BSAS大跨连续梁辅助建模程序设计

陈　艳

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉　430063)

BSAS是由西南交通大学开发的一款主要针对铁路桥梁设计的专用软件，目前在大的铁路设计院应用较为广泛，并得到了大量的工程验证。BSAS以它简单、快速、实用及在铁路设计中的优势和影响力，在各大铁路设计院发挥着重要作用。

BSAS的前处理完全采用文本数据输入方式，虽然在熟练掌握后具有修改方便的优点，但总的来说，数据输入容易出错，且出错后难以查找，截面输入较为繁琐，给设计工作者，尤其新手带来一定负担。

在铁路桥梁设计中，遇到较宽的河流、道路等障碍物时，采用连续梁跨越是一种常规且可靠的解决方式，但连续梁尤其大跨变高连续梁的设计需花费设计人员大量的精力与时间，而连续梁建模是第一道关键工序。

1　程序设计思路

1.1　BSAS大跨连续梁建模的难点

主要针对大跨变高连续梁，而根据施工方式的不同，分为支架现浇及悬臂浇筑。现浇施工变高连续梁的主要难点是截面参数输入、有效宽度计算及预应力钢束输入。对于悬浇施工的变高连续梁，因为悬浇节段比较多，施工阶段数据输入则更加繁琐。

在BSAS建模中，对于变高连续箱梁截面，必须把所有箱梁的不同类型截面按节线法或者转折点法输入，比较繁琐；建好模后，尺寸优化也必须一一调整，有效宽度的计算必须手算。以上这些建模的难点完全可以通过程序来解决，让设计师把时间和精力重点放在确定尺寸、调索等关键工序上来。

1.2　设计思路

(1)设计目标

采用最简单的参数输入，最直观的方式检查数据，最快捷的方式生成BSAS连续梁的数据文件。

(2)重点解决的问题

参数简单化：只需要输入跨径组合、梁高变化曲线类型及基本相关数据等就可自动形成纵向梁体基本数据。截面部分采用内外轮廓分开输入，内轮廓数据相对于支点是基本相同的，因此采用相对数据输入，且同类型只要输入一种；施工阶段数据也只要输入基本的信息，默认数据根据连续梁特性程序自动生成。

数据直观化：数据采用完全可视化操作，尤其梁部的几何图形可视化，包括三维线框图形、顶平面、底平面、立剖面及各点的箱梁截面，所见即所得，可以随时调整数据，不容易出错。

功能自动化：许多常规性的功能，比如施工阶段支撑模拟、根据规范温度应力输入、有效宽度计算、常规荷载组合等采用程序自动生成。

(3)程序三层架构

编程中三层结构是一种成熟、简单并得到广泛应用的程序架构，它将程序划分为表示层、业务逻辑层、数据访问层及实体类，其中实体类是业务对象的基础，它用面向对象的思想消除了关系数据与对象之间的差异。三层结构中表示层依赖业务逻辑层，业务逻辑层依赖数据层，而表示层、业务逻辑层及数据层均通过实体类实现数据存取(如图1所示)。

图1　程序三层架构示意

2　程序具体实现

采用Visualstudio.net2010作为编程环境，并选择VB作为编程语言。

2.1　连续梁参数输入模块准备

(1)梁体基本参数：包括跨径组成、梁高变化曲线等。

(2)梁体截面轮廓输入：包括外轮廓，内轮廓及横隔梁参数输入。

梁体截面轮廓输入中，为了实现最少的数据输入及增加修改的灵活性，采用外轮廓与内轮廓分开输入的方式，且内轮廓采用输入支承处相对横隔位置的相对数据，在横隔梁变化及跨度微调时不需要修改数据。

(3)施工参数输入：包括施工阶段的划分、时间、温度等。

(4)使用阶段荷载信息：列车活载及其他荷载输入。

2.2　主要界面

根据参数输入模块，对于梁体及截面准备如图2形式的界面，其中截面输入时程序同时提供了参数示意的图形窗口(如图3所示)，并能在图形窗口中根据表中输入项高亮显示对应参数。

图2　梁体及截面参数输入界面

图3　截面输入参数示意

2.3　梁体几何数据生成及界面显示

通过界面输入梁体基本参数、外轮廓、内轮廓及施工基本参数，程序中会根据基本参数进行几何计算，形成空间三维数据，同时实现上剖面、下剖面、立剖面及横截面数据，并通过图形窗口显示出来，方便用户检查数据的正确性。其中横截面可以通过拖动截面显示窗口上的滑块或者滑块旁边的窗口输入显示不同位置截面图形。三维梁体图形显示窗口可以通过方向键盘控制视角，实现全方位立体查看梁体内外轮廓(如图4、图5所示)。

图4　结构数据及图形生成

图5　梁体剖面

2.4　模块程序编制及文本数据生成

对于连续梁，BSAS文本数据输入主要包括材料信息、单元信息、节点信息、截面信息、支撑信息、预应力信息、施工信息及荷载信息。

当用户输入完梁体基本参数、施工基本信息后，程序根据已有的数据，自动生成BSAS文本数据中的节点、单元、材料、施工节段、支撑及基本预应力等数据。其中预应力部分主要针对悬浇连续梁节段信息，生成常规配束方式，用户需要后期调试中进行局部调整，但也节省了大量时间(如图6、图7所示)。

图6　预应力钢束生成及编辑界面

图7　BSAS文本数据生成

3　程序后期功能扩展

目前，本文程序实现了BSAS连续梁建模的基本功能，已经考虑了后期维护及扩展，因此采用了完全面向对象及三层架构模型，可以基本不改动主要模块。

后期功能扩展主要包括两个大的方向，一个是在生成BSAS模型数据的同时，可以选择生成其他通用桥梁设计软件的模型数据，达到建一个模型，实现快速建立几个通用桥梁程序模型的目的。另一个方面是实现更多的模型数据自动生成，比如横向截面分析模型，同时在界面上提供更多的细部数据生成的选择。

4　结束语

BSAS以它简单、快速、实用及在铁路设计中的优势和影响力，在各大铁路设计院发挥重要作用，但完全以文本数据作为输入，也难免存在上手难、易出错、难检查等方面的缺陷，本文针对BSAS大跨连续梁建模中存在一些不便捷处，介绍了基于VS.net2010环境下编制一款辅助建模程序的思路及具体实现，达到了预期的效果。在程序编制中采用了较为合理的三层架构模型，为程序的维护及扩展预留了条件。

本文实现的程序还有许多工作可以做，界面输入中的数据判断及自动提示、单箱多室截面的支持、其他桥梁通用软件数据文件生成等，同时也需要更多工程验证，通过进一步的改进，相信能在桥梁设计中得到更广泛应用。

[1]Philip J.Schneider David H.Eberly.计算机图形学几何工具算法详解[M].周长发，译. 北京: 电子工业出版社，2005

[2]Francesco Balena. Visual Basic 2005技术内幕[M].贾洪峰，译.北京:清华大学出版社，2006

[3]徐岳，王亚君，万振江.预应力混凝土连续梁桥设计[M].北京：人民交通出版社，2004