用于多引導線的三維定數(shù)布筋方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及三維鋼筋布設，特別涉及多引導線的三維定數(shù)布筋方法。
【背景技術】
[0002]用于多引導線的三維定數(shù)布筋是鋼筋的一種重要布置形式，主要用于混凝土結構截面漸變段或者受力呈輻射狀的結構，例如隧洞漸變段、閘墩的支鉸處等，改善該部位的受力和抗裂性能。鋼筋與結構邊界的凈距應大于規(guī)范要求的保護層厚度。
[0003]目前對這種鋼筋圖的繪制方法，大部分是采用二維繪制。對不同工程結構部位選取典型特征結構面展開為平面，用手工繪制布筋鋼筋和計算鋼筋長度，然后返回到典型結構投影剖切面繪制鋼筋，作為最終鋼筋設計成果圖。對于結構斷面變化較多、布筋面為曲面的部位，需要手動、逐個將布筋面展開，并逐個繪制和計算鋼筋長度。對于比較復雜的結構，如水工建筑閘墩、蝸殼結構等的鋼筋圖繪制和材料分類統(tǒng)計仍由人工完成，設、校、審的工作量極大、難度高且較容易出錯。對于結構比較規(guī)整的結構，雖然有部分軟件可以直接繪制圖，但仍然適用范圍有限，無法適用各種復雜結構的三維布筋及三維顯示、檢查、指導施工實踐。尋找新的多引導線三維快速布筋工具和方法，提升結構工程師及制圖人員急需的鋼筋設計手段和設計效率。
[0004]目前通過手工繪制或現(xiàn)有軟件得到的圖紙都是二維的，需要經(jīng)過專業(yè)訓練、有經(jīng)驗的工程師進行解讀，在頭腦中重新構建鋼筋的三維模型，對于漸變段較多或空間曲面較復雜的結構，無法詳細、真實反映其與混凝土結構、其他鋼筋的空間位置關系，同時，不同工程師在解讀過程中可能存在二義性，這對鋼筋圖的技術交流和指導施工帶來很大的障礙。隨著計算機的發(fā)展，通過計算機的輔助，工程人員可以根據(jù)需要重建鋼筋模型，生成與實際一致的三維鋼筋模型，使得基于鋼筋圖的技術交流更方便、更直觀、材料統(tǒng)計更準確。
[0005]從公開的文獻和資料來看，尚未發(fā)現(xiàn)在三維模型空間上針對多引導線進行三維定數(shù)布筋的軟件或方法。由于鋼筋三維建模沒有現(xiàn)成的專業(yè)軟件，對鋼筋三維建模工作量極大，而且是實體模型，隨著鋼筋數(shù)量、種類的不斷增加，不管是對計算內(nèi)存限制、顯示速度，還是建模工作量、難度來說，都是巨大的挑戰(zhàn)。特別是含有多個漸變的空間曲面的混凝土結構，無法快速批量、快速定位，并快速生成三維模型，以方便后期的校核、審查及材料分類統(tǒng)計，無法滿足工程設計的快速、精確的要求，因而開發(fā)新的能夠高效處理復雜空間曲面結構的三維布置和實時顯示的方法尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術中的上述問題，本發(fā)明提供一種用于多引導線的三維定數(shù)布筋方法，該方法包括如下步驟:
[0007]A.選定布筋面，對所述布筋面進行偏移處理，偏移距離為混凝土保護層厚度；
[0008]B.選擇并提取偏移后的布筋面邊界為布筋引導線，根據(jù)輸入的鋼筋根數(shù)，確定各布筋引導線上的鋼筋間距和布筋點；
[0009]C.連接相鄰布筋引導線的對應點得到直線，計算和確定過該直線的輔助平面，以過該直線的輔助平面切割偏移后的布筋面，生成各段曲線；
[0010]D.連接相鄰的曲線為鋼筋軸線，確定鋼筋軸線的端部細節(jié)參數(shù)，調(diào)用鋼筋模板，根據(jù)鋼筋模板生成三維鋼筋模型，對三維鋼筋模型賦值鋼筋屬性數(shù)據(jù)。
[0011 ] 具體地，步驟B中，確定布筋點的步驟如下:
[0012]B1.在偏移后的布筋面上選擇并提取布筋引導線，加入到布筋引導線數(shù)組中；
[0013]B2.對布筋引導線數(shù)組中的布筋引導線進行排序和歸一化方向處理；
[0014]B3.依次從布筋引導線數(shù)組中讀取相鄰的兩個布筋引導線；
[0015]B4.在布筋引導線的兩端裁剪去一定長度的裁剪線段，裁剪線段的長度等于混凝土保護層厚度；
[0016]B5.在裁剪后的布筋引導線上，計算該布筋引導線長度，作為布筋區(qū)間；
[0017]B6.根據(jù)輸入的鋼筋根數(shù)，計算鋼筋間距和布筋點位置，在布筋引導線上生成等間距分布的布筋點幾何元素，并將布筋點的坐標數(shù)組存入布筋點坐標數(shù)組；
[0018]B7.重復步驟BI至B6，在剩余的布筋引導線上生成布筋點。
[0019]具體地，步驟C中，所述輔助平面的計算方法如下:
[0020]Cl.在各個布筋引導線的布筋區(qū)間生成等間距分布的布筋點，在所形成的坐標數(shù)組中，讀取相鄰布筋引導線的對應點坐標；
[0021]C2.連接相鄰布筋引導線的對應點為直線，并計算該直線的中點；
[0022]C3.該中點在偏移后的布筋面上進行投影，生成投影點；
[0023]C4.若直線兩端點及投影點不共線，構成經(jīng)過相鄰布筋點的平面；若直線兩端點及投影點共線，則在偏移后的布筋面上做一條經(jīng)過投影點的法錢，并在該法線取一點，該點與直線兩端點不共線，構成經(jīng)過相鄰布筋點的平面，該平面為輔助平面；
[0024]C5.按照上述步驟，計算和確定其它的輔助平面位置。
[0025]具體地，步驟D中，所述鋼筋軸線的生成包括如下步驟:
[0026]Dl.確定經(jīng)過相鄰布筋引導線上對應點的平面位置；
[0027]D2.求該平面與偏移后的布筋面的交線；
[0028]D3.在該交線上提取布筋引導線之間的曲線段，根據(jù)所生成輔助平面與偏移后的布筋面求交后，得到一條貫穿整個偏移后的布筋面的交線，得到鋼筋軸線的曲線段；
[0029]D4.將各曲線段連接得到鋼筋軸線，確定鋼筋軸線的端部細節(jié)參數(shù)；
[0030]D5.對其它相鄰布筋引導線上對應點進行步驟Dl至D4的處理，生成所有鋼筋軸線。
[0031]具體地，步驟D3中，鋼筋軸線的曲線段的具體獲得方法包括如下步驟:
[0032]D3-1.計算連線中點；
[0033]D3-2.計算該中點在偏移后的布筋面的投影點；
[0034]D3-3.對曲線用連線端點進行剪切布爾運算，保留距離投影點最近的曲線段；
[0035]D3-4.按照步驟D31至D33提取其它布筋引導線之間的曲線段。
[0036]具體地，步驟D中，所述鋼筋屬性包括筋編號、鋼筋等級、鋼筋型式、鋼筋直徑、鋼筋間距、鋼筋長度、鋼筋顏色、及備注信息。鋼筋對象屬性的數(shù)據(jù)結構為如下:鋼筋編號:字符型；鋼筋等級:整數(shù)型或枚舉型；鋼筋型式:枚舉型；鋼筋直徑:浮點型或枚舉型；鋼筋間距；浮點型；鋼筋長度:浮點型；鋼筋顏色:RGB型；
[0037]備注信息:字符型。
[0038]本發(fā)明的有益效果是:由于混凝土結構面的幾何元素和參數(shù)，包括布筋引導線提取、布筋點計算、鋼筋軸線和端部細節(jié)等，由此生成鋼筋三維模型，這樣可以直觀生成和顯示三維布筋結果，顯示和檢查混凝土結構內(nèi)部的各種鋼筋的布置情況。這樣的建模方式速度較快，還能將鋼筋各種屬性信息反映直觀、準確地給工程師，提高了工程師工作的效率，其準確的信息也提高了施工進度，同時也避免由于二義性造成施工的缺陷。本發(fā)明可以采用拓撲的面模型實現(xiàn)，與采用實體格式的鋼筋模型相比，其占用內(nèi)存和硬盤空間大大減少。本發(fā)明與軟件平臺無關，既可以是基于商業(yè)三維設計軟件，可以是自主開發(fā)的三維圖形平臺，在工程應用領域具有重要的應用價值，并且具有高可信度、可應用性、可采納性。
[0039]以下結合附圖及實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步描述，應當注意的是，實施例僅僅是為了幫助讀者更好地理解本發(fā)明的技術構思，并不用以限制本發(fā)明權利要求的保護范圍。
【附圖說明】
[0040]圖1是本發(fā)明實施例的用于多引導線的三維定數(shù)布筋的方法流程圖；
[0041]圖2是本發(fā)明的實施例的混凝土結構的偏移后的布筋面的示意圖；
[0042]圖3是本發(fā)明的實施例的位于布筋引導線上的布筋點的示意圖；
[0043]圖4是本發(fā)明實施例的確定經(jīng)過布筋點的輔助平面，相交并提取相鄰布筋引導線之間曲線段的示意圖；
[0044]圖5是本發(fā)明實施例的多引導線定數(shù)布筋生成鋼筋軸線的示意圖；
[0045]圖6是本發(fā)明實施例的鋼筋端部彎鉤結構參數(shù)圖。
[0046]圖中標記為:混凝土結構1、布筋面2、偏移后的布筋面3、混凝土保護層厚度4、布筋引導線5、裁剪線段6、鋼筋間距7、布筋引導線上的布筋區(qū)間8、布筋點9、相鄰布筋引導線的對應布筋的連線中點10、布筋點連線中點在偏移后的布筋面上投影點11、投影點的法向12、經(jīng)過布筋點的輔助平面13、相交得到貫穿整個偏移后的布筋面的交線14、生成的鋼筋軸線15。
【具體實施方式】
[0047]本發(fā)明提出了一種用于布置三維定數(shù)鋼筋的步驟和方法，實現(xiàn)多曲面、多引導線的均勻布筋。本發(fā)明根據(jù)土木工程混凝土結構的幾何信息進行快速布置三維定數(shù)鋼筋。在選定的布筋面并偏移，按照鋼筋根數(shù)確定主要控制斷面處引導線的鋼筋間距確定步筋點，根據(jù)布置參數(shù)確定鋼筋的位置、長度、端部細節(jié)，生成三維鋼筋模型。本發(fā)明通過對工程結構幾何信息的拓撲關系驅動，實現(xiàn)快速、參數(shù)化布筋，減輕了鋼筋設計和統(tǒng)計的工作強度，提高了設計工作效率。本發(fā)明能夠適應各種截面變化的混凝土結構的三維鋼筋布置，能夠滿足混凝土結構鋼筋圖的布置要求，可以有效減少鋼筋浪費、節(jié)省工程投資。
[0048]本發(fā)明提供的用于多引導線的三維定數(shù)布筋方法，包括如下步驟:首先，選定布筋面，對所述布筋面進行偏移處理，偏移距離為混凝土保護層厚度。其次，選擇并提取偏移后的布筋面邊界