一种抛物线双曲拱坝拱圈编绘方法技术

本发明专利技术提供一种抛物线双曲拱坝拱圈编绘方法，在分析双曲拱坝基础参数基础之上，基于CATIA软件强大的参数化建模功能，可用于拱坝三维建模，并利用三维模型导入相关软件进行大坝应力分析、渲染效果图、生成二维图，计算工程量等。本发明专利技术的优点在于完全依托参数化驱动建立抛物线双曲拱坝拱圈，并可以通过修改基础参数，完成拱坝体型调试，极大的提高了建模及分析效率。

【技术实现步骤摘要】
一种抛物线双曲拱坝拱圈编绘方法
本专利技术属于水利水电工程
，特别涉及一种抛物线双曲拱坝拱圈编绘方法。
技术介绍
拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，在平面上拱圈呈凸向上游的拱形，拱冠剖面呈竖直的或向上游凸出的曲线形。只有水平向曲率，而各悬臂梁的上游面呈铅直的拱坝称为单曲拱坝，水平和竖直都有曲率的拱坝称为双曲拱坝。拱圈型式已由早期的单心圆拱向三心圆拱、椭圆拱、抛物线拱和对数螺旋线拱等多种型式发展。椭圆拱、抛物线拱和对数螺旋线拱均为变曲率拱，拱圈中段的曲率较大，向两侧逐渐减小，使拱圈中的压力线接近中心线，拱端推力方向和岸坡线的夹角增大，有利于坝肩岩体的抗滑稳定，从而应用较为广泛。抛物线型双曲拱坝形状较为复杂，常规建模方式不够严密，基本依靠拟合曲线建模。虽然可以制作出形状逼真、曲面光滑的模型，但是无法控制模型参数和精度，达到与实物完全一致的效果。比如：根据一定数量拱圈点坐标，通过高次方程拟合形成曲线，结合形成拱圈，或者通过拱坝中心线进行偏移得到上下游面拱圈，但是不够严密，容易出错，而且无法生成变厚度拱圈。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种抛物线双曲拱坝拱圈编绘方法，包括以下步骤：①计算基础参数：根据方程计算构建抛物线双曲拱坝体型的拱坝基础参数、拱冠基础参数和拱圈基础参数值；②编绘参照拱圈：根据步骤①得出的基础参数值编绘出参照高程拱圈；③编绘左右岸面拱圈：参照步骤②得出的参照高程拱圈，编绘左岸面拱圈和右岸面拱圈；④编绘其他任意拱圈：根据步骤③所得的左岸面拱圈和右岸面拱圈，绘出所需高程拱圈。所述步骤①中计算基础参数包括拱坝基础参数、拱冠基础参数和拱圈基础参数，计算方式如下：(1.1)计算拱坝基础参数：从数据库随机选取一拱坝作为参照拱坝，针对参照拱坝，根据方程计算该拱冠梁剖面上下游曲线长度、左右拱圈拱冠处曲率半径圆心线长度、左右拱圈中心线弦长长度的值，以及坝顶拱圈中心线与拱冠梁相交处的坐标值；(1.2)计算拱冠基础参数：根据方程计算高程拱冠梁厚度、左右拱圈拱冠处曲率半径、左右拱端中心角和高程拱冠中心坐标的值；(1.3)计算拱圈参数值：根据方程计算该拱圈上下游曲线长度、左拱圈轴线长度和右拱圈轴线长度的值；所述步骤③和步骤④中编绘所需高程拱圈的方法为：(3.1)建立坐标系：根据所述参照高程拱圈生成空间直角坐标系，在空间直角坐标上有一AO点且X、Y轴坐标值固定为(0，0)，Z坐标值则是根据所需高程值决定；(3.2)建立平面PM1：根据所述参照高程拱圈，创建该拱圈所在的高程平面PM1，过A0点生成平面PM1的垂线，以A0点为端点，在垂线上绘制弦长端点，得到弦长；(3.3)建立平面PM2：过AO点生成拱坝中心的中心线，再生成一个与中心线平行的平面PM2，在平面PM2上按照拱圈上游面法则曲线方程，生成曲线拱圈上游面Yu曲线；(3.4)建立平面PM3：过中心线和A0点，生成一个与中心线垂直面PM3，在平面PM3上按照拱圈下游面法则曲线方程，生成曲线拱圈下游面Xu曲线；(3.5)合成曲线ZHS：将拱圈上游面Yu曲线和拱圈下游面Xu曲线合成曲线ZHS；(3.6)建立投影曲线：将合成曲线ZHS投影在平面PM1，得到投影曲线；(3.7)根据步骤(3.2)～(3.6)，通过左岸所需参数，得到投影曲线ZS，得到该层左岸拱圈上游面曲线，投影曲线YS，得到该层左岸拱圈下游面曲线；通过右岸所需参数，得到投影曲线ZX，得到该层右岸拱圈上游面曲线，投影曲线YX得到该层右岸拱圈下游面曲线；(3.8)绘出所需高程拱圈：将曲线ZS和曲线YS合并，得到拱圈上游面曲线，提取拱圈上游面曲线的两个端点A、端点B，将曲线投影曲线ZX和曲线YX合并，得到拱圈下游面曲线，提取拱圈下游面曲线的两个端点C、端点D；连接端点A、端点C得到右岸拱端线，连接端点B、端点D得到左岸拱端线；将拱圈上游面曲线、拱圈下游面曲线和拱端线左岸拱端线、右岸拱端线合并得到所需高程拱圈。所述左右拱圈拱冠处曲率半径方程为：R1＝|f2(z)-f3(z)+T/2|，Rr＝|f2(z)-f4(z)+T/2|；其中，R1为左拱圈拱冠处曲率半径，Rr为右拱圈拱冠处曲率半径，f2(z)为下游曲线方程，f3(z)为左拱圈拱冠处曲率半径圆心线方程，f4(z)为右拱圈拱冠处曲率半径圆心线方程，T为高程拱冠梁厚度。所述左右拱端中心角方程为：φl＝arctan(Ll/Rl)，φr＝arctan(Lr/Rr)；其中，φl为左拱端中心角，φr为右拱端中心角，Ll为左拱圈中心线弦长，Lr为右拱圈中心线弦长，R1为左拱圈拱冠处曲率半径，Rr为右拱圈拱冠处曲率半径。所述高程拱冠中心坐标方程为：其中，Yc为坝顶拱圈中心线拱冠梁处值，f1(z)为上游曲线方程，f2(z)为下游曲线方程，yc为高程拱冠中心坐标方程。所述拱冠梁剖面上下游曲线方程为：yu＝y+tcosφ1/2，xu＝x+tsinφ1/2，yd＝y-tcosφr/2，xd＝x-tsinφr/2；其中，yu和xu为上游面方程，x为横坐标值，y为纵坐标值，φi为左拱端中心角，φr为右拱端中心角，t为固定参数，yd和xd为下游面方程。所述左右拱圈轴线方程为：其中，x为横坐标值，yc为高程拱冠中心坐标方程，R1为左拱圈拱冠处曲率半径，Rr为右拱圈拱冠处曲率半径，y1：为左拱圈轴线方程，yr为右拱圈轴线方程。所述高程拱冠梁厚度方程为：T＝|f1(z)-f2(z)|，其中，T为高程拱冠梁厚度，f1(z)为上游曲线方程，f2(z)为下游曲线方程。所述固定参数t为：t＝T+(Ta-T)(1-cosφ1)/(1-cosφr)；其中，T为高程拱冠梁厚度，Ta为输入的高程拱冠梁厚度，φl为左拱端中心角，φr为右拱端中心角。本专利技术的有益效果在于：(1)基于CATIA软件强大的参数化设计功能，完全依托参数化驱动建立抛物线双曲拱坝拱圈，参数简单明了，可控制模型参数和精度,达到与实物完全一致的效果；(2)通过修改基础参数，可完成任一等厚度和变厚度拱圈建模；(3)通过调整参数，可对拱坝体型调试，极大的提高了建模及分析效率，不易出错。附图说明图1为本专利技术的编绘过程示意图；图2为本专利技术的拱圈展示图。具体实施方式下面进一步描述本专利技术的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。实施例1一种抛物线双曲拱坝体型编绘方法，按照下述步骤进行：首先计算构建抛物线双曲拱坝体型的基础参数，计算过程如下。①计算拱坝基础参数：在数据库中随机取出一拱坝作为参照，针对该参照拱坝，得到拱冠梁剖面上、下游曲线方程f1(z)、f2(z)，左、右拱圈拱冠处曲率半径圆心线方程f3(z)、f4(z)，左、右拱圈中心线弦长Ll、Lr，坝顶拱圈中心线拱冠梁处Yc值；②计算拱冠基础参数：计算高程拱冠梁厚度T＝|f1(z)-f2(z)|，和左、右拱圈拱冠处曲率半径R1＝|f2(z)-f3(z)+T/2|、Rr＝|f2(z)-f4(z)+T/2|，左、右拱端中心角φl＝arctan(Ll/Rl)、φr＝arctan(Lr/Rr)，以及高程拱冠中心坐标③计算拱圈参数值：f1(z)上游面方程为：yu＝y+tcosφ1/2；xu＝x+tsinφ1/2；f2(z)下游面方程位为：yd＝y-tcosφr/2；xd＝x-tsinφr/2；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抛物线双曲拱坝拱圈编绘方法，其特征在于：包括以下步骤：①计算基础参数：根据方程计算构建抛物线双曲拱坝体型的拱坝基础参数、拱冠基础参数和拱圈基础参数值；②编绘参照拱圈：根据步骤①得出的基础参数值编绘出参照高程拱圈；③编绘左右岸面拱圈：参照步骤②得出的参照高程拱圈，编绘左岸面拱圈和右岸面拱圈；④编绘其他任意拱圈：根据步骤③所得的左岸面拱圈和右岸面拱圈，绘出所需高程拱圈。

【技术特征摘要】
1.一种抛物线双曲拱坝拱圈编绘方法，其特征在于：包括以下步骤：①计算基础参数：根据方程计算构建抛物线双曲拱坝体型的拱坝基础参数、拱冠基础参数和拱圈基础参数值；②编绘参照拱圈：根据步骤①得出的基础参数值编绘出参照高程拱圈；③编绘左右岸面拱圈：参照步骤②得出的参照高程拱圈，编绘左岸面拱圈和右岸面拱圈；④编绘其他任意拱圈：根据步骤③所得的左岸面拱圈和右岸面拱圈，绘出所需高程拱圈。2.如权利要求1所述的抛物线双曲拱坝拱圈编绘方法，其特征在于：所述步骤①中计算基础参数包括拱坝基础参数、拱冠基础参数和拱圈基础参数，计算方式如下：(1.1)计算拱坝基础参数：从数据库随机选取一拱坝作为参照拱坝，针对参照拱坝，根据方程计算该拱冠梁剖面上下游曲线长度、左右拱圈拱冠处曲率半径圆心线长度、左右拱圈中心线弦长长度的值，以及坝顶拱圈中心线与拱冠梁相交处的坐标值；(1.2)计算拱冠基础参数：根据方程计算高程拱冠梁厚度、左右拱圈拱冠处曲率半径、左右拱端中心角和高程拱冠中心坐标的值；(1.3)计算拱圈参数值：根据方程计算该拱圈上下游曲线长度、左拱圈轴线长度和右拱圈轴线长度的值。3.如权利要求1所述的抛物线双曲拱坝拱圈编绘方法，其特征在于：所述步骤③和步骤④中编绘所需高程拱圈的方法为：(3.1)建立坐标系：根据所述参照高程拱圈生成空间直角坐标系，在空间直角坐标上有一AO点(1)且X、Y轴坐标值固定为(0，0)，Z坐标值则是根据所需高程值决定；(3.2)建立平面PM1(4)：根据所述参照高程拱圈，创建该拱圈所在的高程平面PM1(4)，过A0点生成平面PM1(4)的垂线(3)，以A0点(1)为端点，在垂线(3)上绘制弦长端点(7)，得到弦长(8)；(3.3)建立平面PM2(5)：过AO点(1)生成拱坝中心的中心线(2)，再生成一个与中心线(2)平行的平面PM2(5)，在平面PM2(5)上按照拱圈上游面法则曲线方程，生成曲线拱圈上游面Yu曲线(9)；(3.4)建立平面PM3(6)：过中心线(2)和A0点(1)，生成一个与中心线(2)垂直面PM3(6)，在平面PM3(6)上按照拱圈下游面法则曲线方程，生成曲线拱圈下游面Xu曲线(10)；(3.5)合成曲线ZHS(11)：将拱圈上游面Yu曲线(9)和拱圈下游面Xu曲线(10)合成曲线ZHS(11)；(3.6)建立投影曲线：将合成曲线ZHS(11)投影在平面PM1(4)，得到投影曲线；(3.7)根据步骤(3.2)～(3.6)，通过左岸所需参数，得到投影曲线ZS(12)，得到该层左岸拱圈上游面曲线，投影曲线YS(13)，得到该层左岸拱圈下游面曲线；通过右岸所需参数，得到投影曲线ZX(14)，得到该层右岸拱圈上游面曲线，投影曲线YX(15)得到该层右岸拱圈下游面曲线；(3.8...

【专利技术属性】
技术研发人员：李波，居浩，何建峰，陈祖文，王正清，李刚，高传彬，郑晓晖，房彬，陈波，
申请(专利权)人：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52