互通立交曲线箱梁桥CAD系统设计与实现

　　互通立交曲线梁桥是目前在公路及市政道路建设中应用最为广泛的桥梁结构形式，由于其构造物的设计不仅受几何因素的控制，还受结构受力因素的约束，显得非常复杂且规律性差，目前大多数设计院仍然是采用人工绘图的方式完成桥梁设计图的绘制，这使设计效率低下，设计质量也难以得到提高。该类系统的研究开发，一直是当前公路桥梁CAD辅助设计的难点之一，也是急待解决的问题之一。互通立交曲线梁桥CAD系统主要研究基于目前我国设计院广泛使用AutoCAD主流图形平台，利用VBA技术研究开发互通立交曲线梁桥计算机辅助设计与绘图系统，实现互通立交曲线梁桥的参数化设计与绘图，从而促进公路桥梁CAD系统的进一步发展、提高设计工作效率和降低设计成本。

　　通过对Lisp、VBA、ADS，和基于C++的Object-ARX、Dot Net(C#)等几种常用的AutoCAD二次开发工具进行分析，本系统采用.NET平台下C#作为软件开发语言，结合Autodesk公司新增加的.NET API类包进行基本图框的绘图软件包的开发，采用关系数据库SQL Server 2000作为系统的数据存储中心，把CAD数据库和关系数据库两种结合起来，完成系统数据信息和图形信息的交互和图形的绘制。本文研究了系统的总体设计，重点研究系统的功能模块设计及实现。

　　1系统总体设计

　　系统在分析互通曲线梁桥一般构造图绘制业务逻辑流程的基础上，研究开发了互通曲线梁桥计算机辅助设计及绘图系统。本系统实现从路线设计软件得到的桥梁框架图中读取系统所需的基础信息并存人数据库，以GUI提供友好的平面、纵面及横断面图参数设计界面，辅以交互式绘图功能，完成曲线箱梁桥立体模型的构造及系统一般构造图绘制及混凝土工程数量统计。

　　本系统从功能上可划分为项目管理、系统基础信息采集以及一般构造图设计及绘制等三个功能模块。系统功能架构图如图1所示。

　　图1系统功能架构图

　　本系统中，基于AutoCAD的二次开发主要实现以下功能：

　　(1)项目管理，主要实现项目新建、打开用户已建立的项目以及保存项目基本信息三个功能，为整个项目提供一个宏观的管理。

　　(2)采集桥梁边框信息。整个操作界面在AutoCAD的操作界面下完成，以用户手工选择的方式，采集桥梁中心线，桥梁边线、腹板边线与腹板中心线、桥梁支座中心线及桥梁端部线。自动实现桥梁的分跨及跨长计算、箱室数目的确定、悬臂长的计算，并保存到数据库，供桥梁后续设计调用。

　　(3)曲线型梁桥一般构造图设计及绘制。箱梁一般构造图包含箱梁平面图、箱梁立面图、箱梁剖面图，三者间数据相互关联，共同确定桥梁的立体结构。系统以友好的窗口界面(加配插图)形式供用户进行箱梁的平面设计、立面设计以及剖面设计。用户完成平、纵、横设计后，系统自动绘制出箱梁的平面、立面和剖面图。混凝土工程数量的统计要分段统计(要满足规范的要求)，求出断面变化处横断面面积，然后求出这一段的平均值，乘以变化段长度即可得到此段的体积，所有段相加，即可得到箱梁混凝土总体积。

　　2 系统功能设计及实现

　　箱粱一般构造图包括箱梁平面图、纵断面图和横断面图，这三个方向的视图能有机地组成桥梁的立体构造物。根据投影原理，箱梁结构设计的平、纵、横之间存在着两两关联的联系。因此如何保证平纵横数据的相互关联是系统设计的重点，这不仅是减少了设计数据的输入量，更重要的是保证了设计数据的一致性，降低了图纸的出错率，提高了设计效率。根据图1所示，可知系统主要完成五个功能，桥梁基础信息的采集、平面图绘制、纵面图绘制、横断面绘制以及混凝土工程数量统计。

　　2.1 系统基础信息采集

　　考虑到在实际生产中，桥梁设计是在路线设计提供的路线框架成果图基础上，截取桥梁设计所需的基本路线设计参数(如桥梁的起终点桩号、桥梁的平纵面外边线等基本设计参数)而进行的，而腹板边线则是通过桥梁外边线偏移得到的。所以系统提供交互的方式让用户手动采集桥梁中心线、桥梁边线、腹板边线与腹板中心线、桥梁支座中心线，根据支座中心线自动实现桥梁的分跨及跨长计算;同时把交互拾取得到的桥梁基础信息保存到数据库，以便桥梁后续设计调用。图2以“卜型”箱梁平面为例说明系统拾取要点，其中主道、匝道的桥梁平面信息分别拾取。

　　图2“卜型”箱梁平面边框图

　　2.2箱梁平面图绘制

　　由于互通立交曲线箱梁桥通常存在不等跨分布的情况，所以系统在进行平面图设计及绘制时要以跨为单元，分别进行设计及绘制。箱梁平面图设计主要包括腹板宽度、横隔板厚度、腹板变宽段的长度及腹板加宽段的长度等(如图3所示)。

　　图3箱梁平面图设计界面

　　系统在用户完成平面图绘制参数设计后，系统通过读取数据库中与平面图绘制相关的参数自动完成箱梁平面图绘制。箱梁平面图的绘制重点在于箱梁平面箱室的绘制，在桥梁分跨和跨长确定以后，读取平面图绘制参数及支座中心线与桥梁中心线的夹角，便可确定箱梁的平面箱室布置，继而根据腹板宽度，偏移腹板边线或中心线，再根据腹板加宽段长度以及变宽段长度就能完成平面箱室绘制，从而完成箱室平面图绘制。系统完成的平面效果如图4所示。

　　图4系统绘制平面图

　　2.3箱梁纵面图绘制

　　箱梁立面设计主要包括梁高、顶/底板厚度、各跨箱窜立面倒角等参数设计(如图5所示)，而横隔板设计，由于桥梁平纵设计相互关联，绘制立面图时需读取平面设计时保存的跨长、横隔梁厚度等。

　　图5箱梁立面图

　　箱梁立面图绘制与箱梁平面图相比，纵断面图相对比较规则，可细分为箱梁立面外边框和箱室立面图两个部分，故采用积木式绘图方式先封装出基本图形单元，再进行图形组合，其中基本图形单元随着桥长、跨长和横隔粱宽度等参数的不同具有一定的变化空间。对于存在横隔板的跨，系统按横隔板布置在跨中位置设计，从平面图设计中读取横隔板厚度及立面倒角，完成横隔板布设。系统完成的立面图设计如图5所示。

　　2.4箱梁剖面图绘制

　　箱梁桥的平面、立面、横断面从三个不同的视角反映桥梁的立体结构，在完成平面和立面设计及绘制后，系统就能给出不同部位的剖面图设计，但是一个位置的剖面图是无法平纵面构造出箱梁桥的立体模型的，故系统给出变化点的剖面(如跨中剖面和指点剖面，如图6所示)供用户进行设计，如此就能通过与平纵面的结合构造出箱梁桥的立体模型，并存储于数据库中，供后续设计使用。

　　根据数据的相关性，由箱梁的平面设计与立面设计，可导人腹板宽度、翼板长度、箱梁高度、顶/底板厚度等设计参数。对于宽度不变的桥梁，箱梁箱室数目是没有变化的，则系统提供两个典型位置的剖面设计，即跨中剖面和支点剖面;而立交曲线梁桥主/匝道交叉口，鼻端以后由于桥梁变宽，箱梁箱室数目增加了，这时系统提供的两个基础剖面设计已经不能满足箱梁设计的需求，所以设计人员根据实际情况，在箱梁平面图中选择特殊箱梁剖面的位置，最终完成桥梁一般构造图的设计。图6为两个典型位置的箱梁剖面：

　　图6箱梁横断面图

　　下面以岔口为例对用户任意选择剖面位置的剖面图生成算法进行说明。如图7所示，其为带桥梁边线及腹板边/中线的框架图，鼻端位于桥梁第二跨，设计人员在此跨任意剖取一个剖面，剖面线为I-I。此剖面的箱室数目与第一跨中剖面的箱室数目明显不同，根据剖面线与腹板边/中线交点的个数确定剖面箱室的数目，同时从平面图上自动读取箱梁顶板与底板的长度，剖面图中F1，F2，F3，F4分别表示平面图中腹板边/中线在剖面图中对应的位置。

　　图7鼻端箱梁平面图

　　3结束语

　　目前，该系统已通过工程测试，并已经在实际设计工作中进行试用。互通立交曲线梁桥一般构造图设计绘图系统的开发和应用，有效地解决了曲线梁桥、立交桥梁主/匝道交叉口的箱梁一般构造图设计问题，极大地提高了工作效率和设计质量。同时也验证了本系统总体设计合理，开发技术路线可行，可以为异型结构桥梁构造物的设计与绘图提供参考。