BSAS大跨連續梁輔助建模程序設計

陳　艷

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢　430063)

BSAS是由西南交通大學開發的一款主要針對鐵路橋梁設計的專用軟件，目前在大的鐵路設計院應用較為廣泛，并得到了大量的工程驗證。BSAS以它簡單、快速、實用及在鐵路設計中的優勢和影響力，在各大鐵路設計院發揮著重要作用。

BSAS的前處理完全采用文本數據輸入方式，雖然在熟練掌握后具有修改方便的優點，但總的來說，數據輸入容易出錯，且出錯后難以查找，截面輸入較為繁瑣，給設計工作者，尤其新手帶來一定負擔。

在鐵路橋梁設計中，遇到較寬的河流、道路等障礙物時，采用連續梁跨越是一種常規且可靠的解決方式，但連續梁尤其大跨變高連續梁的設計需花費設計人員大量的精力與時間，而連續梁建模是第一道關鍵工序。

1　程序設計思路

1.1　BSAS大跨連續梁建模的難點

主要針對大跨變高連續梁，而根據施工方式的不同，分為支架現澆及懸臂澆筑?，F澆施工變高連續梁的主要難點是截面參數輸入、有效寬度計算及預應力鋼束輸入。對于懸澆施工的變高連續梁，因為懸澆節段比較多，施工階段數據輸入則更加繁瑣。

在BSAS建模中，對于變高連續箱梁截面，必須把所有箱梁的不同類型截面按節線法或者轉折點法輸入，比較繁瑣；建好模后，尺寸優化也必須一一調整，有效寬度的計算必須手算。以上這些建模的難點完全可以通過程序來解決，讓設計師把時間和精力重點放在確定尺寸、調索等關鍵工序上來。

1.2　設計思路

(1)設計目標

采用最簡單的參數輸入，最直觀的方式檢查數據，最快捷的方式生成BSAS連續梁的數據文件。

(2)重點解決的問題

參數簡單化：只需要輸入跨徑組合、梁高變化曲線類型及基本相關數據等就可自動形成縱向梁體基本數據。截面部分采用內外輪廓分開輸入，內輪廓數據相對于支點是基本相同的，因此采用相對數據輸入，且同類型只要輸入一種；施工階段數據也只要輸入基本的信息，默認數據根據連續梁特性程序自動生成。

數據直觀化：數據采用完全可視化操作，尤其梁部的幾何圖形可視化，包括三維線框圖形、頂平面、底平面、立剖面及各點的箱梁截面，所見即所得，可以隨時調整數據，不容易出錯。

功能自動化：許多常規性的功能，比如施工階段支撐模擬、根據規范溫度應力輸入、有效寬度計算、常規荷載組合等采用程序自動生成。

(3)程序三層架構

編程中三層結構是一種成熟、簡單并得到廣泛應用的程序架構，它將程序劃分為表示層、業務邏輯層、數據訪問層及實體類，其中實體類是業務對象的基礎，它用面向對象的思想消除了關系數據與對象之間的差異。三層結構中表示層依賴業務邏輯層，業務邏輯層依賴數據層，而表示層、業務邏輯層及數據層均通過實體類實現數據存取(如圖1所示)。

圖1　程序三層架構示意

2　程序具體實現

采用Visualstudio.net2010作為編程環境，并選擇VB作為編程語言。

2.1　連續梁參數輸入模塊準備

(1)梁體基本參數：包括跨徑組成、梁高變化曲線等。

(2)梁體截面輪廓輸入：包括外輪廓，內輪廓及橫隔梁參數輸入。

梁體截面輪廓輸入中，為了實現最少的數據輸入及增加修改的靈活性，采用外輪廓與內輪廓分開輸入的方式，且內輪廓采用輸入支承處相對橫隔位置的相對數據，在橫隔梁變化及跨度微調時不需要修改數據。

(3)施工參數輸入：包括施工階段的劃分、時間、溫度等。

(4)使用階段荷載信息：列車活載及其他荷載輸入。

2.2　主要界面

根據參數輸入模塊，對于梁體及截面準備如圖2形式的界面，其中截面輸入時程序同時提供了參數示意的圖形窗口(如圖3所示)，并能在圖形窗口中根據表中輸入項高亮顯示對應參數。

圖2　梁體及截面參數輸入界面

圖3　截面輸入參數示意

2.3　梁體幾何數據生成及界面顯示

通過界面輸入梁體基本參數、外輪廓、內輪廓及施工基本參數，程序中會根據基本參數進行幾何計算，形成空間三維數據，同時實現上剖面、下剖面、立剖面及橫截面數據，并通過圖形窗口顯示出來，方便用戶檢查數據的正確性。其中橫截面可以通過拖動截面顯示窗口上的滑塊或者滑塊旁邊的窗口輸入顯示不同位置截面圖形。三維梁體圖形顯示窗口可以通過方向鍵盤控制視角，實現全方位立體查看梁體內外輪廓(如圖4、圖5所示)。

圖4　結構數據及圖形生成

圖5　梁體剖面

2.4　模塊程序編制及文本數據生成

對于連續梁，BSAS文本數據輸入主要包括材料信息、單元信息、節點信息、截面信息、支撐信息、預應力信息、施工信息及荷載信息。

當用戶輸入完梁體基本參數、施工基本信息后，程序根據已有的數據，自動生成BSAS文本數據中的節點、單元、材料、施工節段、支撐及基本預應力等數據。其中預應力部分主要針對懸澆連續梁節段信息，生成常規配束方式，用戶需要后期調試中進行局部調整，但也節省了大量時間(如圖6、圖7所示)。

圖6　預應力鋼束生成及編輯界面

圖7　BSAS文本數據生成

3　程序后期功能擴展

目前，本文程序實現了BSAS連續梁建模的基本功能，已經考慮了后期維護及擴展，因此采用了完全面向對象及三層架構模型，可以基本不改動主要模塊。

后期功能擴展主要包括兩個大的方向，一個是在生成BSAS模型數據的同時，可以選擇生成其他通用橋梁設計軟件的模型數據，達到建一個模型，實現快速建立幾個通用橋梁程序模型的目的。另一個方面是實現更多的模型數據自動生成，比如橫向截面分析模型，同時在界面上提供更多的細部數據生成的選擇。

4　結束語

BSAS以它簡單、快速、實用及在鐵路設計中的優勢和影響力，在各大鐵路設計院發揮重要作用，但完全以文本數據作為輸入，也難免存在上手難、易出錯、難檢查等方面的缺陷，本文針對BSAS大跨連續梁建模中存在一些不便捷處，介紹了基于VS.net2010環境下編制一款輔助建模程序的思路及具體實現，達到了預期的效果。在程序編制中采用了較為合理的三層架構模型，為程序的維護及擴展預留了條件。

本文實現的程序還有許多工作可以做，界面輸入中的數據判斷及自動提示、單箱多室截面的支持、其他橋梁通用軟件數據文件生成等，同時也需要更多工程驗證，通過進一步的改進，相信能在橋梁設計中得到更廣泛應用。

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