[发明专利]通用拱坝体形表达方法

说明书

本发明提出一种通用拱坝体形表达方法，属于拱坝体形的通用表达方法领域。本发明解决了目前拱坝设计中不同曲线的表达式造成的编程复杂的问题，由于缺乏统一表达式，对不同曲线尤其是不同族的曲线进行描述的时候需要完全改变表达式，为高效程序化带来了阻碍，并且，目前的曲线表达方法受限于固定的曲线解析方程的问题，无法表达更加复杂的曲线形式。其技术方案要点为：采用一般化形式对不同拱坝坝型进行统一描述表达，并且采用有限个数的控制点，控制拱坝各个特征曲线的形态，只需要通过改变控制点的坐标，就可以实现对不同数学方程表达的曲线的拟合，以及拟合出无法用解析式表达的曲线。适用于拱坝体形的通用表达。

技术领域

本发明涉及拱坝体形表达方法技术，特别涉及通用拱坝体形表达方法的技术。

背景技术

拱坝是一种高次超静定的空间壳体结构，其体形对坝体受力状态起到至关重要的作用，因此体形设计是整个拱坝设计中最基础也是最重要的环节。拱坝的体形设计主要是指确定拱冠梁和水平拱圈的形状，目前的设计实践中，拱冠梁的形式有：圆弧或圆弧组合、二次曲线、三次曲线、直线或折线等；水平拱圈的形式有：多心圆、椭圆、抛物线、对数螺旋线等(周建平，党林才.《水工设计手册第5卷混凝土坝》第2版，北京：中国水利水电出版社，2011.8，第150-152页))。总体来说，拱坝体形设计中应用到的曲线包括但不仅限于：

(1)三次曲线，表达式为(笛卡尔坐标系)：

a₁x³+a₂x²y+a₃xy²+a₄y³+a₅x²+a₆xy+a₇y²+a₈x+a₉y+a₁₀＝0；

式中a₁～a₁₀为系数。

(2)对数螺线，表达式为(极坐标系)：

r＝ae^bθ

式中a，b为系数。

随着计算机信息技术的发展，传统水电行业采用计算机一体化设计升级的趋势愈发明显。而目前拱坝体形设计数字化所面临的问题是：

(1)理念上，采用解析的描述方式无法与计算机运行逻辑更好的匹配。因为离散化描述是计算机的基础，解析式在转化为数字信息时仍然不可避免的会被离散化,因此其表达效率实际较为低下。同时衍生出实际技术操作上的困难，即问题(2)。

(2)技术上，不同曲线的表达式存在不同程度的差异，由于缺乏统一表达式，对不同曲线尤其是不同族的曲线进行描述的时候需要完全改变表达式，为程序化带来了阻碍。因此目前存在一批各自独立的拱坝体形计算程序，使得设计工作更加纷繁复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种通用拱坝体形表达方法，解决目前不同曲线的表达式存在不同程度的差异，由于缺乏统一表达式，对不同曲线尤其是不同族的曲线进行描述的时候需要完全改变表达式，为程序化带来了阻碍，并且，目前的曲线表达方法受限于固定的曲线解析方程的问题。

本发明解决其技术问题，采用的技术方案是：通用拱坝体形表达方法，包括如下步骤：