工作文檔對數(shù)螺旋線型雙曲拱壩幾何計算程序使用說明書

1、對數(shù)螺旋線型雙曲拱壩幾何計算程序使用說明書 對數(shù)螺旋線型雙曲拱壩計算機輔助設計幾何計算程序采用 QBASIC 語言 編制，在一般微機上運行，該程序可解決對數(shù)螺旋線型雙曲拱壩平面拱圈、 各種橫縫和孔口等的施工放樣問題。 一、坐標系及單位 1、三維直角坐標系的 Y 軸就是拱壩的“ 對稱”中心軸線，并指向下游； X 軸指向左岸； Z 軸垂直向下；座標系原點設在壩頂（一般在頂拱拱冠上游 點）。 2、 單位 程序輸入、輸出所用單位，長度以 m 計；角度以度計。 二、描述體型的主要參數(shù)及其函數(shù)關系 描述對數(shù)螺旋線型拱壩體型的主要幾何參數(shù)有： 1、Yc Yc 是拱圈中心軸線在拱冠點處的 Y 座標值，或者說是

2、拱冠梁中心軸線 上各點的 Y 座標。 2、Tc Tc 是拱冠梁各高程處的厚度 3 、 T al 及 Tar Tal及Tar分別是左、右兩半拱拱圈的端部厚度。 4 、 R l 及 R r Rl及Rr分別是左、右兩半拱拱圈軸線在拱冠處的曲率半徑。 5、B l 及B r 9 l及B r分別是左、右兩半拱拱圈軸（對數(shù)螺旋線）線方程中的初始角。 6、XDl 及 XDr XDl 及 XDr 分別是左、右兩半拱拱圈下游端點 X 座標。 般地說，上述參數(shù)都是 Z 座標的多項（ n+1 項）式： 在作施工放樣座標計算時，上述全部參數(shù)的函數(shù)關系應盡知 這些參數(shù)的函數(shù)式，其次數(shù)往往是不同的，設其中最高的次數(shù)是no次

3、, 用戶在使用程序時，應把壩頂高程 Ho和no的數(shù)值，庫存在程序的第21行, 前述各參數(shù)函數(shù)式中的系數(shù)A都要按序緊接no庫存，中間不允許插入任何別 的內容，而且，Tc的系數(shù)A應從程序的第23行開始庫存，每個參數(shù)的系數(shù) 都必須是no+1個，不能多也不能少，不足部分或未知者均須用若干個零按位 補足。 三、主要計算公式 如圖1示，某高程左右水平拱圈中軸線各為某對數(shù)螺旋線的一段，其極 座標方程為： oek 相應參數(shù)方程為： xc = P0eksin( 0 +8) -sin 8 yc =Yc + Pocos 8 -ek cos( $ +8) 其中，k=tg B,po=Ro/.1 k2， R= Roek

4、式中：9 :對數(shù)螺旋線的初始角； po：初始極半徑； :稱為“似中心角”(拱中心角)； Ro :拱軸線在拱冠處的曲率半徑； R:軸線上任一點的曲率半徑； Yc：拱軸線在拱冠處的y坐標； 9、均以左曲線為正，右曲線為負。 拱圈厚度按下列公式變化 T=Tc+ (TaTc) (Sc/Sa)a 式中，T:任一點處拱厚； Ta :拱端厚度； Tc：拱冠梁厚度； Sc：拱軸線上一點至拱冠的弧長 Sc=Ro/k(ek-1)； Sa :拱端至拱冠的拱軸線弧長； a :拱圈厚度變化指數(shù)，一般取 2.04.0，本工程取4.0。 拱圈上、下游壩面曲線參數(shù)方程為： T . A x = xcsin 2 y.= y。=c

5、s 曲線上一點Q （Xq , Yq）,其對應的曲率中心點是 00 （XX, 丫丫）, Sc和Sa以左半拱為正，右半拱為負。 “設拱圈上有一條“平行”于壩面（包括壩面）的曲線S，若平行于上游 面，它到上游面的徑向距離為Lu ;若平行于下游面，它到下游面的徑向距離 為Ld，規(guī)定，Lu及Ld以在壩面內為正，反之為負。令： Ls=Lu 或 Ld A=C（ 1+DD）Tc/2-Ls B=C DD Tc/2 Lo=A-Bcos : 1（當 Ls=Lu 時） 系數(shù)：C= -1（當 Ls=Ld 時） 則S的參數(shù)方程為 X=Xq+L os in Y=Yq-L ocos : S上一點（似中心角為0處）到拱冠“弧距

6、” SA （左正右負）用下式計 算: S,A J0/P+Acos-Bcoscos）2 IcosinP cos 當DD=0時，SA的計算變得甚為簡單： SA=Sc+C （Tc/2-Ls ） 拱冠到似中心角為0處的部分拱圈面積為： A0= Tc（Sc + DD（Sc-丿1 +k2（e%kcos +sin -k） 四、拱壩橫縫類型簡介 拱壩橫縫一般有四類，下面逐類簡單介紹。 （一）一類曲面縫 一類曲面系全徑向橫縫面。指定某層（控制高程）拱圈中心軸上的一點 （Xq，Yq），該層拱軸的通過該點的徑向線，將與縫段區(qū)間內任意高程拱圈 軸相交一點，通過交點的相應層的徑向線在壩面內的線段就迭成一類曲面。 （二）

7、二類曲面縫 二類曲面也是全徑向橫縫面，它是由通過駐點一一控制點（Xp，Yp） 的區(qū)間內任意高程拱圈的徑向線在壩面內的線段迭成。 （三）垂直平面縫 垂直平面縫通常形象地稱為“ 一刀切”面，需指定其走向線（面上水平 線）上的一點一一控制點（Xp，Yp）和其走向角:o （四）過渡曲面縫 過渡曲面縫段也是一個扭曲面。顧名思義，過渡曲面縫段一般作為一刀 切面縫段和二類（或一類）曲面縫段之間和一種過渡。扭曲面的水平素線走 向，在縫段連接一刀切面處就是垂直平面縫的走向，然后隨高程的改變，素 線繞駐點（Xp，Yp）均勻地逐步改變其方向角，到連接徑向縫面處達到相應 的徑向。 走向角：，系平面縫走向線或曲面水平素

8、線與一 y軸的夾角，并規(guī)定以 上述線、軸交點（0，yw）為頂點，一軸y為始邊，順時針轉為正，反之為 負。 五、“ZLHGQJS.BAS ”程序的使用 該程序的功能，簡單地說，就是進行拱圈的計算。 （一）準備工作 1、用程序前將第三節(jié)所述數(shù)據按位庫存。 2、將要作計算的Nh層拱圈的高程，連續(xù)地庫存在程序的第 99行以前 （一般在11行到達20行之間）。 層次的排列順序一般可不限，但當要計算該體型的混凝土工程量時，則 必須從下往上逐層按序排列。 （二）操作和輸入數(shù)據 1、啟動程序 啟動程序直接按“ F5”鍵 2、輸入及其它操作 必須輸入的有如下數(shù)據： Nh 次須計算的拱圈層數(shù)，儲存在第行。 HH

9、本次須計算的拱圈的高程，儲存在第行。 Ls離上、下游壩面Ls米處“平行曲線”的座標須作計算。若并無“平 行曲線”要計算，Ls應以“ 0 “輸入。對上、下游壩面和拱軸，程序自動計 算其內容。 Os每隔Os度似中心角計算出一組成果。該值儲存在第行。 (三)輸出內容： 機器對每層拱圈，先輸出左半拱內容，再輸出右半拱內容；先輸出拱端 結果，再從Oo為間隔，輸出各相應似中心角處的內容。 輸出內容都有標識符指明，有些標識符已在前面敘述(或附圖)中提到, F面只就某些標識作適當注解。 (1) 9 以弧度值計； (2) p o 即 p O ； (3) P 即p ； (4) F即:； (5) X即 Xq ； (

10、6) 丫 一即 yq ； (7) S即 Sc ； (8) “D”為腳標表示是下游壩面的內容。 (9) 以“ u”為腳標表示是上游壩面的內容。 (10) 以“ a”為腳標表示是距離下游壩面 Ls的“平行曲線”的內容 (11) 以“ b”為腳標表示是距離上游壩面 Ls的“平行曲線”的內容 (12) A半拱圈的水平面積 (13) V從壩底到該層拱圈之間半壩體體積。 (14) SS 全拱圈軸弧長。 (15) AA 全拱圈水平面積。 (16) VV 從壩底到該層拱圈之間全壩體體積 六、“ZLHHFJS BAS ”程序的使用 該程序的功能是作橫縫計算。同時也可以計算 平行”縫面處的內容 (一) 準備工作

11、1、使用前要將第三節(jié)所述數(shù)據全部準確庫存。 2、 將要計算座標處的縫面高程逐個庫存在程序第99行以前(一般存在 110行)，最后緊接著再庫存一個結束信號“ 9999 ”。 (二) 操作和輸入 1、啟動程序 啟動程序用下列方法： RUN2000 2、輸入及其它操作 (1) 屏顯“ L or R ? ” 這是在問用戶，是算左(L )半壩體還是右(R )半壩體的縫。應正確地分 別鍵入“ L 或“ R ”。 (2) 屏顯“ SM-SBSM-B ” 這是在問用戶算(SM )還是不算(BSM )縫面上的內容，用戶應根據自己 的需要按屏幕提示分別鍵入“ S ”或“ B ”。 (3) 屏顯“ Y or E o

12、r C ? ” 這是在問用戶，是算一 (Yi)類曲面縫，還是二(Er)類曲面縫,還是垂(Chui) 直平面(或過渡曲面)縫？用戶應根據將要計算的橫縫的類型分別鍵入 “ 丫 ” 或“ E ”或“ C ”。 (4) 算一類縫則： (i) 輸入 H-該縫的控制高程 (ii) 屏顯“ S-S F-F Xd-X Ls-L” 這是在問用戶是知道了縫在控制高程處的軸弧距Sc(S)、還是似中心角 :(F)，還是下游壩面點坐標Xd、還是離壩面Ls處的“平行曲線”的弧距Sa(Ss)? 用戶可據實情選擇并鍵入“ S ”或“ F ”或“ X ”或“L ”。并接著輸入 相應的數(shù)據。對于“ L ”功能，則首先還應輸入系數(shù)

13、 C (1);見第三節(jié)有關 公式)。 (5) 若算二類縫則輸入駐點坐標 Xp及Yp。 (6) 若算垂直平面(或過渡曲面)貝 屏顯“ H， AF H AF，Xp，Yp X ” 這是在問用戶“平面”的已知條件是前者還是后者？“前者”是已知平 面經過某高程（H）拱圈似中心角為（AF）的徑向線；“后者”是已知平面 走向線的走向角:（AF）及線上一點 控制點的座標Xp和Yp。 用戶應按屏顯提示分別鍵入“H”或“X”，并接著輸入相應的已知條件。 （7）若采用“ INPUT”功能，則逐層輸入相應的高程 H或“9999”。 （8）若采用“AUTO ”功能則只能作一回，否則對每個高程或控制高程 都要作一回下列輸

14、入： no“平行”縫面的情況數(shù)（02）。 n 1n i=max（n u ,n d ）, ni = 03;n u是“平行”上游 壩面的曲線數(shù)目，n d是“平行”下游壩面的曲線數(shù)目。 LF（j）縫面的距離，輸入n o次，縫左為正，縫右為負。 Lu（j） 輸入n i次 Ld（j） 輸入n 1次 （三）輸出內容： 1、輸出內容一般見到標識符自明，有幾個指示符號含義解釋如下： MZ:縫面和拱軸交點。 MS :縫面的上游點。 MX :縫面的下游點。 ML :縫面和“平行曲線”和交點。 LFZ : “平行”縫面的直線與拱軸的交點。 L1：縫面上游點到控制點（一類曲面則是 E點一一見后述）的距離， 當控制點（

15、或E點）在壩面上游則為正，反之為負。 L2： 縫面下游點到控制點（或E點）的距離， 正負號規(guī)定同上 LL 縫面上、下游點間距離（徑向縫即該處拱厚 T ）。 Xe E點的X座標值。 ye -E點的丫座標值。 2、關于E點 如圖2示，在水平面上，AB為一類曲面控制高程素線，Du則是該曲面 七、“D”程序的使 “D”程序的功 任一高程處的素線，Q點是AB與控制高程拱軸的交點。作EQ丄AB , EQ與 Du的交點就是E點。 I。/h ho 是求斜平面（如牛腿斜面）上點的座標；求斜面與 壩面交點（交線）的座標。以特殊的使用技巧，程序將具有更加廣泛的用途, I。 這種技巧，用戶又極易意會。 （一）準備工作

16、 1、當用戶是用程序計算“斜面”上某些“高程”點的座標，而且這些 “高程”不是逐個輸入，而是由機器自動取用庫存“高程”來計算，則用戶 應事先將欲算“高程”的數(shù)值庫存在程序的99行（一般在1-10行）以前， 且以“ 9999 ”作結束信號。 2、當用戶是計算斜面與壩面交點的座標，則應將第三節(jié)所述數(shù)據全部 準確庫存 （二）操作和輸入 1、啟動程序 啟動程序按“ F5 ”鍵 2、輸入及其它操作 （1）首先必須輸入斜面的參考平面走向線控制參數(shù)及斜面坡比; Ho 取參考平面走向線的“高程”。 X。走向線與斜面交點的X座標。 yo走向線與斜面交點的y座標。 io 比。當斜面沿向下游的趨向有逐步升高的趨勢，

17、貝U io為正值，反 之為負值，其絕對值的定義見下圖 3示： io J圖3 Fo 參考平面走向線的走向角。走向角及其正負號的定義同前述縫 相應的走向角。 所謂參考平面，是一個和斜面正交的鉛垂面，通常也可稱為軸部面，前 述坡比也是軸剖面內而言的。 （2）屏顯“ M or J ?” 這是在請示用戶，是算（M）面上點的座標呢，還是求交點（J）座標？ 用戶應分別鍵入“ M”或“ J”給予明確的指示。 （3）屏顯“ u or D” 這個顯示只在“J”功能時出現(xiàn)，是機器在問：交點是在上（u）游面呢, 還是在下（D）游面？用戶應分別鍵入“ u”或“D”。 （4）屏顯“ Gb G BG B” 程序不僅能計算軸剖面（b=0）上的內容，也可以計算距軸剖面為b的、 與軸剖面平行的剖面上的點座標?！捌叫衅拭妗钡妮S面以左則b為正，以右則 b為負。 出現(xiàn)上述顯示并經用戶處理后，就將要輸入現(xiàn)時的 b值，以確定計算部 面位置進行計算。該顯示是機器向用戶，在將現(xiàn)時剖面內容計算出來后，是 將再總改變b（ G b）值另算一個剖面內容呢，還是不再（BG）算別的剖面 了？用戶應按屏顯的指示分別鍵入“ G”或“