一种基于自动建模的钢板梁桥放样方法

摘要

本发明涉及桥梁放样技术领域，提供一种基于自动建模的钢板梁桥放样方法，包括步骤100，将钢板梁桥进行构件划分；步骤200，生成主梁基准线和辅助轴线；步骤300，计算出各构件建模所需的三维坐标点数据；步骤400，进行主梁自动建模，得到主梁模型；步骤500，分别生成其它各构件的三维模型；生成钢板梁桥设计图模型；步骤600，根据设计图中的桥梁预拱度数据，对各坐标进行校正计算；步骤700，使用新的主梁基准线和辅助轴线，重新计算各点三维坐标，并重新建模，得到钢板梁桥放样模型；步骤800，使用钢板梁桥放样模型，将构件的三维模型转化为二维图形，得到构件的放样用图形。本发明能够提高放样工作效率、缩短设计时间。

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁放样技术领域，尤其涉及一种基于自动建模的钢板梁桥放样方法。

背景技术

由于钢材有强度高、材质均匀、塑性及韧性良好和可焊性好等优点，因此，钢结构桥有着跨越能力大、自重轻、抗震性能好、施工工期短等特点。

在没有三维模型时，放样图形主要靠二维图人工绘制。相对于模型直接生成，人工绘制有效率低，准确率低的缺点。并且图纸质量受作图人员技术能力影响很大，受经验影响，人员的培养也需要数年时间。

另外，在工厂焊接加工中，焊接变形产生的收缩量是必须考虑的部分。现阶段焊接收缩量没有统一的国家标准，很多时候依靠经验判断，存在不稳定性。

发明内容

本发明主要解决现有技术的放样图形主要靠二维图人工绘制，人工绘制有效率低，准确率低的技术问题，提出一种基于自动建模的钢板梁桥放样方法，以提高放样工作效率、缩短设计时间；优化加工流程，提高加工精度。

本发明提供了一种基于自动建模的钢板梁桥放样方法，包括以下过程：

步骤100，将钢板梁桥进行构件划分，划分至放样生产时的最小构件单元；

步骤200，根据钢板梁桥的设计图，生成主梁基准线和辅助轴线；

步骤300，根据主梁基准线、辅助轴线以及设计图中的结构参数信息，计算出各构件建模所需的三维坐标点数据；

步骤400，根据各构件建模所需的三维坐标点数据，结合设计图中各构件的基本信息，进行主梁自动建模，得到主梁模型；

步骤500，依次增加其它构件的基本信息，分别生成其它各构件的三维模型；再利用主梁模型和其它各构件的三维模型，生成钢板梁桥设计图模型；

步骤600，根据设计图中的桥梁预拱度数据，对各坐标进行校正计算，生成新的主梁基准线和辅助轴线；

步骤700，使用新的主梁基准线和辅助轴线，重新计算各点三维坐标，并重新建模，得到钢板梁桥放样模型；

步骤800，使用钢板梁桥放样模型，将构件的三维模型转化为二维图形，得到构件的放样用图形。

进一步的，步骤200，根据钢板梁桥的设计图，生成主梁基准线和辅助轴线，包括以下过程：

步骤201，根据钢板梁桥的设计图，确定主梁的主节点的三维坐标数据，生成主梁基准线：根据钢板梁桥的设计图，以各桥梁支点位置作为主节点；根据设计图中支点的三维坐标数据，确定主梁的主节点的三维坐标数据，在桥梁三维坐标系中，沿桥轴方向，用直线依次连接主节点，生成主梁基准线；

步骤202，根据钢板梁桥的设计图，在主梁基准线上，追加桥梁的辅节点，并在主梁基准线上添加辅助轴线：将主梁上纵肋板和节点的位置确定为辅节点；根据钢板梁桥的设计图，确定各辅节点相对于主节点的位置信息，计算出各辅节点的三维坐标；并在主梁基准线上生成辅节点，在以直线连接各辅节点，生成辅助轴线，完成在主梁基准线上添加辅助轴线。

进一步的，步骤600，根据设计图中的桥梁预拱度数据，对各坐标进行校正计算，生成新的主梁基准线和辅助轴线，包括以下过程：

步骤601，使用桥梁的主节点(C1，C2，C3……)数据以及桥梁预拱度数据，采用B-Spline样条曲线函数，建立主节点曲线；

步骤602，利用得到的主节点曲线，对各辅节点坐标进行校正计算；

步骤603，使用直线依次连接各主节点和辅节点，生成新的主梁基准线和辅助轴线。

进一步的，步骤800，使用钢板梁桥放样模型，将构件的三维模型转化为二维图形，得到构件的放样用图形，包括以下过程：

对于加工变形可以忽略的构件，使用步骤700得到的钢板梁桥实际三维模型，将构件的三维模型转化为二维图形，得到构件的放样用图形；

对于加工变形不可忽略的构件，使用焊缝收缩量的经验公式对腹板的起始点三维坐标进行校正计算；

双面件断角(T形)焊缝横向收缩量公式：

Y＝0.001t

对接焊缝横向收缩量公式：

Y＝0.5(√t-1.16)

其中，Y表示焊缝横向收缩量，t表示板厚。

本发明提供的一种基于自动建模的钢板梁桥放样方法，使用三维模型生成放样图形，速度快，准确率高，对人员的要求也降低了，大大节省了成本。而且在处理复杂结构和多倾斜构造时，优势更加明显。在对应结构修改时，可以更快速的对应，同时避免遗漏。本发明基于桥梁的线性坐标，建立桥梁的空间坐标点群，基于桥梁结构，进行参数化建模，可以实现可视化管理，提高放样工作效率、缩短设计时间；优化加工流程，提高加工精度。另外，本发明引入了几种常见的焊接收缩量公式，可以根据实际需要，选择公式或设置焊接收缩系数，进而生成带伸缩量的模型数据，在加工时提供一种新思路，可以优化焊接顺序，提高焊接强度、加工精度。

附图说明

图1是本发明提供的基于自动建模的钢板梁桥放样方法的实现流程图。

图2是主梁基准线及辅助轴线的示意图。

图3是主梁模型的示意图。

图4是横联模型的示意图。

图5是下横撑模型的示意图。

图6是钢板梁桥整体模型的示意图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

如图1所示，本发明实施例提供的基于自动建模的钢板梁桥放样方法，包括以下过程：

步骤100，将钢板梁桥进行构件划分，划分至放样生产时的最小构件单元。

将钢板梁桥根据各部分结构特点和建模方法不同，进行构件划分。比如划分为主梁、肋板和联结系等构造，其中，各部分还需要进一步划分至放样生产时的最小构件单元。比如，主梁需要细分为上翼缘板、下翼缘板、腹板；肋板细分为纵肋板、横肋板；联结系细分为横联斜撑、横撑等等。

每部分都建立以桥梁三维坐标和结构参数为已知条件，建模用空间坐标为结果的运算模块。由于桥梁的结构多种多样，桥梁结构越复杂，需要的运算量越多。

步骤200，根据钢板梁桥的设计图，生成主梁基准线和辅助轴线。

步骤201，根据钢板梁桥的设计图，确定主梁的主节点的三维坐标数据，生成主梁基准线。

具体的，根据钢板梁桥的设计图，以各桥梁支点位置作为主节点，各主节点沿桥轴方向依次命名为(C1，C2，C3……Cn)。根据设计图中支点的三维坐标数据，确定主梁的主节点的三维坐标数据，在桥梁三维坐标系中，沿桥轴方向，用直线依次连接主节点，生成主梁基准线(图4)。

步骤202，根据钢板梁桥的设计图，在主梁基准线上，追加桥梁的辅节点，并在主梁基准线上添加辅助轴线。

具体的，根据设计图，将主梁上纵肋板和节点的位置，确定为辅节点，沿桥轴方向依次命名为：

其中，辅节点包括焊接节点和螺栓节点等便于加工、处理、定位的节点，可以根据实际情况选取。

根据钢板梁桥的设计图，确定各辅节点相对于主节点的位置信息，计算出各辅节点的三维坐标；并在主梁基准线上生成辅节点，在以直线连接各辅节点，生成辅助轴线，完成在主梁基准线上添加辅助轴线(如图2)。

步骤300，根据主梁基准线、辅助轴线以及设计图中的结构参数信息，计算出各构件建模所需的三维坐标点数据。

具体的，以主梁为例：根据设计图中主梁上翼缘板截面与主梁基准线的相对位置关系(上侧、下侧、中心，内偏等)以及板厚、板幅等参数，计算出每段主梁上翼缘板起始点和终点的三维坐标。用同样的方法，分别计算出主梁腹板和主梁下翼缘板的三维坐标数据，以及其它所有构件的三维坐标信息。

步骤400，根据各构件建模所需的三维坐标点数据，结合设计图中各构件的基本信息，进行主梁自动建模，得到主梁模型(如图3)。

其中，基本信息包括构件名称、构件编号、构件分类、材质信息等能够最低限度描述构件特征的信息。

在本步骤中，建模时也可以增加构件的辅助信息，辅助信息是将构件假想为立方体，对其上侧、下侧、左侧、右侧、起点侧、终点侧六个方位信息进行记录，内容包括但不限于连接件编号、本构件相应位置加工信息等。

步骤500，依次增加其它构件的基本信息，分别生成其它各构件的三维模型；再利用主梁模型和其它各构件的三维模型，生成钢板梁桥设计图模型。

本步骤中，其它各构件的三维模型包括：横联模型(如图4)和下横撑模型(如图5)。其它各构件的建模方法与主梁的建模方法一致(如步骤300-步骤400)。另外，所述钢板梁桥设计图模型是与设计图一致的钢板梁桥三维模型。

步骤600，根据设计图中的桥梁预拱度数据，对各坐标进行校正计算，生成新的主梁基准线和辅助轴线。

步骤601，使用桥梁的主节点(C1，C2，C3……)数据以及桥梁预拱度数据，采用B-Spline样条曲线函数，建立主节点曲线。

步骤602，利用得到的主节点曲线，对各辅节点坐标进行校正计算。

步骤603，使用直线依次连接各主节点和辅节点，生成新的主梁基准线和辅助轴线。

需要注意的是，本步骤的主梁基准线和步骤200中的主梁基准线是有区别的：步骤200中是沿桥轴方向直接用直线连接主节点和下一个主节点，生成基准线，同一根主梁上的两个主节点之间的辅节点，全部都在主梁基准线这条直线上；由于步骤600的运算使用了B-Spline样条曲线函数，所以辅节点不在主节点连线上，需要沿桥轴方向，用直线依次连接主节点、辅节点及下一个主节点，以最终生成的多段线作为主梁基准线。

其中，桥梁的预拱度可以使用曲线、弧线、按比例分配的多种方式添加。具体添加方法以设计图为准，选取适当的函数进行计算。

步骤700，使用新的主梁基准线和辅助轴线，重新计算各点三维坐标，并重新建模，得到钢板梁桥放样模型(图6)。

所述放样模型是与钢板梁桥实际情况一致的模型。

步骤800，使用钢板梁桥放样模型，将构件的三维模型转化为二维图形，得到构件的放样用图形。

在本步骤中，对于加工变形可以忽略的构件，可直接使用步骤700得到的钢板梁桥实际三维模型，将构件的三维模型转化为二维图形，得到构件的放样用图形。

对于加工变形不可忽略的构件，如腹板。根据工厂的放样基准，从设计图中，提取主要焊接变形构件--腹板的焊接样式、工艺、脚长等焊接信息。使用焊缝收缩量的经验公式对腹板的起始点三维坐标进行校正计算。

双面件断角(T形)焊缝横向收缩量公式：

Y＝0.001t

对接焊缝横向收缩量公式：

Y＝0.5(√t-1.16)

Y表示焊缝横向收缩量，t表示板厚，单位是mm。

其中，收缩变形涉及多个因素，很难准确计算。所使用的公式通常为近似计算的经验公式。也可以根据工厂的实际需求，更改算法。

使用上述校正计算结果，再次创建加工用模型。然后转化为二维图纸，得到最终的放样用图形。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。