[发明专利]混凝土桥梁板件的拉结钢筋的计算机辅助设计方法

权利要求书

1.混凝土桥梁板件的拉结钢筋的计算机辅助设计方法；步骤如下：

a、混凝土构件选择；选择已建立混凝土外形模型(4)及混凝土表面对应钢筋网模型的板件，所述板件作为拉结钢筋建模的实施主体；

其中，所述钢筋网模型完全由三维曲线段或者完全由三维直线段构成；

b、图形准备；

b1、选择所述板件的第一表面和第二表面，作为建立所述拉结钢筋建模的主基准面(31)和副基准面(32)；所述主基准面(31)与所述副基准面(32)互相平行或者相交；

b2、选择所述主基准面(31)与所述副基准面(32)分别对应的两组钢筋网，作为主钢筋网(21)和副钢筋网(22)；

所述主钢筋网(21)与所述副钢筋网(22)的形状相似；

所述形状相似是指所述主钢筋网(21)的外层主钢筋阵列组(211)和内层主钢筋阵列组(212)与所述副钢筋网(22)的外层副钢筋阵列组(221)和内层副钢筋阵列组(222)在相应阵列方向在所述主基准面(31)上的投影互相平行，在相应钢筋轴线方向在所述主基准面(31)上的投影互相平行；

b3、提取所述主钢筋网(21)和所述副钢筋网(22)中的控制信息；

所述控制信息包括所述主钢筋网(21)和所述副钢筋网(22)中每个钢筋阵列组的所属的每一钢筋的直径每一所述钢筋中心线至所属基准面的距离d的绝对值、每两个所述钢筋阵列的间距s、每个所述钢筋阵列的钢筋总根数n；

即，所述主钢筋网(21)的钢筋阵列组的两组控制信息数组分别命名为外层主钢筋阵列组控制信息数组RAPIFO和内层主钢筋阵列组控制信息数组RAPIFI，包括的控制信息分别为d_pO、s_pO和n_pO，以及d_pI、s_pI和n_pI；

所述副钢筋网(22)包含钢筋阵列组的两组组控制信息分别命名为外层副钢筋阵列组控制信息数组RADIFO和内层副钢筋阵列组控制信息数组RADIFI，包括的控制信息分别为d_dO、s_dO和n_dO，以及d_dI、s_dI和n_dI；

c、控制点生成；

c1、在所述主钢筋网(21)和所述副钢筋网(22)中，选取所述外层主钢筋阵列组(211)和所述外层副钢筋阵列组(221)，作为拉结钢筋控制点建模的主要参考形体；

c2、选择所述主基准面(31)和所述副基准面(32)，利用所述外层主钢筋阵列组(211)和所述外层副钢筋阵列组(221)的RAPIFO和RADIFO，分别基于所述主基准面(31)和所述副基准面(32)向混凝土构件内部偏移距离和后，生成拉结钢筋网的控制点的主基准面(311)和控制点副基准面(321)；

c3、将所述主钢筋网(21)的所述外层主钢筋阵列组(211)和所述内层主钢筋阵列组(212)，投影至所述控制点主基准面(311)，求得所述外层主钢筋阵列组(211)和所述内层主钢筋阵列组(212)在所述控制点主基准面(311)上的外层主钢筋投影线组(2111)、内层主钢筋投影线组(2121)和主交点阵列组(11)；

所述主交点阵列组(11)在顺沿所述外层主钢筋阵列组(211)的钢筋中心线方向的数量为n_pI，所述主交点阵列组(11)在顺沿内层主钢筋阵列组(212)的钢筋中心线方向的数量为n_pO；

c4、将所述副钢筋网(22)的所述外层副钢筋阵列组(221)和所述内层副钢筋阵列组(222)投影至所述控制点副基准面(321)，求得所述外层副钢筋阵列组(221)和所述内层副钢筋阵列组(222)在所述控制点副基准面(321)上的外层副钢筋投影线组(2211)、内层副钢筋投影线组(2221)和副交点阵列组(12)，所述副交点阵列组(12)在顺沿所述外层副钢筋阵列组(221)的钢筋中心线方向的数量为n_dI，所述副交点阵列组(12)在顺沿所述内层副钢筋阵列组(222)的钢筋中心线方向的数量为n_dO；

c5、将所述主交点阵列组(11)作为生成后续拉结钢筋的起点；

d、拉结钢筋信息生成；以所述拉结钢筋在相应的钢筋网的其中任意一个钢筋阵列组的钢筋中心线方向进行布置；

d1、将所述外层主钢筋投影线组(2111)的任意一条钢筋中心线被所述内层主钢筋投影线组(2121)分割为多条线段，多条所述线段的数量记为所述外层主钢筋投影线组(2111)的总网格数GO；当所述总网格数GO等于所述主交点阵列组(11)在顺沿外层主钢筋阵列组(211)的钢筋中心线方向的数量减1，即：GO＝n_pI-1；

d2、将所述总网格数GO除以模数MD并求余数，所得除数记为DIV，所得余数记为MOD；

d3、设定一个网格距数组ADG，所述网格距数组ADG是一维数组，用于存放所述外层主钢筋投影线组(2111)被拉结钢筋分割后的多条线段组的信息，所述网格距数组ADG的长度LG为所述多条线段组的组数，所述网格距数组ADG中的每个元素的量值等于对应多条线段组中每一组线段组的线段条数；

d4、对于第一个所述网格距数组ADG1，如所述模数MD等于或大于所述总网格数GO，则所述外层主钢筋阵列组(211)的钢筋中心线方向不需设置拉结钢筋，此时第一个所述网格距数组ADG1的长度LG1等于1，第一个所述网格距数组ADG1的元素值等于总网格数GO；

d5、对于第一个所述网格距数组ADG1，如所述模数MD小于总网格数GO，且所述余数MOD等于0，则第一个所述网格距数组ADG1的长度LG1等于除数DIV、第一个所述网格距数组ADG1的每一个元素的初始值等于所述模数MD；

如所述模数MD小于总网格数GO，且所述余数MOD不等于0，则令第一个所述网格距数组ADG1的长度LG1等于除数DIV加1、令第一个所述网格距数组ADG1的每一个元素的初始值等于所述模数MD；

d6、所述拉结钢筋在钢筋网的所述内层主钢筋阵列组(212)的钢筋中心线方向进行布置的相关信息：总网格数GI＝n_pO-1、第二个所述网格距数组ADG2、以及第二个所述网格距数组ADG2的相应长度LG2；

d7、指定所述拉结钢筋的延伸方向，通过选择一张参考面作为拉结钢筋主体线段的延伸参考面(30)，并提取所述延伸参考面(30)的法向向量；所述延伸参考面(30)是平面或曲面；

e、拉结钢筋中心线建模；

e1、如第一个所述网格距数组ADG1的长度LG1＝1，或第一个所述网格距数组ADG1的长度LG1＝1，则不需要在所述外层主钢筋阵列组(211)和所述内层主钢筋阵列组(212)的钢筋中心线方向建立所述拉结钢筋的模型；

e2、如第一个所述网格距数组ADG1的长度LGI1，且第二个所述网格距数组ADG2的长度LG21，则需要建立拉结钢筋的模型；

e2.1、建立所述拉结钢筋的模型时需利用的信息，包括第一个所述网格距数组ADG1和第二个所述网格距数组ADG2、所述主交点阵列组(11)和所述副交点阵列组(12)、所述拉结钢筋网的所述控制点主基准面(311)和所述控制点副基准面(321)、所述外层主钢筋阵列组(211)、所述内层主钢筋阵列组(212)、所述外层副钢筋阵列组(221)、所述内层副钢筋阵列组(222)和所述延伸参考面(30)；

e2.2、建立一个长度为2的指针数组PT，所述指针数组PT中的2个元素用于记录所述交点阵列组(11)的交点位置；所述指针数组的第1个元素PTA记录顺沿所述外层主钢筋阵列组(211)的钢筋中心线方向的交点序号，所述指针数组的第2个元素PTB记录顺沿所述内层副钢筋阵列组(222)的钢筋中心线方向的交点序号；

e2.3、建立一个用于存储所述拉结钢筋总长度的变量SLK；

e3.4、建立一个循环动作，循环执行的次数公式为：LG1-1×LG2-1，循环优先级为：先沿所述外层主钢筋阵列组(211)的钢筋中心线方向，j方向或行方向，数量为LG1-1；再沿所述内层副钢筋阵列组(222)的钢筋中心线方向，i方向或列方向，数量为LG2-1；

e3.5、当执行循环编号nj＝1，ni＝1时：

e3.5a、令所述指针数组元素PTA的量值等于第一个所述网格距数组ADG1的第1个元素的量值或修正值a1加1，即：PTA＝1+a1，令所述指针数组元素PTB的量值等于第二个所述网格距数组ADG2的第1个元素的量值或修正值b1加1，即：PTB＝1+b1；

e3.5b、以所述交点阵列组(11)的第PTA行，顺沿所述外层主钢筋阵列组(211)的钢筋中心线方向，第PTB列，顺沿所述内层主钢筋阵列组(212)的钢筋中心线方向，列的交点为起点(101)作第1-1根拉结钢筋主体线段(231)；

所述第1-1根拉结钢筋主体线段(231)垂直于所述延伸参考面(30)，所述第1-1根拉结钢筋主体线段(231)从所述起点(101)开始、延伸至所述控制点副基准面(321)相交形成终点(102)；所述终点(102)，不一定与所述副交点阵列组(12)重合；

e3.5c、修正第1-1根拉结钢筋主体线段(231)；

作一张工作平面(33)，所述工作平面(33)经过所述第1-1根拉结钢筋主体线段(231)，且垂直于所述内层主钢筋阵列组(212)中距离所述起点(101)最近那一条钢筋中心线；

将所述起点(101)沿与所述外层主钢筋阵列组(211)的钢筋中心线延伸方向的相反方向移动、将所述终点(102)沿与所述外层副钢筋阵列组(221)的钢筋中心线延伸方向移动、保持所述第1-1根拉结钢筋主体线段(231)在所述工作平面(33)上转动，令所述第1-1根拉结钢筋主体线段(231)与所述起点(101)的初始位置及终点(102)的初始位置的距离均为e3.5d、基于修正后的起点(1011)，沿所述控制点主基准面(311)作所述第1-1根拉结钢筋末端的主弯钩线段(232)；

所述第1-1根拉结钢筋末端的所述主弯钩线段(232)平行于所述外层主钢筋阵列组(211)中距离所述起点最近的那一条钢筋中心线，所述第1-1根拉结钢筋末端的主弯钩线段(232)的延伸方向为所述外层主钢筋阵列组(211)的钢筋中心线延伸方向；

e3.5e、基于所述修正后的终点(1021)，沿所述控制点副基准面(321)做所述第1-1根拉结钢筋末端的副弯钩线段(233)；

所述第1-1根拉结钢筋末端的副弯钩线段(233)平行于所述外层副钢筋阵列组(221)中距离所述起点最近的那一条钢筋中心线，所述第1-1根拉结钢筋末端的副弯钩线段(233)的延伸方向与所述外层副钢筋阵列组(221)的钢筋中心线延伸方向相反；

e3.5f、所述工作平面(33)与所述内层主钢筋阵列组(212)中距离所述起点最近的那一条钢筋中心线相交，获得一个主基准点(103)；

以所述主基准点(103)为旋转点，令所述第1-1根拉结钢筋末端的主弯钩线段(232)在所述工作平面(33)旋转，旋转方向朝混凝土构件内部，令所述第1-1根拉结钢筋末端的主弯钩线段(232)与所述第1-1根拉结钢筋主体线段(231)的夹角为45°；

e3.5g、所述工作平面(33)与所述内层副钢筋阵列组(222)中距离所述起点最近的那一条钢筋中心线相交，获得一个副基准点(104)；

以所述副基准点(104)为旋转点，令所述第1-1根拉结钢筋末端的副弯钩线段(233)在所述工作平面(33)旋转，旋转方向朝混凝土构件内部，令所述第1-1根拉结钢筋末端的副弯钩线段(233)与所述第1-1根拉结钢筋主体线段(231)的夹角为45°；

e3.5h、以所述第1-1根拉结钢筋末端的主弯钩线段(232)、所述第1-1根拉结钢筋主体线段(231)为基准线段，在工作平面(33)上作倒圆角处理；

圆角半径为所述内层主钢筋阵列组(212)的半径与所述拉结钢筋半径的和，即：

所述第1-1根拉结钢筋末端的主弯钩线段(232)的长度，设定为所述拉结钢筋直径的5倍至10倍，即：至

e3.5i、以所述第1-1根拉结钢筋末端的副弯钩线段(233)、所述第1-1根拉结钢筋主体线段为基准线段，在工作平面(33)上作倒圆角处理；

所述圆角半径为所述内层副钢筋阵列组(222)的半径与所述拉结钢筋半径的和，即：

所述第1-1根拉结钢筋末端的副弯钩线段(233)的长度，设定为所述拉结钢筋直径的5倍至10倍，即：至

至此，已完成第1-1根拉结钢筋中心线的建模；

e3.5j.将所述第1-1根拉结钢筋中心线沿所述内层主钢筋阵列组(212)中距离所述起点最近的那一条钢筋中心线移动；

移动的距离为所述外层主钢筋阵列组(211)的半径与所述拉结钢筋半径的和，即

e3.5k、令拉结钢筋总长度变量SLK等于第1-1根拉结钢筋中心线的总长度；

e3.6、当执行次数n_j1，n_i1时：

e3.6a、令所述指针数组元素PTA的量值等于所述网格距数组ADGI的第1个至第n_j个元素的量值或修正值之和Σan_j加1，即：PTA＝1+Σan_j，令所述指针数组元素PTB的量值等于所述网格距数组ADGI的第1至第n_i个元素的量值或修正值之和Σbn_i加1，即：PTB＝1+Σbn_i；

e3.6b、以所述交点阵列组(11)的第PTA行，顺沿所述外层主钢筋阵列组(211)的钢筋中心线方向、第PTB列，顺沿所述内层主钢筋阵列组(212)的钢筋中心线方向，列的交点为起点(101)作第n_j-n_i根拉结钢筋主体线段(231)；

所述第n_j-n_i根拉结钢筋主体线段垂直于延伸参考面(30)，所述第n_j-n_i根拉结钢筋主体线段从所述起点(101)开始、延伸至所述控制点副基准面(321)相交形成终点(102)；所述终点(102)，不一定与所述副交点阵列组(12)重合；

e3.6c、修正第n_j-n_i根拉结钢筋主体线段(231)；

作一张新的工作平面(33)，所述工作平面(33)经过所述第n_j-n_i根拉结钢筋主体线段，且垂直于所述内层主钢筋阵列组(212)中距离所述起点最近那一条钢筋中心线；

将所述起点(101)沿与所述外层主钢筋阵列组(211)的钢筋中心线延伸方向的相反方向移动、将所述终点(102)沿与所述外层副钢筋阵列组(221)的钢筋中心线延伸方向移动、保持所述第n_j-n_i根拉结钢筋主体线段(231)在所述工作平面(33)上转动，令所述第n_j-n_i根拉结钢筋主体线段(231)与所述起点(101)的初始位置及终点(102)的初始位置的距离均为

e3.6d、基于所述修正后的起点(1011)，沿所述控制点主基准面(311)作所述第n_j-n_i根拉结钢筋末端的主弯钩线段(232)；

所述第n_j-n_i根拉结钢筋末端的主弯钩线段(232)平行于所述外层主钢筋阵列组(211)中距离所述起点最近的那一条钢筋中心线，所述第n_j-n_i根拉结钢筋末端的主弯钩线段(232)的延伸方向为所述外层主钢筋阵列组(211)的钢筋中心线延伸方向；

e3.6e、基于修正后的终点(1021)，沿所述控制点副基准面(321)做所述第n_j-n_i根拉结钢筋末端的副弯钩线段(233)；

所述第n_j-n_i根拉结钢筋末端的副弯钩线段(233)平行于所述外层副钢筋阵列组(221)中距离所述起点最近的那一条钢筋中心线，所述第n_j-n_i根拉结钢筋末端的副弯钩线段(233)的延伸方向与所述外层副钢筋阵列组(221)的钢筋中心线延伸方向相反；

e3.6f、所述工作平面(33)与所述内层主钢筋阵列组(212)中距离所述起点最近的那一条钢筋中心线相交，获得一个主基准点(103)；

以所述主基准点(103)为旋转点，令所述第n_j-n_i根拉结钢筋末端的主弯钩线段(232)在所述工作平面(33)旋转，旋转方向朝混凝土构件内部，令所述第n_j-n_i根拉结钢筋末端的主弯钩线段(232)与所述第1-1根拉结钢筋主体线段(231)的夹角为45°；

e3.6g、所述工作平面(33)与所述内层副钢筋阵列组(222)中距离所述起点最近的那一条钢筋中心线相交，获得一个副基准点(104)；

以所述副基准点(104)为旋转点，令所述第n_j-n_i根拉结钢筋末端的副弯钩线段(233)在所述工作平面(33)旋转，旋转方向朝混凝土构件内部，令所述第n_j-n_i根拉结钢筋末端的副弯钩线段(233)与所述第n_j-n_i根拉结钢筋主体线段(231)的夹角为45°；

e3.6h、以所述第n_j-n_i根拉结钢筋末端的主弯钩线段(232)、所述第n_j-n_i根拉结钢筋主体线段(231)为基准线段，在工作平面(33)上作倒圆角处理；

所述圆角半径为所述内层主钢筋阵列组(212)的半径与所述拉结钢筋半径的和，即：

所述第n_j-n_i根拉结钢筋末端的主弯钩线段的长度，设定为所述拉结钢筋直径的5倍至10倍，即：至

e3.6i、以所述第n_j-n_i根拉结钢筋末端的副弯钩线段(233)、所述第n_j-n_i根拉结钢筋主体线段(231)为基准线段，在工作平面(33)上作倒圆角处理；

所述圆角半径为所述内层副钢筋阵列组(222)的半径与所述拉结钢筋半径的和，即：

所述第n_j-n_i根拉结钢筋末端的副弯钩线段(233)的长度，设定为所述拉结钢筋直径的5倍至10倍，即：至

至此，已完成第nj-ni根拉结钢筋中心线的建模；

e3.6j、将所述第n_j-n_i根拉结钢筋中心线沿所述内层主钢筋阵列组(212)中距离所述起点最近的那一条钢筋中心线移动；

所述移动的距离为所述外层主钢筋阵列组(211)的半径与所述拉结钢筋半径的和，即

e3.6k、令所述拉结钢筋总长度变量SLK等于第n_j-n_i根拉结钢筋中心线的总长度与上一次循环的所述拉结钢筋总长度变量SLK的量值之和。

2.根据权利要求1所述的混凝土桥梁板件的拉结钢筋的计算机辅助设计方法，其特征在于，在所述步骤d5中，对于桥梁工程的常规情况，所述模数MD的量值为2至5，所述网格距数组ADG的每一个元素的修正值的计算方法如下：

①所述模数MD等于2时：

当所述除数DIV＝0，不修正所述网格距数组ADG；

当所述除数DIV≠0，且所述余数MOD＝0，不修正所述网格距数组ADG；

当所述除数DIV≠0，且所述余数MOD＝1，则修正所述网格距数组ADG，令其第1个元素的量值减1；

②所述模数MD等于3时:

当所述除数DIV＝0，不修正所述网格距数组ADG；

当所述除数DIV≠0，且所述余数MOD＝0，不修正所述网格距数组ADG；

当所述除数DIV≠0，且所述余数MOD＝1，则修正所述网格距数组ADG，令其第1个元素和最后1个元素的量值减1；

当所述除数DIV≠0，且所述余数MOD＝2，修正所述网格距数组ADG，令其第1个元素的量值减1；

③所述模数MD等于4时：

当所述除数DIV＝0，不修正所述网格距数组ADG；

当所述除数DIV≠0，且所述余数MOD＝0，不修正所述网格距数组ADG；

当所述除数DIV≠0，且所述余数MOD＝1，且所述网格距数组ADG的长度LG≠2，则修正所述网格距数组ADG，令其第1个元素、第2个元素和最后1个元素的量值减1；

当所述除数DIV≠0，且所述余数MOD＝1，且所述网格距数组ADG的长度LG＝2，则修正所述网格距数组ADG，令其第1个元素的量值减1、最后1个元素的量值减2；

当所述除数DIV≠0，且所述余数MOD＝2，则修正所述网格距数组ADG，令其第1个元素和最后1个元素的量值减1；

当所述除数DIV≠0，且所述余数MOD＝3，则修正所述网格距数组ADG，令其第1个元素的量值减1；

④所述模数MD等于5时：

当所述除数DIV＝0，不修正所述网格距数组ADG；

当所述除数DIV≠0，且所述余数MOD＝0，不修正所述网格距数组ADG；

当所述除数DIV≠0，且所述余数MOD＝1，且所述网格距数组ADG的长度LG≠2，则修正所述网格距数组ADG，令其第1个元素和第2个元素的量值减1、最后1个元素的量值减2；

当所述除数DIV≠0，且所述余数MOD＝1，且所述网格距数组ADG的长度LG＝2，则修正所述网格距数组ADG，令其第1个元素和最后1个元素的量值减2；

当所述除数DIV≠0，且所述余数MOD＝2，且所述网格距数组ADG的长度LG≠2，则修正所述网格距数组ADG，令其第1个元素、第2个元素和最后1个元素的量值减1；

当所述除数DIV≠0，且所述余数MOD＝2，且所述网格距数组ADG的长度LG＝2，则修正所述网格距数组ADG，令其第1个元素的量值减1、最后1个元素的量值减2；

当所述除数DIV≠0，且所述余数MOD＝3，则修正所述网格距数组ADG，令其第1个元素和最后1个元素的量值减1；

当所述除数DIV≠0，且所述余数MOD＝4，则修正所述网格距数组ADG，令其第1个元素的量值减1。