曲线上构造物坐标的计算案例——江苏临海某桥梁墩台桩位坐标计算

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曲线上构造物坐标的计算案例——江苏临海某桥梁墩台桩位坐标计算

这个案例是网友7大约在两个星期前发给我的,我大致看过之后觉得也比较典型,在这里案例中,有之前我发过的两篇相关日志的一些影子——“某高速公路收费站的平面坐标计算”和“某高铁曲线桥简支梁墩布置放样”,但和这些案例又不完全一致。总之一句话,掌握了一些基本原理之后,剩下的就看如何灵活运用了。

设计资料

1.直曲表

2.桥梁布置图

(1)立面图

(2)横剖面图(3)平面布置图

3.桥位平面图

4.墩台桩位布置图及坐标

5.桥台局部尺寸

———————————————————————————————————————————一、关于“平分中矢”

先讲“平分中矢”,这个词,或者说这个做法,在之前我的日志“某高铁曲线桥简支梁墩布置放样”中就提及过,看来这是曲线桥上非常常见的一个做法,我们应该理解透彻,并且将相关的计算也搞熟练。

看下图,这个一个梁或桥面的实际形状,为便于预制和施工,一般都按直线梁来做,但对应的道路中线则是曲线,显然,梁中轴线与道路中线并不能重合,那直线的梁到底应该放在曲线上的哪个位置最为合理呢

我们在曲线上找到三条典型直线:

1.弦线,梁跨范围内的曲线弦线

2.曲线中点切线,对于圆曲线,这条线应与弦线平行,但相距一个矢距

3.平分中矢线,对于圆曲线,这条线同样与弦线、中点切线平行,位于两者之间,中分矢距。再来看梁体中线分别位于这三条直线上时,梁体与道路中线的相对位置:

这三种位置,孰优孰劣,一目了然。

很显然,这个平分中矢线,就是非常关键的构造物的控制线,有了这条控制线,确定构造物上其它特征点(比如角点、桩心)就简单了。

那么,又如何确定平分中矢线呢也不难:

1.平分中矢线的方位角,与特定范围(跨径)内的弦线方位角一致,也就是平行关系,而弦线的起、终点坐标,均在道路中线上,只要知道起终点桩号,其坐标就不难了;

2.平分中矢线上某特定点的坐标,一般来说,是对应于路线上某个桩号的点的坐标,这个就要视具体情况而定了,难度也不大。

最后,关于平分中矢,还需熟练计算的有:弦线长度、矢距、平分中矢距(这个简单,矢距的一半)。这些,都是有关圆的计算,应该都是些初、高中的简单几何知识,我就不多讲了。曾经有个网友问我这些个的具体计算,我要他自己查查高中的知识,他还不高兴呢,反问我:你就是这么教学生的所以请大家原谅,非常基础的知识恕我不阐述,各位要是忘了,自己找书看看。

二、本例的平分中矢的计算

本例的平分中矢计算,上图是关键。从图中的理解,弦线的起终点应该是0#台、3#台背墙处桩号。查桥梁立面图,背墙处就是桥梁全长扣除侧墙长度200后的两个桩号,计算得:起点K20+,终点K20+,弧线长:39.08m。

圆心角:

弦线长度:

看来,弦线长度和弧线长度相差相当小,二者在本例中数值上可等同对待。中矢距:

则平分中矢为……,且慢,我们悲惨地发现,这里计算的中矢距结果,4.66cm,与设计文件图中标注的,3.32cm,相差太大。之前我是否阐述错误或者计算过程错误,烦请各网友帮我检查……

今天太晚,改日继续……

三、错误分析

这里有两种可能:

一种是设计文件中的这个“平分中矢法示意图”参数有误,搞错了,正确的应该是我上面计算出的那些数据。

另一种情况就是,图中参数没错,我计算错了,准确地讲,我在确定弦线的起终点桩号时错了。我上述计算,弦线的起终点是依据“平分中矢法示意图”,按背墙线对应的桩号确定的,但是这个依据是不保险的,因为这个依据是图形,而不是标注的数据或者明确的文字说明,图中看上去很象,但是如果桩号往前或者往后一点呢,图形还是差不多的。

在一般情况下(但不排除特殊情况),第一种可能性是相当小的,设计文件中明确标注的数据是确定的、准确的,应该遵照施工,除非出现了数据参数前后矛盾的情况,比如说“直曲表”,按照前面的半径、转角计算出的曲线长度、切线长度、外距等参数应该是对应一致的,如果不一致,那就有问题了。在这个例子中,用于印证这个图参数是否准确,或者说我们所有计算的最终的印证点,就是那个桩位坐标表。

所以,这里暂时搁置可能性的分析,来进行进一步的验证,验证的思路就是:按两种参数(设计图的参数、我计算的参数)来进行桩位坐标的计算(作为验证,仅进行0#台的桩位坐标计算),根据与设计文件桩位坐标的比较,最终确定谁是对的。在这里,设计文件中的桩位坐标表应具有最高效力。

四、按设计图参数的0#台桩位坐标验证

依据设计文件的“平分中矢法示意图”参数中矢距3.32cm,应首先确定弦线的起终点桩号,进而确定弦线的起终点坐标。计算过程不表,参照前面的平分中矢距计算的相关公式,可算得对应弧长为33m,由于桥中桩号为K20+,则可得弦线起点桩号K20+,终点桩号K20+。

根据我的道路中边桩坐标计算EXCEL程序,计算得三个桩号的坐标和切线方位角:

下一步,在AUTOCAD中作图求解,具体详细作图技巧不表,只提一点,最后想在图中查询一系列坐标,可先将多段线依次将这些点连接起来,最后用LIST命令对该多段线查询端点坐标,非常方便。

下图绿色线条是圆弧线,青色线条是弦线,查询中矢高,显示是,方位角是桥中桩号切线的正交方位角,无误:

使用LIST查询命令获得0#台各桩中心坐标:

与设计文件中的0#台各桩位坐标比较如下:

可见,坐标差值比较大。是作图有误,还是设计文件的“平分中矢法示意图”参数有问题,暂且先放在这里不管。马上按我计算的中矢距4.66cm来进行验证。

五、按中矢距4.66cm的0#台桩位坐标验证

作图方法同上,具体不再详表,直接列与设计文件中的0#台各桩位坐标比较,如下:

差值除一例达到2mm外,其它均在1mm以内。

其它墩台桩位坐标作图计算结果如下(作图坐标,与测量坐标相反):

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