基于Solid Works的海堤護(hù)面塊體結(jié)構(gòu)圖修正

王浩霖李晨陽(yáng)董 勝

(中國(guó)海洋大學(xué) 工程學(xué)院,山東 青島266100)

基于Solid Works的海堤護(hù)面塊體結(jié)構(gòu)圖修正

王浩霖,李晨陽(yáng),董 勝*

(中國(guó)海洋大學(xué) 工程學(xué)院,山東 青島266100)

海堤迎浪側(cè)坡面一般采用人工塊體防護(hù),人工塊體的種類很多,形狀非常復(fù)雜,從而給塊體結(jié)構(gòu)圖的繪制造成很大的困難。基于Solidworks繪圖原理,對(duì)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 51015—2014)中提供的常用護(hù)面塊體進(jìn)行了三維模型的重新構(gòu)建。借助Solidworks,依據(jù)規(guī)范中提供的護(hù)面塊體的類型和尺寸,闡述了建立其結(jié)構(gòu)的三維模型并導(dǎo)出工程圖的詳細(xì)過(guò)程。通過(guò)對(duì)比分析,修正了現(xiàn)行規(guī)范中常用護(hù)面塊體的工程圖在形狀繪制及尺寸標(biāo)注方面存在的問(wèn)題。此方法對(duì)精確繪制其他護(hù)面塊體的工程圖具有一定的指導(dǎo)意義,同時(shí)對(duì)海岸工程中其他結(jié)構(gòu)工程圖的繪制具有一定的參考價(jià)值。

海堤;規(guī)范;護(hù)面塊體;工程圖;SolidWorks

海堤是為了防御海潮和風(fēng)浪的侵襲、降低其帶來(lái)的危害,在河口、海岸地區(qū)修筑的一種專門用來(lái)?yè)跛慕ㄖ?。海堤按照其斷面的結(jié)構(gòu)型式可以分為斜坡堤和陡墻堤,由兩者結(jié)合的混成堤在工程中也得到較為廣泛的應(yīng)用[1]。斜坡堤以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,波浪反射小,整體穩(wěn)定性高以及對(duì)地基適用情況較好等優(yōu)點(diǎn)在工程中得到廣泛應(yīng)用。由于斜坡堤堤身一般用當(dāng)?shù)赝亮咸钪?且受到較強(qiáng)的波浪、水流作用,因此需要在斜坡堤的迎浪面采用人工護(hù)面以保障堤身安全。在《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范 》[2](GB/T 51015—2014,以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)中介紹了塊石、混凝土柵欄板及預(yù)制混凝土異型塊體等結(jié)構(gòu)型式。董國(guó)華[3]通過(guò)分析福建省海堤安全狀況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及工程實(shí)例,論證了海堤護(hù)坡破壞的特征及原因,并提出了相應(yīng)的工程措施;毛昶熙等[4]通過(guò)分析護(hù)坡塊體的局部穩(wěn)定性給出了塊體穩(wěn)定性計(jì)算公式,并經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證和與常用公式的對(duì)比說(shuō)明了公式的可靠性;張閩生[5]介紹了幾種常見(jiàn)的護(hù)坡型式以及異型塊體等新型護(hù)坡的應(yīng)用;吳偉民[6]通過(guò)對(duì)實(shí)例的分析,闡述了在不同海況下海堤外護(hù)坡在設(shè)計(jì)方面需要注意的問(wèn)題。

《規(guī)范》對(duì)海岸工程建設(shè)中海堤的設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)作用。但是在研究過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)《規(guī)范》中提供的護(hù)面塊體的工程圖存在一些問(wèn)題。因此,本文基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件Solid Works對(duì)《規(guī)范》中提供的柵欄板等護(hù)面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新繪制,并在此基礎(chǔ)上繪制了螺母塊體[7]、Xbloc[8]及四棒體[9]等護(hù)面結(jié)構(gòu)。

1 Solid Works繪圖簡(jiǎn)介

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,各種制圖軟件得到了有效的推廣,為工程設(shè)計(jì)與施工提供了極大的便利。Solid Works是世界上第一個(gè)基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng),具有功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單和易學(xué)易用等特點(diǎn)。其作為專業(yè)的三維CAD建模軟件已經(jīng)在工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,諸如ANSYS,ABAQUS等有限元軟件,也為Solid Works提供了應(yīng)用接口。朱金權(quán)[10]系統(tǒng)地介紹了Solid Works軟件的常用模塊,并描述了其在有限元分析中的應(yīng)用;周基等[11]以隧道工程為例,利用Solid Works建立有限元仿真的復(fù)雜模型,并通過(guò)有限元軟件分析的結(jié)果證明了Solid Works應(yīng)用于有限元仿真分析是可行的;王麗娜[12]以水工結(jié)構(gòu)中的檢修閘門為例,詳細(xì)介紹了Solid Works軟件的特點(diǎn)及運(yùn)用過(guò)程。因此,本文基于Solid Works軟件對(duì)《規(guī)范》中的護(hù)面塊體進(jìn)行繪制和修改是可行的。

(李 燕 編輯)

Solid Works是第三代CAD建模軟件,包含3大基本功能：零件設(shè)計(jì)、裝配體設(shè)計(jì)和工程圖生成。其建模的一般過(guò)程為：繪制草圖—生成實(shí)體(—零件裝配)—導(dǎo)出工程圖。繪制草圖時(shí)首先需要選擇基準(zhǔn)面,Solid Works中默認(rèn)的基準(zhǔn)面分別是前視(后視)、上視(下視)和右視(左視),有時(shí)對(duì)于一些結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的模型的繪制還需要通過(guò)添加參考基準(zhǔn)面來(lái)實(shí)現(xiàn)。然后通過(guò)對(duì)草圖進(jìn)行拉伸、旋轉(zhuǎn)、切除等特征操作完成對(duì)象的三維實(shí)體建模。對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu),需要將其分解為幾部分繪制,最后通過(guò)裝配獲得所需模型。

在工程設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中,除了需要運(yùn)用三維模型對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行直觀表達(dá)外,還需要工程圖即三視圖來(lái)表示結(jié)構(gòu)的細(xì)部特征。除特殊聲明外,三視圖均指正、左、俯三視圖。本文以《規(guī)范》中提供的四腳空心方塊為例闡述利用Solid Works軟件構(gòu)建三維模型并獲取工程圖的詳細(xì)過(guò)程。

2 三維模型的建立

三維建模的首要任務(wù)是獲取結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸等信息。利用《規(guī)范》中提供的四腳空心方塊的三視圖可以獲得其詳細(xì)的尺寸數(shù)據(jù)。由于《規(guī)范》中的尺寸多是以小數(shù)表示,為了繪圖方便,可以通過(guò)給定L的值來(lái)減少其小數(shù)位數(shù),如L取100或1 000。在創(chuàng)建模型時(shí)適當(dāng)?shù)氖褂脴?gòu)造線及參考基準(zhǔn)面可以快速準(zhǔn)確地完成建模過(guò)程。另外,在使用Solid Works建立三維模型時(shí)應(yīng)盡可能在一個(gè)單獨(dú)的零件中完成,而不是通過(guò)裝配得到。雖然兩者創(chuàng)建的三維模型在外觀上沒(méi)有絲毫差別,但是由裝配得到的實(shí)體往往容易產(chǎn)生冗余的線段,且塊體之間的相貫性得不到充分的表現(xiàn),對(duì)工程圖的生成及處理帶來(lái)不便。

利用Solid Works構(gòu)建四腳空心方塊的詳細(xì)過(guò)程如下：

步驟1：構(gòu)建四腳空心方塊的中間部分。按照《規(guī)范》提供的其俯視圖,在上視基準(zhǔn)面以原點(diǎn)為中心繪制多邊形及邊長(zhǎng)為0.24L的正方形,然后通過(guò)“特征”中的“拉伸凸臺(tái)/基體”選項(xiàng)使該圖形在每個(gè)方向上各拉伸0.14L,得到如圖1a所示的空心多邊實(shí)體模型;

步驟2：創(chuàng)建四腳空心方塊的腳。在圖1a所示實(shí)體頂面的4個(gè)角處繪制邊長(zhǎng)為0.28L的正方形,然后對(duì)這四個(gè)正方形拉伸0.2L;同理,對(duì)實(shí)體的底面進(jìn)行同樣操作后,得到如圖1b所示的模型;

步驟3：選擇實(shí)體的某一側(cè)面創(chuàng)建參考基準(zhǔn)面并建立草圖,在此平面實(shí)體的每個(gè)腳處繪制直角邊分別為0.04L×0.04L與0.2L×0.09L的三角形,然后通過(guò)“切除拉伸”對(duì)實(shí)體進(jìn)行削角處理,得到如圖1c所示的模型;

步驟4：選擇與步驟3中所選側(cè)面垂直的一側(cè)面建立基準(zhǔn)面,按照步驟3對(duì)實(shí)體進(jìn)行切除拉伸,得到如圖1d所示的模型,即四腳空心方塊的最終實(shí)體模型。

圖1 四腳空心方塊三維建模圖解Fig.1 The 3D modeling diagram of the four-leg hollow square block

工程中結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖紙多以三視圖來(lái)表示,Solid Works可以通過(guò)“文件”菜單下的“從零件制作工程圖”導(dǎo)出所需的各種視圖。為了在AutoCAD中對(duì)視圖進(jìn)行尺寸標(biāo)注等后期處理,需要將文件另存為“.DWG”格式。四腳空心方塊的工程圖如圖2所示。

通過(guò)與《規(guī)范》提供的三視圖相比較,可以看出《規(guī)范》中主視圖的尺寸標(biāo)注存在問(wèn)題,尺寸a=0.208L,而不是《規(guī)范》中的0.212 5L,而且《規(guī)范》中未給出模型的左視圖。通過(guò)Solid Works對(duì)模型重建后,塊體的表達(dá)更為完整,說(shuō)明此方法適用于護(hù)面塊體三維模型的構(gòu)建及工程圖的展示。

圖2 四腳空心方塊工程圖Fig.2 The engineering drawing of the four-leg hollow square block

3 《規(guī)范》中護(hù)面結(jié)構(gòu)的重新構(gòu)建

《規(guī)范》中提供的護(hù)面結(jié)構(gòu)主要包括柵欄板以及四腳空心方塊、扭工字塊和扭王字塊等異型塊體。根據(jù)《規(guī)范》提供的三視圖,由Solid Works重新建立的護(hù)面結(jié)構(gòu)三維模型及工程圖如圖3～圖5所示。

1)柵欄板

《規(guī)范》中只提供了柵欄板的主視圖及側(cè)向剖面圖,工程圖的表示不夠完整;而且剖面圖中柵欄板的長(zhǎng)度尺寸a0與細(xì)部尺寸a1～a4表示的框格數(shù)并不相對(duì)應(yīng)。

圖3 柵欄板三維模型及工程圖Fig.3 The 3D model and engineering drawing of the fence plate

2)扭工字塊

《規(guī)范》中的視圖均把圓形或橢圓形畫成了多邊形;尺寸標(biāo)注不準(zhǔn)確,存在重復(fù)標(biāo)注、漏標(biāo)等問(wèn)題;工程圖表示不夠完整,缺少俯視圖。

圖4 扭工字塊三維模型及工程圖Fig.4 The 3D model and engineering drawing of the dolosse

3)扭王字塊

《規(guī)范》中未繪出扭王字塊俯視圖的不可見(jiàn)輪廓線。

圖5 扭王字塊三維模型及工程圖Fig.5 The 3D model and engineering drawing of the accropode

4 其他護(hù)面結(jié)構(gòu)三維模型的構(gòu)建

《規(guī)范》中只提供了國(guó)內(nèi)常用的幾種護(hù)面塊體,而實(shí)際上在工程中使用的護(hù)面結(jié)構(gòu)有很多種。其中有不少新興異型結(jié)構(gòu)在消浪效果、穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性等方面的表現(xiàn)更為優(yōu)異。本節(jié)選取3種《規(guī)范》外的護(hù)面塊體(螺母塊體、Xbloc和四棒體),對(duì)其進(jìn)行三維模型的構(gòu)建,如圖6～圖8所示。

圖6 螺母塊體三維模型及工程圖Fig.6 The 3D model and engineering drawing of the nut block

圖7 Xbloc三維模型及工程圖Fig.7 The 3D model and engineering drawing of the Xbloc

圖8 四棒體三維模型及工程圖Fig.8 The 3D model and engineering drawing of the four rod body

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)斜坡堤常用護(hù)坡塊體的深入研究,發(fā)現(xiàn)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 51015-2014)在描述一些塊體的形狀或尺寸時(shí)存在一定的偏差?；赟olid Works軟件,我們對(duì)《規(guī)范》中的常用護(hù)面塊體進(jìn)行了三維模型的重新構(gòu)建,并以四腳空心方塊為例詳細(xì)闡述了Solid Works的建模過(guò)程,修正了形狀尺寸圖,并給出了三維立體圖,使其表達(dá)更為準(zhǔn)確、完整。通過(guò)對(duì)螺母塊體、Xbloc及四棒體等護(hù)坡結(jié)構(gòu)的繪制,說(shuō)明了Solid Works軟件對(duì)于海岸工程中其他種類護(hù)面塊體的精確繪制具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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Abstract：The wave-side slope surface of the sea dike is commonly protected by using artificial blocks.These blocks have various types and are very complex in shape,making the plotting of the structure diagram of the blocks difficult.In this paper,the armor blocks of the sea dike that are commonly used and have also been stipulated in the Code for Design of Sea Dike Project(GB/T 51015—2014)are reconstructed to a 3D model based on the Solid Works drawing principle.With the aid of Solid Works and on the basis of the type and size of the armor blocks introduced in the Code,the 3D model used for reconstructing the structure of the armor blocks is illustrated and the detailed process for deriving the engineering drawing is described.By comparing and analyzing,problems about the shape drawing and dimensioning occurring in the engineering drawing of the armor blocks commonly used and stipulated in the Code are corrected.This approach has some guiding significance for accurately plotting the engineering drawings of other armor blocks,and also has certain reference value for plotting engineering drawings of other structures of the coastal engineering.

Key words：sea dike;code;armor block;engineering drawing;Solid Works

Received：April 5,2017

Modification of Structural Drawing of the Armor Blocks of Sea Dike Based on SolidWorks

WANG Hao-lin,LI Chen-yang,DONG Sheng
(College of Engineering,Ocean University of China,Qingdao 266100,China)

P753

A

1002-3682(2017)03-0030-07

10.3969/j.issn.1002-3682.2017.03.004

2017-04-05

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)——新型透空式海岸建筑物設(shè)計(jì)理論(201564003)

王浩霖(1992-),男,碩士研究生,主要從事海岸工程及其與海洋環(huán)境的相互作用方面研究.E-mail：wanghaolin1062@163.com

*通訊作者：董 勝(1968-),男,教授,博士,博士生導(dǎo)師,主要從事海洋環(huán)境及其與結(jié)構(gòu)相互作用方面研究.E-mail：dongsh@ouc.edu.cn