本發(fā)明涉及橋梁設(shè)計(jì)的，尤其是涉及一種基于grasshopper的超大跨度鋼桁架拱橋可視性參數(shù)化建模方法。

背景技術(shù)：

1、鋼桁架拱橋結(jié)構(gòu)由于其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)性能、良好的耐久性以及超強(qiáng)的跨越能力，在超大跨度拱橋中被廣泛采用，但由于其跨越范圍大（通常300m以上），其結(jié)構(gòu)失效的風(fēng)險(xiǎn)也隨之加大，為了有效控制結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)，此類橋梁對于結(jié)構(gòu)計(jì)算的精度要求也就更為嚴(yán)格。另外，由于跨徑較大，此類鋼桁架拱橋結(jié)構(gòu)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)計(jì)算模型所需搭建的節(jié)點(diǎn)和單元數(shù)目巨大。

2、目前，在進(jìn)行此類橋梁結(jié)構(gòu)建模時(shí)通常采用手動(dòng)建模的方式——以單個(gè)節(jié)點(diǎn)或者單個(gè)單元為基礎(chǔ)進(jìn)行建模，建模過程極為繁瑣，一個(gè)計(jì)算模型的搭建往往能耗費(fèi)數(shù)天時(shí)間且大量的時(shí)間消耗在節(jié)點(diǎn)、單元逐個(gè)連接這種重復(fù)性極高卻并沒有創(chuàng)新性的操作中，同時(shí)由于節(jié)點(diǎn)單元眾多，在進(jìn)行單元連接時(shí)極易出錯(cuò)，存在建模計(jì)算的效率很低、周期很長且極易出錯(cuò)的眾多弊端。

3、另外，在此類橋梁的方案設(shè)計(jì)階段往往需要進(jìn)行方案比選，此類橋梁的方案調(diào)整將會(huì)帶來建模計(jì)算工作量的指數(shù)級(jí)增加，由此導(dǎo)致此類橋梁在方案比選時(shí)往往只能采用經(jīng)驗(yàn)估算或者類比推算來確定，這也大大降低了此類橋梁方案設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可行性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決超大跨度鋼桁架拱橋結(jié)構(gòu)建模困難的問題，本發(fā)明提供一種基于grasshopper的超大跨度鋼桁架拱橋可視性參數(shù)化建模方法。

2、本發(fā)明提供一種基于grasshopper的超大跨度鋼桁架拱橋可視性參數(shù)化建模方法，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種基于grasshopper的超大跨度鋼桁架拱橋可視性參數(shù)化建模方法，包括如下步驟：

4、獲取地理信息和基礎(chǔ)信息，并寫入?yún)?shù)化c級(jí)模塊中；

5、通過參數(shù)化拱結(jié)構(gòu)c-1級(jí)模塊生成拱軸曲線和拱結(jié)構(gòu)三維模型；

6、根據(jù)參數(shù)化桁架結(jié)構(gòu)c-2級(jí)模塊和參數(shù)化拱結(jié)構(gòu)c-1級(jí)模塊中的數(shù)據(jù)，生成桁架結(jié)構(gòu)三維模型；

7、根據(jù)參數(shù)化拱結(jié)構(gòu)c-1級(jí)模塊、參數(shù)化桁架結(jié)構(gòu)c-2級(jí)模塊中的數(shù)據(jù)，通過參數(shù)化橋面位置c-3級(jí)模塊計(jì)算橋面位置，建立橋面三維模型；

8、根據(jù)參數(shù)化拱結(jié)構(gòu)c-1級(jí)模塊、參數(shù)化桁架結(jié)構(gòu)c-2級(jí)模塊、參數(shù)化橋面位置c-3級(jí)模塊中的數(shù)據(jù)，通過參數(shù)化提籃角度c-4級(jí)模塊，調(diào)整拱軸外傾角度和內(nèi)傾角度，計(jì)算拱軸與橋面的空間位置關(guān)系，建立拱橋三維模型。

9、在一個(gè)具體的可實(shí)施方案中，地理信息包括橋址區(qū)地理位置及跨越范圍；基礎(chǔ)信息包括橋梁坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)、起終點(diǎn)位置、縱坡、橫坡、橋址流域信息、橋下地面信息。

10、在一個(gè)具體的可實(shí)施方案中，通過參數(shù)化拱結(jié)構(gòu)c-1級(jí)模塊生成拱軸曲線和拱結(jié)構(gòu)三維模型包括如下步驟：

11、構(gòu)建拱頂關(guān)鍵點(diǎn)位置矩陣，形成拱頂坐標(biāo)系；

12、將拱高與拱頂關(guān)鍵點(diǎn)位置形成邏輯關(guān)聯(lián)；

13、通過獲取拱高的絕對數(shù)值，對拱高進(jìn)行參數(shù)控制；

14、基于拱高，擴(kuò)充拱腳關(guān)鍵點(diǎn)位置矩陣，形成拱腳坐標(biāo)系；

15、將拱高、拱跨、拱頂關(guān)鍵點(diǎn)與拱腳關(guān)鍵點(diǎn)形成邏輯關(guān)聯(lián)；

16、通過調(diào)整拱跨的絕對數(shù)值，對拱跨進(jìn)行參數(shù)控制；

17、獲取拱寬，構(gòu)建拱寬與拱頂關(guān)鍵點(diǎn)和拱腳關(guān)鍵點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)拱寬的參數(shù)控制；

18、生成多個(gè)相關(guān)關(guān)鍵點(diǎn)，選擇拱腳關(guān)鍵點(diǎn)和拱頂關(guān)鍵點(diǎn)，并在1/4跨徑位置隨機(jī)生成2個(gè)中間關(guān)鍵點(diǎn)，利用拱腳關(guān)鍵點(diǎn)、拱頂關(guān)鍵點(diǎn)和中間關(guān)鍵點(diǎn)，生成拱軸曲線；

19、生成拱結(jié)構(gòu)三維模型。

20、在一個(gè)具體的可實(shí)施方案中，拱軸曲線通過非均勻有理b樣條曲線——nurbs曲線生成。

21、在一個(gè)具體的可實(shí)施方案中，根據(jù)參數(shù)化拱結(jié)構(gòu)c-1級(jí)模塊中的數(shù)據(jù)，通過參數(shù)化桁架結(jié)構(gòu)c-2級(jí)模塊建立桁架結(jié)構(gòu)三維模型包括如下步驟：

22、構(gòu)建節(jié)間長度與拱軸曲線的邏輯關(guān)聯(lián)，根據(jù)節(jié)間長度對拱軸曲線進(jìn)行劃分，得到曲線分段；

23、獲取每個(gè)曲線分段的端點(diǎn)，形成端點(diǎn)位置點(diǎn)陣；

24、獲取桁架高度，構(gòu)建桁架高度與拱軸曲線的邏輯關(guān)聯(lián)，根據(jù)桁架高度對拱軸曲線進(jìn)行豎向復(fù)制；

25、根據(jù)節(jié)間長度對復(fù)制的拱軸曲線進(jìn)行劃分，得到復(fù)制的拱軸曲線的曲線分段；

26、對復(fù)制的拱軸曲線獲取每個(gè)曲線分段的端點(diǎn)，形成復(fù)制的拱軸曲線的端點(diǎn)位置點(diǎn)陣；

27、根據(jù)拱寬和節(jié)間長度，將拱軸曲線和復(fù)制的拱軸曲線，以及端點(diǎn)位置點(diǎn)陣沿橋?qū)挿较驈?fù)制；

28、根據(jù)端點(diǎn)位置點(diǎn)陣中端點(diǎn)在空間中的位置關(guān)系，構(gòu)建端點(diǎn)位置點(diǎn)陣之間的邏輯關(guān)系；

29、根據(jù)上下平聯(lián)的連接類型和端點(diǎn)位置點(diǎn)陣，以及端點(diǎn)位置點(diǎn)陣之間的邏輯關(guān)系，生成上下平聯(lián)軸線；

30、根據(jù)腹桿的連接關(guān)系和端點(diǎn)位置點(diǎn)陣，以及端點(diǎn)位置點(diǎn)陣之間的邏輯關(guān)系，生成腹桿軸線；

31、拱軸曲線的曲線分段，以及復(fù)制的拱軸曲線的曲線分段為上弦桿軸線和下弦桿軸線，

32、根據(jù)上弦桿軸線、下弦桿軸線和上下平聯(lián)軸線以及腹桿軸線，生成桁架三維模型。

33、在一個(gè)具體的可實(shí)施方案中，端點(diǎn)位置點(diǎn)陣之間的邏輯關(guān)系滿足拱軸曲線之間上下平聯(lián)的全部連接類型；

34、上下平聯(lián)的連接類型包括錯(cuò)位連接、同頻連接、交叉連接。

35、在一個(gè)具體的可實(shí)施方案中，端點(diǎn)位置點(diǎn)陣之間的邏輯關(guān)系能夠滿足拱軸曲線之間全部腹桿不同的連接方式；

36、腹桿的連接關(guān)系包括正向遞增錯(cuò)位連接、正向遞減錯(cuò)位連接、反向遞增錯(cuò)位連接、反向遞減錯(cuò)位連接、同頻連接。

37、在一個(gè)具體的可實(shí)施方案中，

38、根據(jù)參數(shù)化拱結(jié)構(gòu)c-1級(jí)模塊、參數(shù)化桁架結(jié)構(gòu)c-2級(jí)模塊中的數(shù)據(jù)，通過參數(shù)化橋面位置c-3級(jí)模塊，計(jì)算橋面位置，建立橋面三維模型包括如下步驟：

39、將橋面位置與橋面高程關(guān)聯(lián)，橋面高程與拱頂關(guān)鍵點(diǎn)、拱腳關(guān)鍵點(diǎn)，以及端點(diǎn)位置點(diǎn)陣關(guān)聯(lián)，構(gòu)建橋面高程與拱頂關(guān)鍵點(diǎn)、拱腳關(guān)鍵點(diǎn)，以及拱軸曲線的端點(diǎn)位置點(diǎn)陣之間的邏輯關(guān)系，

40、獲取同一高度的拱軸曲線在橋面所處的水平面的投影，以投影中心為橋面中心，以投影短邊中心連線為橋面中軸線，結(jié)合橋面寬度，構(gòu)建橋面平面軸線網(wǎng)，

41、對投影邊線進(jìn)行分段，獲取邊線分段的端點(diǎn)，形成橋面邊線點(diǎn)陣，

42、構(gòu)建橋面邊線點(diǎn)陣空間位置的邏輯關(guān)系，構(gòu)建橋面邊線點(diǎn)陣與拱軸曲線的端點(diǎn)位置點(diǎn)陣的空間邏輯關(guān)系，

43、根據(jù)橋面高程與拱腳關(guān)鍵點(diǎn)之間的絕對距離，計(jì)算立柱或者吊桿的長度，

44、根據(jù)橋面位置、立柱和吊桿的參數(shù)，生成橋面三維模型。

45、在一個(gè)具體的可實(shí)施方案中，根據(jù)橋面高程與拱腳關(guān)鍵點(diǎn)之間的絕對距離，計(jì)算立柱或者吊桿的長度包括如下步驟：

46、橋面高程與拱腳關(guān)鍵點(diǎn)之間距離為0時(shí)，根據(jù)橋面位置與拱軸曲線之間的邏輯關(guān)系生成吊桿軸線，吊桿軸線的長度即為吊桿的長度；

47、橋面高程與拱腳關(guān)鍵點(diǎn)之間距離大于0且小于等于拱高時(shí)，根據(jù)橋面位置與拱軸曲線之間的邏輯關(guān)系生成立柱軸線和吊桿軸線，立柱軸線的長度即為立柱的長度，吊桿軸線的長度即為吊桿長度；

48、橋面高程與拱腳關(guān)鍵點(diǎn)之間的距離大于拱高時(shí)，根據(jù)橋面位置與拱軸曲線之間的邏輯關(guān)系生成立柱軸線，立柱軸線的長度即為立柱的長度。

49、在一個(gè)具體的可實(shí)施方案中，根據(jù)參數(shù)化拱結(jié)構(gòu)c-1級(jí)模塊、參數(shù)化桁架結(jié)構(gòu)c-2級(jí)模塊、參數(shù)化橋面位置c-3級(jí)模塊中的數(shù)據(jù)，通過參數(shù)化提籃角度c-4級(jí)模塊計(jì)算拱軸曲線外傾角度和內(nèi)傾角度，建立拱橋三維模型包括如下步驟：

50、以橋面位置平面為旋轉(zhuǎn)參考平面，以橋面高程為旋轉(zhuǎn)中心軸位，生成拱軸端點(diǎn)位置點(diǎn)陣的坐標(biāo)向量矩陣；

51、構(gòu)建拱軸曲線、上下弦桿、腹桿和上下平聯(lián)與坐標(biāo)向量矩陣的邏輯關(guān)系；

52、獲取外傾角度，將拱軸以及拱軸端點(diǎn)位置點(diǎn)陣的坐標(biāo)向量矩陣旋轉(zhuǎn)外傾角度，同時(shí)全部的上下弦桿、上下平聯(lián)、腹桿實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)旋轉(zhuǎn)；

53、獲取內(nèi)傾角度，將拱軸以及點(diǎn)陣的坐標(biāo)向量矩陣旋轉(zhuǎn)內(nèi)傾角度，同時(shí)全部的上下弦桿、上下平聯(lián)、腹桿實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。

54、綜上所述，本發(fā)明包括以下有益效果：

55、通過輸入、抓取、拖動(dòng)和改變相應(yīng)的參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)任意跨徑、任意寬度、任意角度、任意橋面位置的鋼桁架橋梁結(jié)構(gòu)的快速、精確建模，可以極大程度的縮短超大跨度鋼桁架拱橋結(jié)構(gòu)的建模時(shí)間，且大大提高建模精度。同時(shí)，還為橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域提供全新的建模思路及方法，可以實(shí)現(xiàn)超大跨度鋼桁架拱橋結(jié)構(gòu)任何設(shè)計(jì)階段的高效、高準(zhǔn)確度、高適應(yīng)性的變化。