韩洪举 张继金 周水星 贵州交通建设集团有限公司 贵州路桥集团有限公司 重庆交通大学土木工程学院
摘要：为了提高钢拱架的设计效率，在桁架钢拱架的结构设计中，首先计算包括建筑预拱在内的拱圈拱腹坐标，然后根据混凝土拱腹至拱架下弦中心的距离，计算钢拱下弦中心线的坐标和长度，并计算钢拱的标准节数和非标准节长度以此为基础的拱门。 然后，以标准截面下弦销的中心长度为半径，利用几何方法计算每个标准截面。 利用与钢拱架下弦中心线的交点求得各标准段销轴中心坐标以及AutoCAD中的插入点坐标和旋转角度。 该算法被编程在钢拱架设计程序中。 为了实现AutoCAD中钢拱架的自动化绘制，预先将拱脚段和标准段定义为块，并基于ActiveX Automation技术土木工程网免费下载6米跨宽钢结构二层楼图，利用VBA编程语言编写了钢拱架自动绘制程序。 通过对不同跨度和矢高的混凝土拱桥钢拱架的试设计，结果表明，利用两个开发的程序可以实现钢拱架的设计和绘图，为钢拱架的快速设计创造了条件。 本文的方法也可为其他类型钢拱架的设计提供参考。
关键词：桥梁工程； 自动绘图； 几何方法； 钢拱架； 混凝土拱桥； AutoCAD；
作者简介：韩洪举（1970—），男，贵州省遵义市人，本科，研究员，主要从事桥梁建设及工程管理研究。 电子邮件：。 *周水星（1967—），男，浙江省嘉兴市人，博士，教授，主要从事大跨桥梁设计理论与工程控制研究。 电子邮件：。 ;
基金资助:贵州省交通运输厅科技项目(2021-122-026); 重庆市教委科技攻关重点项目（KJZD-K201900705）；
混凝土拱桥是山区常用的桥梁结构类型。 当两侧地形受到限制时，可采用拱现浇法施工[1,2,3]。 工程中常见的钢拱架类型有：贝雷梁钢拱架、六四军梁钢拱架、立式钢拱架等[4,5,6]。 国内针对钢拱的线性形状以及拱与拱圈的综合影响的分析研究较多[4,5,6,7]，但对钢拱的自动化设计的研究相对较少。 尽管Auto CAD绘图在工程中已得到广泛应用，但由于缺乏专用程序，设计效率较低。 一旦需要修改，就必须重新计算拱坐标，重新绘制拱架，导致技术人员在拱绘制上花费大量时间。
目前，AutoCAD几乎向外界暴露了所有对象，包括直线、圆弧等图形实体对象，以及图层、块等组织结构对象，为AutoCAD的二次开发提供了广阔的空间[8]。 AutoCAD常见的二次开发工具有Auto LISP/Visual LISP、基于ActiveX Automation技术的VB/VBA、使用C++语言的Object ARX技术以及Microsoft等。 Net技术VB.Net和C#语言开发[9,10]。 利用ActiveX开放的各个对象和属性，用户可以在桥梁设计[10,11]、批量绘图[12]、地籍图自动修正[13]、建筑墙体命令开发[14]等方面按照自己的意图进行编程。在其他方面也得到了广泛的应用。
本文重点介绍一种新开发的桁架钢拱架。 根据钢拱架结构，采用几何方法计算出拱顶的标准节数、销轴中心坐标、水平倾斜角度和非标准节长度，作为钢拱架在AutoCAD中的图纸。 根据设计参数，基于ActiveX Automation技术的VBA编程语言编写了钢拱门自动绘制程序，实现了钢拱门的自动绘制。
1 钢拱结构
新开发的桁架钢拱架由拱脚节、标准节、拱顶节、调节杆（未图示）四部分组成，如图1所示。其中，标准节分为两种：6 m和 4 m。 它的外观与贝利梁相似土木工程网免费下载6米跨宽钢结构二层楼图，但上弦比下弦稍短。 下弦杆直接用销钉连接，上弦杆采用可调连杆，以适应不同矢跨比要求，但连杆也采用销钉连接。 这种拱结构不仅具有较强的刚度，而且能满足不同跨径、不同矢高的混凝土拱桥的拱环直线要求。
2 钢拱架坐标及标准节数计算 2.1 钢拱架设计基本要求
钢拱架设计时应遵循以下三点要求：
图1 钢拱标准断面下载原图
图1 钢拱定心标准节段
1）拱脚截面应能根据地形和拱形结构进行调整；
2）优先使用6 m标准段，其次是4 m标准段；
3）拱架上弦顶缘与拱圈拱腹的距离δ可调节，如图2所示，以适应拱圈的直线形状。
图2 拱架上弦顶边距拱环拱腹距离δ 下载原图
图2 拱定心上弦上缘与拱环拱腹距离δ
2.2 钢拱架下弦中心线坐标计算
一旦确定了钢拱结构的预拱度，就可以计算出包含施工预拱度的混凝土拱圈的拱腹坐标（xci，yci），如图3中的1、2、3.. ..
图 3 拱圆拱腹与拱架下弦中心线的坐标下载原图。
图3 拱环拱腹与拱定心下弦中心线坐标
坐标系原点建立在拱环的拱线上。 根据图2中拱腹与拱架的几何关系，按式（1）计算拱架下弦中心线的坐标（xsi，ysi）：
式中：d为拱环拱腹至拱架下弦中心的长度，如图4所示。对于本文中的桁架钢拱架，d=(2.25+0.25+ δ)m； φi 是相邻拱腹2 点处的水平倾角。
图4 拱架下弦中心线坐标计算 下载原图
图4 拱定心下弦中心线坐标计算
利用式（1）即可计算出钢拱下弦中心各节点坐标。 连接各节点坐标为钢拱下弦中心线，如图3所示。
2.3 标准拱段数的确定
工程中，钢拱架常对称布置，标准节段数只需根据半跨拱架下弦中心线的弧长确定。 扣除拱脚截面对应的弧长后，得到半跨拱的剩余弧长S。 根据钢拱设计基本要求2），首先估算6 m标准断面数量m6=[S/6]及相应的弧长，则剩余弧长ΔS=S-6×m6； 然后确定是否需要是4m标准断面或者直接是拱顶断面？ 对此，有以下几种可能：
1) 4.0 米3.0 米。 由于半跨超过3.0m，拱顶可配备6m标准节及两侧连杆；
4) 2.0米
