水文纜道設計軟件的開發應用

張建萍，厲明排，張 佳

（黃委山東水文水資源局，山東 濟南 250100）

水文纜道設計軟件的開發應用

張建萍，厲明排，張 佳

（黃委山東水文水資源局，山東 濟南 250100）

筆者根據多年水文纜道設計經驗，依據相關理論及相關規范，開發了水文纜道設計計算程序。實踐證明，該程序使用方便、計算準確、效率高，其使用改變了水文纜道受力結構的傳統設計計算方法，是對水文纜道系統的有益探索，推薦與同行交流探討。

水文纜道;受力結構;軟件開發

1 問題提出

水文纜道是目前使用最廣泛的水文測驗設施，根據其懸吊設備不同分為鉛魚纜道、吊箱纜道、吊船纜道等型式，纜道結構包括支架、纜索、循環控制系統、基礎、地錨等部分。針對水文纜道設計計算數據重復利用率高、計算項目單元多、分析判斷多及查表求數多的特點，程序開發采用模塊化設計，保證參數輸入的唯一性;設計了數據查表功能，對需要查表的數據進行分析判斷自動查表求數。為提高程序運行效率、減少程序計算量，程序在運行時隱形調用Excel軟件，將所有輸入參數按照不同計算模塊保存于Excel工作表中，充分利用Excel的強大計算功能，承擔相當部分數據計算。成果輸出時以 VB6.0程序為主導，調用 Excel、Word軟件，聯合完成技術設計報告的合成工作。

2 模塊結構

程序預置了4個模板文件，包括1個Excel工作簿（存放參數輸入、計算數據）和3個Word模板文檔。在3個Word模板文檔中設置了若干置換代碼，在綜合形成技術設計報告時以實際參數數值予以替換。

程序運行時需要若干全程變量，在通用模塊中定義如下變量。

2.1 打開設計項目

（1）開始一個新項目設計時，程序將預置的Excel模板復制為設計項目參數模板。調用Excel軟件打開的工作簿是［項目名稱.xls］，該文件保存于程序安裝目錄下的［參數文件］文件夾中。

（2）打開一個原設計文件時，調用Excel軟件直接打開設計文件的Excel工作簿。

2.2 基本情況、設計原則、基本資料輸入

此3種數據以文字說明為主，因此程序設計時采用文本框輸入，各自獨立保存于一個順序文本文件中（.txt）。

2.3 基本計算運行

基本計算包括8部分:主索受力計算（主索受力計算、校核計算、主索防震）、循環系統受力計算、鋼塔支架受力計算、鋼塔支架架頭計算、鋼塔支架架腳計算、灌注樁基礎計算、灌注樁錨碇計算和支架尺寸計算。

基本計算各界面中所涉及的內容并不單純是數據計算。在每個計算單元中，還要根據計算項目的需要輸入各種必要參數數據或進行判斷查表等。數據輸入時，各數據框間的焦點轉換，除用鼠標點擊外，還可以用回車鍵（Enter）切換。

一般情況下，各界面中的【計算】菜單包含【保存】菜單的功能。【保存】菜單主要用于參數數據未能完整輸入情況下的數據保存。

在模板數據文件中預置了程序運行中需要的查算表，程序運行時，根據已計算、輸入參數對相關數據進行計算、查算和插補。

在不同的計算單元中，程序根據不同的計算項打開相應的Excel工作表，在【保存】、【計算】后將數據保存到工作表中。

數據計算后，程序根據需要對一些計算結果進行了驗算，并給出驗算、檢查報告，以便給項目設計者提供設計信息，保證項目設計的安全可靠、經濟合理。

2.4 設計成果輸出

2.4.1 數據整理與Word鏈接

成果輸出以前，各項設計參數已全部輸入，并通過了計算檢驗。成果輸出時，程序同時調用Excel、Word軟件。Excel已在程序設計文件時打開，這里只需鏈接Word，并由Word打開相應報告模板。首先檢查設計報告文件是否已經形成，若先前已經綜合形成，則詢問是否重新綜合。綜合或重新綜合設計報告前，程序根據纜道型式復制報告模板。

模板復制完成，程序進行數據整理，即將設計報告中需要的數據整理保存到指定數據表中（數據整理），以備綜合報告時提取。

數據整理完成，程序設置Word鏈接。

2.4.2 基本情況、設計原則、基本資料的合成

該部分數據合成比較簡單，依次打開、讀取文本數據，然后替換模板文件中的預置置換代碼。

2.4.3 表格處理

技術設計報告中插入了12個計算表格，程序運行時將填寫這些表格，并將多余的行刪除。

程序中使用了一個Ppp函數，此函數的功能是將數據格式化。

2.4.4 保存文件，斷開Word鏈接

2.4.5 結束程序運行

結束程序運行前，須斷開與Excel的鏈接。

3 幾點說明

3.1 安全系數的選用

（1）吊船纜道主索安全系數K≥2.5。

（2）吊箱纜道主索安全系數K≥3。

（3）兩用纜道主索安全系數K≥2.5（依據吊船纜道）。

（4）循環索、吊箱索安全系數K≥3。

（5）鋼筋混凝土結構按構件破壞時應力狀態計算，鋼結構按等按材料允許應力計算。

3.2 設計與校核荷載組合的選用

3.2.1 主材穩定性計算

支架主材受力計算時，對吊船、吊箱和兩用纜道3種類型纜道的設計荷載組合和校核荷載組合均進行主材內力計算，然后比較2種組合情況下的支架各節主材內力的大小，選用大者進行主材穩定性計算。

3.2.2 腹材穩定性計算

支架腹材材受力計算時，對吊船、吊箱和兩用纜道3種類型纜道的上部荷載（主要指主索、循環索）傳給支架斷面方向和水流方向的設計荷載和校核荷載進行比較，選用大者計算腹材內力和腹材穩定性。

3.2.3 基礎灌注樁計算

（1）引用纜索傳給基礎的力時，先比較斷面方向、水流方向設計荷載與校核荷載的大小，選大者計算。

（2）引用支架傳給基礎的風荷載時，根據支架內力計算選用的荷載組合選用相應的風荷載。

3.2.4 灌注樁錨碇計算

傳給灌注樁錨碇的力是主索張力，錨碇計算程序啟動時自動判斷設計荷載和校核荷載組合情況下張力大小，選用大者計算。

3.3 設計水位與流速分布的計算

由于設計水位高低的不確定，在計算水流對基礎承臺、牛腿、樁柱的作用力時，程序根據給定的設計水位與承臺頂、牛腿頂、樁頂高程，對設計水位與各高程的相對關系進行判斷，然后自動計算不同情況下的流速分布。即:

（1）當設計水位低于等于承臺頂高于牛腿頂高程時。

（2）當設計水位低于牛腿頂高 ）于樁頂高程時。

（3）當設計水位低于等于灌注樁樁頂高程時。

4 程序應用

水文纜道設計軟件適用于吊船、吊箱、流速儀纜道和吊船、吊箱兩用水文纜道的自立式鋼塔支架、主索、吊船索、循環系統（循環索、吊箱索、水平運行絞車）、拉偏纜道系統受力計算及灌注樁基礎、灌注樁錨碇受力及配筋計算。該軟件開發后成功后，在山東黃河水文纜道設計中得到廣泛應用，據統計，手工完成1處水文纜道設計計算一般需要1個月時間，利用該程序計算一般在5天左右就能完成，提高了工作效率和計算精度。

5 結語

該軟件開發后成功運用在水文纜道設計計算中，明顯提高了工作效率和計算精度，目前該程序的研發是對水文纜道系統的有益探索，其使用仍受一定的條件限制，如不能對整體式、分開式、聯合式基礎及方塊地錨、山錨等型式的地錨受力進行計算，沒有繪圖功能等。所以，為使程序的適用范圍更廣、更科學，仍需要對程序進行完善。

［1］谷源澤，游立潛．水文渡河設施設計與維修［M］．黃河水利出版社，1998．

［2］SD121-84．水文纜道測驗規范［S］．

［3］SL 622-2014．水文纜道設計規范［S］．

P335.2;TP392

B

1008-1305（2015）06-0008-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2015.06.004

張建萍（1961年—），女，高級經濟師。