对数螺旋线型双曲拱坝几何计算程序使用说明书

1、对数螺旋线型双曲拱坝几何计算程序使用说明书对数螺旋线型双曲拱坝计算机辅助设计几何计算程序采用QBASIC语言编制，在一般微机上运行，该程序可解决对数螺旋线型双曲拱坝平面拱圈、 各种横缝和孔口等的施工放样问题。一、坐标系及单位1 、三维直角坐标系的 Y 轴就是拱坝的“对称”中心轴线，并指向下游；X轴指向左岸；Z轴垂直向下；座标系原点设在坝顶（一般在顶拱拱冠上游点）。2、单位程序输入、输出所用单位，长度以 m计；角度以度计。二、描述体型的主要参数及其函数关系描述对数螺旋线型拱坝体型的主要几何参数有：1、 YcYc 是拱圈中心轴线在拱冠点处的 Y 座标值，或者说是拱冠梁中心轴线上 各点的 Y 座标。

2、2、 TcTc是拱冠梁各高程处的厚度3、Tal 及 TarTal及Tar分别是左、右两半拱拱圈的端部厚度。4、Rl 及 RrR及R分别是左、右两半拱拱圈轴线在拱冠处的曲率半径。5、B l 及 B r9 l及B r分别是左、右两半拱拱圈轴（对数螺旋线）线方程中的初始角。6、XDl 及 XDrXDl及Xor分别是左、右两半拱拱圈下游端点 X座标。一般地说，上述参数都是 Z座标的多项（n+1项）式： 在作施工放样座标计算时，上述全部参数的函数关系应尽知。这些参数的函数式，其次数往往是不同的，设其中最高的次数是 no次, 用户在使用程序时，应把坝顶高程 H0和no的数值，库存在程序的第21行， 前述各

3、参数函数式中的系数 A 都要按序紧接 n0 库存，中间不允许插入任何 别的内容，而且，Tc的系数A应从程序的第23行开始库存，每个参数的系 数都必须是 no+1 个，不能多也不能少，不足部分或未知者均须用若干个零按 位补足。三、主要计算公式如图1示，某高程左右水平拱圈中轴线各为某对数螺旋线的一段，其极 座标方程为：订ek相应参数方程为：Xc = P0 ek sin( + 日)一sin 日=Yc + P0cos B ek cos( +0)其中，k=tg B,po=RZ .1 k2 , R= Re式中：9 :对数螺旋线的初始角；po：初始极半径；:称为“似中心角”(拱中心角)；R o :拱轴线在拱

4、冠处的曲率半径；R :轴线上任一点的曲率半径；丫c：拱轴线在拱冠处的y坐标；9、均以左曲线为正，右曲线为负。拱圈厚度按下列公式变化T=T c+ ( Ta Tc) ( Sc/Sa)“式中，T :任一点处拱厚；Ta：拱端厚度；T c：拱冠梁厚度；S:拱轴线上一点至拱冠的弧长 S=R/k(e k-1)；Sa：拱端至拱冠的拱轴线弧长；a:拱圈厚度变化指数，一般取 2.04.0，本工程取4.0。 拱圈上、下游坝面曲线参数方程为：x =xc 二】sin_t2也y = yc 于一cos 申曲线上一点Q(Xq, Yq),其对应的曲率中心点是 00(XX YY，S和Sa以左半拱为正，右半拱为负。设拱圈上有一条“

5、平行”于坝面(包括坝面)的曲线 S,若平行于上游 面，它到上游面的径向距离为Lu；若平行于下游面，它到下游面的径向距离 为Ld,规定，Lu及Ld以在坝面内为正，反之为负。令：Ls=Lu 或 LdA=C (1+DD Tc/2-LsB=C DD Tc/2Lo=A-Bcos1-（当 Ls=Lu 时）系数：C=-1 l（当 Ls=Ld 时）则S的参数方程为X=Xq+L osin :Y=Yq-L 0cosS上一点（似中心角为0处）到拱冠“弧距” SA （左正右负）用下式计 算：J0”（P+Acos-Bcoscos）2 + B2cousin d cos当DD=C时，SA的计算变得甚为简单：SA=Sc+C（

6、 Tc/2-Ls）:拱冠到似中心角为0处的部分拱圈面积为：A=Tc（Sc DD（Sc 1 k2 （ek （kcossin Jk）四、拱坝横缝类型简介拱坝横缝一般有四类，下面逐类简单介绍。（一）一类曲面缝一类曲面系全径向横缝面。指定某层（控制高程）拱圈中心轴上的一点（Xq, Yq），该层拱轴的通过该点的径向线，将与缝段区间内任意高程拱圈轴 相交一点，通过交点的相应层的径向线在坝面内的线段就迭成一类曲面。（二）二类曲面缝二类曲面也是全径向横缝面，它是由通过驻点一一控制点（ Xp, Yp）的 区间内任意高程拱圈的径向线在坝面内的线段迭成。（三）垂直平面缝垂直平面缝通常形象地称为“一刀切”面，需指定其

7、走向线（面上水平线）上的一点一一控制点（Xp, Yp）和其走向角1。（四）过渡曲面缝过渡曲面缝段也是一个扭曲面。顾名思义，过渡曲面缝段一般作为一刀 切面缝段和二类（或一类）曲面缝段之间和一种过渡。扭曲面的水平素线走 向，在缝段连接一刀切面处就是垂直平面缝的走向，然后随高程的改变，素 线绕驻点（Xp, Yp）均匀地逐步改变其方向角，到连接径向缝面处达到相应 的径向。走向角系平面缝走向线或曲面水平素线与一 y轴的夹角，并规定以 上述线、轴交点（O, yW为顶点，一轴y为始边，顺时针转为正，反之为负。五、“ZLHGQJS.BA”程序的使用该程序的功能，简单地说，就是进行拱圈的计算。（一）准备工作1、

8、用程序前将第三节所述数据按位库存。2、将要作计算的Nh层拱圈的高程，连续地库存在程序的第 99行以前 （一般在11行到达20行之间）。层次的排列顺序一般可不限，但当要计算该体型的混凝土工程量时，则 必须从下往上逐层按序排列。（二）操作和输入数据1、启动程序启动程序直接按“ F5”键2、输入及其它操作必须输入的有如下数据：Nh次须计算的拱圈层数，储存在第行。HH本次须计算的拱圈的高程，储存在第行。Ls离上、下游坝面Ls米处“平行曲线”的座标须作计算。若并无“平 行曲线”要计算，Ls应以“ 0 “输入。对上、下游坝面和拱轴，程序自动计 算其内容。Os每隔Os度似中心角计算出一组成果。该值储存在第行

9、。（三）输出内容：机器对每层拱圈，先输出左半拱内容，再输出右半拱内容；先输出拱端 结果，再从Oo为间隔，输出各相应似中心角处的内容。输出内容都有标识符指明，有些标识符已在前面叙述（或附图）中提到, 下面只就某些标识作适当注解。（1）9-以弧度值计；（2）p O即 P O；（3）p即p;(4) F即:;(5) X即 Xq；(6) Y即 yq；(7) S 即 Sc；(8) “D”为脚标表示是下游坝面的内容。(9) 以“u”为脚标表示是上游坝面的内容。(10) 以“a”为脚标表示是距离下游坝面Ls的“平行曲线”的内容。(11) 以“b”为脚标表示是距离上游坝面Ls的“平行曲线”的内容。(12) A半

10、拱圈的水平面积(13) V从坝底到该层拱圈之间半坝体体积。(14) SS-全拱圈轴弧长。(15) AA-全拱圈水平面积。(16) VV-从坝底到该层拱圈之间全坝体体积。六、“ZLHHFJ BAS程序的使用该程序的功能是作横缝计算。同时也可以计算“平行”缝面处的内容。(一) 准备工作1、使用前要将第三节所述数据全部准确库存。2、 将要计算座标处的缝面高程逐个库存在程序第99行以前(一般存在 110行)，最后紧接着再库存一个结束信号“ 9999”。(二) 操作和输入1、启动程序启动程序用下列方法：RUN20002、输入及其它操作(1) 屏显“ L or R ? ”这是在问用户，是算左(L)半坝体还

11、是右(R )半坝体的缝。应正确地 分别键入“ L 或“ R ”。(2) 屏显“ SM-SBSM- B ”这是在问用户算(SM )还是不算(BSM )缝面上的内容，用户应根据自 己的需要按屏幕提示分别键入“ S ”或“ B ”。(3) 屏显 “ Y or E or C ? ”这是在问用户，是算一 (Yi)类曲面缝，还是二(Er)类曲面缝,还是垂 (Chui)直平面(或过渡曲面)缝？用户应根据将要计算的横缝的类型分别键 入“ Y ”或“ E ”或“ C ”。(4) 算一类缝则：(i) 输入H-该缝的控制高程(ii) 屏显“ S-S F-F Xd-X Ls-L”这是在问用户是知道了缝在控制高程处的轴

12、弧距Sc(S)、还是似中心角(F)，还是下游坝面点坐标Xd还是离坝面Ls处的“平行曲线”的弧距Sa(Ss)?用户可据实情选择并键入“ S ”或“ F ”或“ X ”或“L ”。并接着输入 相应的数据。对于“ L”功能，则首先还应输入系数 C( 1);见第三节有关 公式)。(5) 若算二类缝则输入驻点坐标Xp及丫3(6) 若算垂直平面(或过渡曲面)贝屏显“ H, AF- H AF , Xp, Yp-X”这是在问用户“平面”的已知条件是前者还是后者？ “前者”是已知平 面经过某高程(H)拱圈似中心角为(AF)的径向线；“后者”是已知平面 走向线的走向角(AF)及线上一点 控制点的座标Xp和Yp。用

13、户应按屏显提示分别键入“ H或“X”，并接着输入相应的已知条件。(7) 若采用“ INPUT”功能，则逐层输入相应的高程 H或“9999”。(8) 若采用“ AUTO功能则只能作一回，否则对每个高程或控制高程 都要作一回下列输入：n- “平行”缝面的情况数(02)。n 1n i = max(n u，n d)， ni=03;n u 是“平行”上游坝面的曲线数目，n d是“平行”下游坝面的曲线数目。LF(j)缝面的距离，输入n o次，缝左为正，缝右为负。Lu(j)输入n 1次Ld(j)输入n 1次(三) 输出内容：1、输出内容一般见到标识符自明，有几个指示符号含义解释如下：MZ缝面和拱轴交点。MS

14、缝面的上游点。MX缝面的下游点。ML缝面和“平行曲线”和交点。LFZ: “平行”缝面的直线与拱轴的交点。L1 :缝面上游点到控制点(一类曲面则是 E点见后述)的距离， 当控制点(或E点)在坝面上游则为正，反之为负L2： 缝面下游点到控制点（或E点）的距离，正负号规定同上。LL 面上、下游点间距离（径向缝即该处拱厚 T）。X E点的X座标值。yeE 点的 Y 座标值。2、关于E点如图2示，在水平面上，AB为一类曲面控制高程素线，Du则是该曲面 任一高程处的素线，Q点是AB与控制高程拱轴的交点。作 EQAB, EQ与Du 的交点就是E点。七、“ D”程序的使用“ D”程序的功能，是求斜平面（如牛腿

15、斜面）上点的座标；求斜面与 坝面交点（交线）的座标。以特殊的使用技巧，程序将具有更加广泛的用途， 这种技巧，用户又极易意会。（一）准备工作1、当用户是用程序计算“斜面”上某些“高程”点的座标，而且这些 “高程”不是逐个输入，而是由机器自动取用库存“高程”来计算，则用户 应事先将欲算“高程”的数值库存在程序的 99 行（一般在 1-10 行）以前， 且以“ 9999”作结束信号。2、当用户是计算斜面与坝面交点的座标，则应将第三节所述数据全部 准确库存。（二）操作和输入1、启动程序启动程序按“ F5”键2、输入及其它操作（1）首先必须输入斜面的参考平面走向线控制参数及斜面坡比；H 取参考平面走向线

16、的“高程”。Xo走向线与斜面交点的X座标。yo走向线与斜面交点的y座标。i 0坡比。当斜面沿向下游的趋向有逐步升高的趋势，则 i 0为正值， 反之为负值，其绝对值的定义见下图 3 示：Fo应的走向角。lo / ho3?。走向角及其正负号的定义同前述缝相所谓参考平面，是一个和斜面正交的铅垂面，通常也可称为轴部面，前 述坡比也是轴剖面内而言的。（2）屏显“ M or J ?”这是在请示用户，是算（M面上点的座标呢，还是求交点（J）座标？ 用户应分别键入“ M或“ J”给予明确的指示。（3）屏显“ u or D ”这个显示只在“ J”功能时出现，是机器在问：交点是在上（u）游面呢， 还是在下（D）游面？用户应分别键入“ u”或“D”。（4）屏显“ G G BG B程序不仅能计算轴剖面（b=0）上的内容，也可以计算距轴剖面为 b的、 与轴剖面平行的剖面上的点座标。“平行剖面”的轴面以左则b为正，以右则 b为负。出现上述显示并经用户处理后，就将要输入现时的 b值，以确定计算部 面位置进行计算。该显示是机器向用户，在将现时剖面内容计算出来后，是 将再总改变b（Gb）值另算一个剖面内容呢，还是不再（BG算别的剖面了？ 用户应按屏显的指示分别键入“ G或“ B”。（5）