料驗(yàn)算臺(tái)身、蓋梁、樁柱截面強(qiáng)度、地基應(yīng)力以及墩臺(tái)穩(wěn)定性，在受力上，橋臺(tái)、橋墩不同的是橋臺(tái)要承受后臺(tái)填土的側(cè)壓力，而且這種土側(cè)壓力對(duì)橋臺(tái)的尺寸影響很大。設(shè)計(jì)時(shí)擬定合適的尺寸，穩(wěn)定性驗(yàn)算通過(guò)后，立刻繪出設(shè)計(jì)構(gòu)造圖。

6、結(jié)束語(yǔ)

在改建工程中橋梁的下部結(jié)構(gòu)墩、臺(tái)的設(shè)計(jì)具有很大的變數(shù)，往往影響設(shè)計(jì)周期和質(zhì)量，不同的工程師設(shè)計(jì)出不同的構(gòu)造物，有時(shí)設(shè)計(jì)效果出來(lái)后，不是最優(yōu)、最經(jīng)濟(jì)的，繁于來(lái)回手工改動(dòng)，也就交付施工了，設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件將設(shè)計(jì)人員從重復(fù)、繁瑣的手工設(shè)計(jì)工作中解放出來(lái)，使技術(shù)人員集中于創(chuàng)造性的勞動(dòng)，控制設(shè)計(jì)的全過(guò)程。設(shè)計(jì)尺寸的合理關(guān)乎到構(gòu)造物的安全、經(jīng)濟(jì)、美觀，該自動(dòng)化軟件結(jié)合三維效果圖可以反復(fù)修改設(shè)計(jì)圖紙，使設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)。

參考文獻(xiàn)

[1]江祖銘，王崇禮主編.《公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)·墩臺(tái)與基礎(chǔ)》.北京：人民交通出版社，1994年