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(shè)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(biāo)系及單位1、三維直角坐標(biāo)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(biāo)系原點設(shè)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(guān)系描述對數(shù)螺旋線型拱壩體型的主要幾何參數(shù)有：1、YcYc 是拱圈中心軸線在拱冠點處的 Y 座標(biāo)值，或者說是拱冠梁中心軸線 上

2、各點的 Y 座標(biāo)。2、TcTc 是拱冠梁各高程處的厚度3 、 T al 及 TarTal及Tar分別是左、右兩半拱拱圈的端部厚度。4 、 R l 及 R rRl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 r9 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 XDrXDl 及 XDr 分別是左、右兩半拱拱圈下游端點 X 座標(biāo)。般地說，上述參數(shù)都是 Z 座標(biāo)的多項（ n+1 項）式：在作施工放樣座標(biāo)計算時，上述全部參數(shù)的函數(shù)關(guān)系應(yīng)盡知這些參數(shù)的函數(shù)式，其次數(shù)往往是不同的，設(shè)其中最高的次數(shù)是no次,用戶在使用程序時，應(yīng)把壩頂高程 Ho和no

3、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(nèi)容，而且，Tc的系數(shù)A應(yīng)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(biāo)方程為：oek相應(yīng)參數(shù)方程為：xc = P0eksin( 0 +8) -sin 8yc =Yc + Pocos 8 -ek cos( $ +8)其中，k=tg B,po=Ro/.1 k2， R= Roek式中：9 :對數(shù)螺旋線的初始角；po：初始極半徑； :稱為“似

4、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(biāo)；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 . Ax = xcsin2y.= y。=cs 曲線上一點Q （Xq , Yq）,其對應(yīng)的曲率中心點是 00 （XX, 丫丫）,Sc和Sa以左

5、半拱為正，右半拱為負?！霸O(shè)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(nèi)為正，反之為負。令：Ls=Lu 或 LdA=C（ 1+DD）Tc/2-LsB=C DD Tc/2Lo=A-Bcos :1（當(dāng) Ls=Lu 時）系數(shù)：C=-1（當(dāng) Ls=Ld 時）則S的參數(shù)方程為X=Xq+L os inY=Yq-L ocos :S上一點（似中心角為0處）到拱冠“弧距” SA （左正右負）用下式計 算:S,A J0/P+Acos-Bcoscos）2 IcosinPcos當(dāng)DD=0時，SA的

6、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(nèi)任意高程拱圈 軸相交一點，通過交點的相應(yīng)層的徑向線在壩面內(nèi)的線段就迭成一類曲面。（二）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(nèi)任意高程拱圈的徑向線在壩面內(nèi)的線段迭成。（三）垂直平面縫垂直平面縫

7、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(yīng) 的徑向。走向角：，系平面縫走向線或曲面水平素線與一 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(zhuǎn)為正，反之為 負。五、“ZLHGQJS.BAS ”程序的使用該程序的功能，簡

8、單地說，就是進行拱圈的計算。（一）準(zhǔn)備工作1、用程序前將第三節(jié)所述數(shù)據(jù)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(dāng)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(jù)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(jù)：Nh 次須計算的拱圈層數(shù)，儲存在第行。HH 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(biāo)須作計算。若并無“平 行曲線”要計算，Ls應(yīng)以“ 0 “輸入。對上、下游壩面和拱軸，程序自動計 算其內(nèi)容。O

9、s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(nèi)容：機器對每層拱圈，先輸出左半拱內(nèi)容，再輸出右半拱內(nèi)容；先輸出拱端 結(jié)果，再從Oo為間隔，輸出各相應(yīng)似中心角處的內(nèi)容。輸出內(nèi)容都有標(biāo)識符指明，有些標(biāo)識符已在前面敘述(或附圖)中提到, F面只就某些標(biāo)識作適當(dāng)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 ；(6)丫 一即 yq ；(7)S即 Sc ；(8)“D”為腳標(biāo)表示是下游壩面的內(nèi)容。(9)以“ u”為腳標(biāo)表示是上游壩面的內(nèi)容。(10)以“ a”為腳標(biāo)表示是距離下游壩面Ls的“平行曲線”的內(nèi)容(11)以“ b”為腳標(biāo)表示

10、是距離上游壩面Ls的“平行曲線”的內(nèi)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(nèi)容(一) 準(zhǔn)備工作1、使用前要將第三節(jié)所述數(shù)據(jù)全部準(zhǔn)確庫存。2、 將要計算座標(biāo)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(jié)束信號“ 9999 ”。(二) 操作和輸入1、啟動程序啟動程序用下列方法：RUN20002、輸入及其它操作(1) 屏顯“

11、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(yīng)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(nèi)容，用戶應(yīng)根據(jù)自己 的需要按屏幕提示分別鍵入“ S ”或“ B ”。(3) 屏顯“ Y or E or 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(yīng)根據(jù)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

12、-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(biāo)Xd、還是離壩面Ls處的“平行曲線”的弧距Sa(Ss)?用戶可據(jù)實情選擇并鍵入“ S ”或“ F ”或“ X ”或“L ”。并接著輸入 相應(yīng)的數(shù)據(jù)。對于“ L ”功能，則首先還應(yīng)輸入系數(shù) C (1);見第三節(jié)有關(guān) 公式)。(5) 若算二類縫則輸入駐點坐標(biāo) 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(jīng)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

13、線的走向角:（AF）及線上一點 控制點的座標(biāo)Xp和Yp。用戶應(yīng)按屏顯提示分別鍵入“H”或“X”，并接著輸入相應(yīng)的已知條件。（7）若采用“ INPUT”功能，則逐層輸入相應(yīng)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(nèi)容：1、輸出內(nèi)容一般見到標(biāo)識符自

14、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(dāng)控制點（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(biāo)值。ye-E點的丫座標(biāo)值。2、關(guān)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E

15、Q丄AB , EQ與 Du的交點就是E點。I。/hho是求斜平面（如牛腿斜面）上點的座標(biāo)；求斜面與 壩面交點（交線）的座標(biāo)。以特殊的使用技巧，程序?qū)⒕哂懈訌V泛的用途,I。這種技巧，用戶又極易意會。（一）準(zhǔn)備工作1、當(dāng)用戶是用程序計算“斜面”上某些“高程”點的座標(biāo)，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(yīng)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(jié)束信號。2、當(dāng)用戶是計算斜面與壩面交點的座標(biāo)，則應(yīng)將第三節(jié)所述數(shù)據(jù)全部準(zhǔn)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

16、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(biāo)。yo走向線與斜面交點的y座標(biāo)。io 比。當(dāng)斜面沿向下游的趨向有逐步升高的趨勢，貝U io為正值，反 之為負值，其絕對值的定義見下圖 3示：ioJ圖3Fo 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(yīng)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(nèi)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(biāo)呢，還是求交點（J）座標(biāo)？ 用戶應(yīng)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(yīng)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(nèi)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(biāo)?！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(jīng)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(nèi)容計算出來后，是 將再總改變b（ G b）值另算一個剖面內(nèi)容呢，還是不再（BG）算別的剖面 了？用戶應(yīng)按屏顯的指示分別鍵入“