三維橋梁建模關(guān)鍵技術(shù)研究

摘 要 在傳統(tǒng)的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于構(gòu)件本身的約束力和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不完善，使得橋梁參數(shù)建模過程中經(jīng)常存在一定的交互性，無法形成直觀的橋梁印象，設(shè)計(jì)完成后不容易進(jìn)行更改。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到橋梁建模過程中，并且取得了一定的成果。本文就主要針對(duì)三維橋梁建模關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討。

關(guān)鍵詞 橋梁設(shè)計(jì) 三維建模 橋梁建模

中圖分類號(hào)：TB21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

近些年來，隨著社會(huì)生產(chǎn)的不斷進(jìn)步，橋梁結(jié)構(gòu)也日漸復(fù)雜，在橋梁設(shè)計(jì)中涉及到的知識(shí)也日漸廣泛。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法指導(dǎo)下，橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不能完全直觀展現(xiàn)，而且在設(shè)計(jì)質(zhì)量方面也無法獲得有效保障。當(dāng)前，越來越多的橋梁設(shè)計(jì)單位開發(fā)了關(guān)于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)，將計(jì)算機(jī)三維技術(shù)與橋梁建模技術(shù)進(jìn)行有效的結(jié)合，提高了橋梁設(shè)計(jì)的有效性。三維橋梁建模技術(shù)是橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的一種技術(shù)，本文就從截面設(shè)計(jì)、截面參數(shù)化和截面容錯(cuò)、三維建模基本方法、與AUTOCAD的交互操作等幾個(gè)方面對(duì)三維橋梁建模關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

1截面設(shè)計(jì)

橋梁構(gòu)件的形式大多為拉伸形態(tài)，所以在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)構(gòu)件的截面參數(shù)表達(dá)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，一方面能夠?qū)孛孢M(jìn)行統(tǒng)一的容錯(cuò)設(shè)計(jì)，另一方面可以促進(jìn)三維圖形的精準(zhǔn)性。在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一般截面的設(shè)計(jì)方法有兩種，一種是參數(shù)化設(shè)置，另一種是導(dǎo)入DXF文件。在進(jìn)行三維建模時(shí)，通常可以設(shè)計(jì)一個(gè)專門的截面類，用來對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)和三維坐標(biāo)進(jìn)行映射，對(duì)橋梁設(shè)計(jì)中常用的截面類型進(jìn)行分析和分別定位，便可以實(shí)現(xiàn)有效的應(yīng)用。對(duì)于實(shí)心截面的設(shè)計(jì)，一般可以直接對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，通過二維布爾運(yùn)算的方式來實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)交叉運(yùn)算，哪夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其中任何一個(gè)截面的定義。

2截面參數(shù)化和截面容錯(cuò)

在設(shè)計(jì)軟件中反映出來的截面結(jié)構(gòu)，通常是以截面的空間坐標(biāo)點(diǎn)形式存在的，通過截面的計(jì)算，能夠在三維空間內(nèi)形成多個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的互相映射，進(jìn)而通過參數(shù)化的形式表現(xiàn)出來，用戶便可以根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)際需要，輸入相應(yīng)的參數(shù)，以此實(shí)現(xiàn)截面的設(shè)計(jì)過程。用戶在進(jìn)行截面尺寸參數(shù)的輸入時(shí)可能會(huì)由于參數(shù)錯(cuò)誤而對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，因此需要對(duì)參數(shù)的判斷給予相應(yīng)的提示。常見的截面參數(shù)錯(cuò)誤類型，主要有：①截面上的每條邊應(yīng)當(dāng)與截面前后接壤的邊相交，如果與截面的其他邊相交則視為錯(cuò)誤；②如果在截面上存有孔洞，則孔不能與截面的外邊緣相交，相交則視為錯(cuò)誤；③如果截面上的孔以多層嵌套的形式存在，則視為錯(cuò)誤；④孔的面積大于截面面積，則視為錯(cuò)誤。

3三維建模基本方法

在三維建模操作中，一般有移動(dòng)、復(fù)制、拉伸和漸變幾種基本的操作方式，拉伸是其相對(duì)較為復(fù)雜的一個(gè)過程，其主要是針對(duì)已經(jīng)定義好的二維圖形進(jìn)行連接操作。具體的三維建模方法主要有：

（1）直線型拉伸。在三維建模過程中，拉伸是應(yīng)用相對(duì)較多的一種操作方法，其主要是針對(duì)直線型實(shí)體，因此一般構(gòu)件的頂部和底部是相同的。這種直線型的拉伸方式操作起來較為簡(jiǎn)單，只需要在定義好的對(duì)象中輸入相應(yīng)的拉伸系數(shù)，便可以實(shí)現(xiàn)建模。

（2） 曲線形拉伸。在橋梁設(shè)計(jì)中需要用到曲線形構(gòu)建，如彎橋的橋面構(gòu)件、曲線橋拱等，因此在三維建模時(shí)就需要通過曲線形拉伸來實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的設(shè)計(jì)。對(duì)于曲線形構(gòu)建的參數(shù)設(shè)定，要根據(jù)曲線方程進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算，在此基礎(chǔ)上根據(jù)指定的截面沿著曲線的方向進(jìn)行拉伸，以此實(shí)現(xiàn)曲線形建模。曲線形建模在一定意義上可以理解為多個(gè)直線型拉伸的結(jié)合，但是與單面拉伸不同的是，曲線形拉伸在輸入?yún)?shù)時(shí)需要將兩個(gè)相似的截面作為頂部和底部，實(shí)現(xiàn)連接拉伸。曲線形拉伸的效果，與曲線結(jié)構(gòu)的直線劃分?jǐn)?shù)量有著密切的關(guān)系。

（3）漸變處理。在建模時(shí)，根據(jù)不用截面的受力需求，在不同的構(gòu)件結(jié)構(gòu)的截面也往往有著不同的拉伸需求，所以對(duì)于直線型構(gòu)件和曲線形構(gòu)建，都需要對(duì)其截面進(jìn)行必要的漸變處理，才能保證建模的科學(xué)性。

4與AUTOCAD的交互操作

AUTOCAD技術(shù)是當(dāng)前土木工程領(lǐng)域中一種常用的制圖工具，在三維橋梁建模的過程中引用AUTOCAD技術(shù)，形成與AUTOCAD的交叉口接口，能夠?qū)崿F(xiàn)DXF文件的建立和讀取。DXF接口主要是用來對(duì)橋梁構(gòu)建的截面進(jìn)行繪制，對(duì)于一些特殊的結(jié)構(gòu)和內(nèi)置截面則可以通過AUTOCAD來實(shí)現(xiàn)，通過AUTOCAD將截面用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出來，然后通過該接口導(dǎo)入到三維建模體系中，需要注意的是，從DXF導(dǎo)入的圖形屬性大多為線形對(duì)象，因此需要對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理之后，才能在三維建模系統(tǒng)中順利使用。

5結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，三維橋梁建模技術(shù)也將不斷的進(jìn)步，其在橋梁工程中的廣泛應(yīng)用，能夠促進(jìn)橋梁設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升，進(jìn)而促進(jìn)我國橋梁工程的持續(xù)發(fā)展。

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