[发明专利]一种抛物线双曲拱坝拱圈编绘方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于水利水电工程技术领域，特别涉及一种抛物线双曲拱坝拱圈编绘方法。

背景技术

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。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明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；