王浩霖李晨陽董 勝

(中國海洋大學 工程學院,山東 青島266100)

基于Solid Works的海堤護面塊體結構圖修正

王浩霖,李晨陽,董 勝*

(中國海洋大學 工程學院,山東 青島266100)

海堤迎浪側坡面一般采用人工塊體防護,人工塊體的種類很多,形狀非常復雜,從而給塊體結構圖的繪制造成很大的困難。基于Solidworks繪圖原理,對《海堤工程設計規(guī)范》(GB/T 51015—2014)中提供的常用護面塊體進行了三維模型的重新構建。借助Solidworks,依據規(guī)范中提供的護面塊體的類型和尺寸,闡述了建立其結構的三維模型并導出工程圖的詳細過程。通過對比分析,修正了現行規(guī)范中常用護面塊體的工程圖在形狀繪制及尺寸標注方面存在的問題。此方法對精確繪制其他護面塊體的工程圖具有一定的指導意義,同時對海岸工程中其他結構工程圖的繪制具有一定的參考價值。

海堤;規(guī)范;護面塊體;工程圖;SolidWorks

海堤是為了防御海潮和風浪的侵襲、降低其帶來的危害,在河口、海岸地區(qū)修筑的一種專門用來擋水的建筑物。海堤按照其斷面的結構型式可以分為斜坡堤和陡墻堤,由兩者結合的混成堤在工程中也得到較為廣泛的應用[1]。斜坡堤以其結構簡單,波浪反射小,整體穩(wěn)定性高以及對地基適用情況較好等優(yōu)點在工程中得到廣泛應用。由于斜坡堤堤身一般用當地土料填筑,且受到較強的波浪、水流作用,因此需要在斜坡堤的迎浪面采用人工護面以保障堤身安全。在《海堤工程設計規(guī)范 》[2](GB/T 51015—2014,以下簡稱《規(guī)范》)中介紹了塊石、混凝土柵欄板及預制混凝土異型塊體等結構型式。董國華[3]通過分析福建省海堤安全狀況的統(tǒng)計數據及工程實例,論證了海堤護坡破壞的特征及原因,并提出了相應的工程措施;毛昶熙等[4]通過分析護坡塊體的局部穩(wěn)定性給出了塊體穩(wěn)定性計算公式,并經過試驗驗證和與常用公式的對比說明了公式的可靠性;張閩生[5]介紹了幾種常見的護坡型式以及異型塊體等新型護坡的應用;吳偉民[6]通過對實例的分析,闡述了在不同海況下海堤外護坡在設計方面需要注意的問題。

《規(guī)范》對海岸工程建設中海堤的設計具有重要的指導作用。但是在研究過程中,發(fā)現《規(guī)范》中提供的護面塊體的工程圖存在一些問題。因此,本文基于計算機輔助設計軟件Solid Works對《規(guī)范》中提供的柵欄板等護面結構進行了重新繪制,并在此基礎上繪制了螺母塊體[7]、Xbloc[8]及四棒體[9]等護面結構。

1 Solid Works繪圖簡介

隨著計算機技術的發(fā)展,各種制圖軟件得到了有效的推廣,為工程設計與施工提供了極大的便利。Solid Works是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng),具有功能強大、操作簡單和易學易用等特點。其作為專業(yè)的三維CAD建模軟件已經在工程領域得到了廣泛應用,諸如ANSYS,ABAQUS等有限元軟件,也為Solid Works提供了應用接口。朱金權[10]系統(tǒng)地介紹了Solid Works軟件的常用模塊,并描述了其在有限元分析中的應用;周基等[11]以隧道工程為例,利用Solid Works建立有限元仿真的復雜模型,并通過有限元軟件分析的結果證明了Solid Works應用于有限元仿真分析是可行的;王麗娜[12]以水工結構中的檢修閘門為例,詳細介紹了Solid Works軟件的特點及運用過程。因此,本文基于Solid Works軟件對《規(guī)范》中的護面塊體進行繪制和修改是可行的。

(李 燕 編輯)

Solid Works是第三代CAD建模軟件,包含3大基本功能：零件設計、裝配體設計和工程圖生成。其建模的一般過程為：繪制草圖—生成實體(—零件裝配)—導出工程圖。繪制草圖時首先需要選擇基準面,Solid Works中默認的基準面分別是前視(后視)、上視(下視)和右視(左視),有時對于一些結構較為復雜的模型的繪制還需要通過添加參考基準面來實現。然后通過對草圖進行拉伸、旋轉、切除等特征操作完成對象的三維實體建模。對于復雜的結構,需要將其分解為幾部分繪制,最后通過裝配獲得所需模型。

在工程設計與施工過程中,除了需要運用三維模型對結構進行直觀表達外,還需要工程圖即三視圖來表示結構的細部特征。除特殊聲明外,三視圖均指正、左、俯三視圖。本文以《規(guī)范》中提供的四腳空心方塊為例闡述利用Solid Works軟件構建三維模型并獲取工程圖的詳細過程。

2 三維模型的建立

三維建模的首要任務是獲取結構的形狀、尺寸等信息。利用《規(guī)范》中提供的四腳空心方塊的三視圖可以獲得其詳細的尺寸數據。由于《規(guī)范》中的尺寸多是以小數表示,為了繪圖方便,可以通過給定L的值來減少其小數位數,如L取100或1 000。在創(chuàng)建模型時適當的使用構造線及參考基準面可以快速準確地完成建模過程。另外,在使用Solid Works建立三維模型時應盡可能在一個單獨的零件中完成,而不是通過裝配得到。雖然兩者創(chuàng)建的三維模型在外觀上沒有絲毫差別,但是由裝配得到的實體往往容易產生冗余的線段,且塊體之間的相貫性得不到充分的表現,對工程圖的生成及處理帶來不便。

利用Solid Works構建四腳空心方塊的詳細過程如下：

步驟1：構建四腳空心方塊的中間部分。按照《規(guī)范》提供的其俯視圖,在上視基準面以原點為中心繪制多邊形及邊長為0.24L的正方形,然后通過“特征”中的“拉伸凸臺/基體”選項使該圖形在每個方向上各拉伸0.14L,得到如圖1a所示的空心多邊實體模型;

步驟2：創(chuàng)建四腳空心方塊的腳。在圖1a所示實體頂面的4個角處繪制邊長為0.28L的正方形,然后對這四個正方形拉伸0.2L;同理,對實體的底面進行同樣操作后,得到如圖1b所示的模型;

步驟3：選擇實體的某一側面創(chuàng)建參考基準面并建立草圖,在此平面實體的每個腳處繪制直角邊分別為0.04L×0.04L與0.2L×0.09L的三角形,然后通過“切除拉伸”對實體進行削角處理,得到如圖1c所示的模型;

步驟4：選擇與步驟3中所選側面垂直的一側面建立基準面,按照步驟3對實體進行切除拉伸,得到如圖1d所示的模型,即四腳空心方塊的最終實體模型。

圖1 四腳空心方塊三維建模圖解Fig.1 The 3D modeling diagram of the four-leg hollow square block

工程中結構的設計圖紙多以三視圖來表示,Solid Works可以通過“文件”菜單下的“從零件制作工程圖”導出所需的各種視圖。為了在AutoCAD中對視圖進行尺寸標注等后期處理,需要將文件另存為“.DWG”格式。四腳空心方塊的工程圖如圖2所示。

通過與《規(guī)范》提供的三視圖相比較,可以看出《規(guī)范》中主視圖的尺寸標注存在問題,尺寸a=0.208L,而不是《規(guī)范》中的0.212 5L,而且《規(guī)范》中未給出模型的左視圖。通過Solid Works對模型重建后,塊體的表達更為完整,說明此方法適用于護面塊體三維模型的構建及工程圖的展示。

圖2 四腳空心方塊工程圖Fig.2 The engineering drawing of the four-leg hollow square block

3 《規(guī)范》中護面結構的重新構建

《規(guī)范》中提供的護面結構主要包括柵欄板以及四腳空心方塊、扭工字塊和扭王字塊等異型塊體。根據《規(guī)范》提供的三視圖,由Solid Works重新建立的護面結構三維模型及工程圖如圖3～圖5所示。

1)柵欄板

《規(guī)范》中只提供了柵欄板的主視圖及側向剖面圖,工程圖的表示不夠完整;而且剖面圖中柵欄板的長度尺寸a0與細部尺寸a1～a4表示的框格數并不相對應。

圖3 柵欄板三維模型及工程圖Fig.3 The 3D model and engineering drawing of the fence plate

2)扭工字塊

《規(guī)范》中的視圖均把圓形或橢圓形畫成了多邊形;尺寸標注不準確,存在重復標注、漏標等問題;工程圖表示不夠完整,缺少俯視圖。

圖4 扭工字塊三維模型及工程圖Fig.4 The 3D model and engineering drawing of the dolosse

3)扭王字塊

《規(guī)范》中未繪出扭王字塊俯視圖的不可見輪廓線。

圖5 扭王字塊三維模型及工程圖Fig.5 The 3D model and engineering drawing of the accropode

4 其他護面結構三維模型的構建

《規(guī)范》中只提供了國內常用的幾種護面塊體,而實際上在工程中使用的護面結構有很多種。其中有不少新興異型結構在消浪效果、穩(wěn)定性及經濟性等方面的表現更為優(yōu)異。本節(jié)選取3種《規(guī)范》外的護面塊體(螺母塊體、Xbloc和四棒體),對其進行三維模型的構建,如圖6～圖8所示。

圖6 螺母塊體三維模型及工程圖Fig.6 The 3D model and engineering drawing of the nut block

圖7 Xbloc三維模型及工程圖Fig.7 The 3D model and engineering drawing of the Xbloc

圖8 四棒體三維模型及工程圖Fig.8 The 3D model and engineering drawing of the four rod body

5 結 語

通過對斜坡堤常用護坡塊體的深入研究,發(fā)現《海堤工程設計規(guī)范》(GB/T 51015-2014)在描述一些塊體的形狀或尺寸時存在一定的偏差?；赟olid Works軟件,我們對《規(guī)范》中的常用護面塊體進行了三維模型的重新構建,并以四腳空心方塊為例詳細闡述了Solid Works的建模過程,修正了形狀尺寸圖,并給出了三維立體圖,使其表達更為準確、完整。通過對螺母塊體、Xbloc及四棒體等護坡結構的繪制,說明了Solid Works軟件對于海岸工程中其他種類護面塊體的精確繪制具有一定的應用價值。

[1] XUE H C.Coastal and offshore engineering[M].Beijing：China Environmental Science Press,2003：161-169.薛鴻超.海岸及近海工程[M].北京：中國環(huán)境科學出版社,2003：161-169.

[2] The Ministry of Water Resources of the People's Republic of China.Code for design of sea dike project：GB/T 51015—2014[S].Beijing：China Planning Press,2014.中華人民共和國水利部.海堤工程設計規(guī)范：GB/T 51015—2014[S].北京：中國計劃出版社,2014.

[3] DONG G H.Damage situation and treatment measures of seawall revetment in Fujian[J].Water Resources and Hydropower Engineering,1992,23(10)：56-60.董國華.福建省海堤護坡破壞情況及處理措施[J].水利水電技術,1992,23(10)：56-60.

[4] MAO C X,DUAN X B,MAO P Y,et al.Analysis on stability of revetment block in sea dyke[J].Journal of Hydraulic Engineering,2000,31(8)：32-38.毛昶熙,段祥寶,毛佩郁,等.海堤護坡塊體的穩(wěn)定性分析[J].水利學報,2000,31(8)：32-38.

[5] ZHANG M S.The type and application of design of seawall revetment[C]∥Chinese Hydraulic Engineering Society.Chinese Hydraulic Engineering Society Reclamation Development Committee 2004 Academic Annual Conference Proceedings.Beijing：China Water&Power Press,2004：146-149.張閩生.海堤護坡設計的型式及應用[C]∥中國水利學會.中國水利學會圍涂開發(fā)專委會2004學術年會論文集.北京：中國水利水電出版社,2004：146-149.

[6] WU W M.Type selection and structure design of seawall revetment[J].Small Hydro Power,2013(2)：36-39.吳偉民.海堤外護坡的型式選擇與結構設計[J].小水電,2013(2)：36-39.

[7] SUN J S,ZAHNG J.Prospect of research into nut armour units[J].Coastal Engineering,1985,4(2)：109-119.孫精石,張吉.螺母塊體研究的展望[J].海岸工程,1985,4(2)：109-119.

[8] BAKKER P B,KLABBERS M,REEDIJK J S.Introduction of the Xbloc?breakwater armour unit[J].Terra et Aqua,2004(94)：3-11.

[9] YANG Y Z.Situation and development of special shaped concrete armor blocks[J].Port Engineering Technology,1996,33(2)：24-33.楊運澤.混凝土異形護面塊體的現狀及展望[J].港工技術,1996,33(2)：24-33.

[10] ZHU J Q.The application and research of Solid Works software in mechanical design[J].New Technology&New Process,2009(2)：41-44.朱金權.Solid Works軟件在機械設計中的應用與研究[J].新技術新工藝,2009(2)：41-44.

[11] ZHOU J,RUI Y Q,TAN Y.Finite element simulation analysis of engineering based on Solidworks modeling technology[J].Journal of China&Foreign Highway,2010,30(6)：187-189.周基,芮勇勤,譚勇.基于Solidworks建模技術的工程有限元仿真分析[J].中外公路,2010,30(6)：187-189.

[12] WANG L N.The application of Solid Works software in the hydraulic metal structure[J].Water Sciences and Engineering Technology,2015(3)：55-58.王麗娜.Solid Works軟件在水工金屬結構中的應用[J].水科學與工程技術,2015(3)：55-58.

Abstract：The wave-side slope surface of the sea dike is commonly protected by using artificial blocks.These blocks have various types and are very complex in shape,making the plotting of the structure diagram of the blocks difficult.In this paper,the armor blocks of the sea dike that are commonly used and have also been stipulated in the Code for Design of Sea Dike Project(GB/T 51015—2014)are reconstructed to a 3D model based on the Solid Works drawing principle.With the aid of Solid Works and on the basis of the type and size of the armor blocks introduced in the Code,the 3D model used for reconstructing the structure of the armor blocks is illustrated and the detailed process for deriving the engineering drawing is described.By comparing and analyzing,problems about the shape drawing and dimensioning occurring in the engineering drawing of the armor blocks commonly used and stipulated in the Code are corrected.This approach has some guiding significance for accurately plotting the engineering drawings of other armor blocks,and also has certain reference value for plotting engineering drawings of other structures of the coastal engineering.

Key words：sea dike;code;armor block;engineering drawing;Solid Works

Received：April 5,2017

Modification of Structural Drawing of the Armor Blocks of Sea Dike Based on SolidWorks

WANG Hao-lin,LI Chen-yang,DONG Sheng
(College of Engineering,Ocean University of China,Qingdao 266100,China)

P753

A

1002-3682(2017)03-0030-07

10.3969/j.issn.1002-3682.2017.03.004

2017-04-05

中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項——新型透空式海岸建筑物設計理論(201564003)

王浩霖(1992-),男,碩士研究生,主要從事海岸工程及其與海洋環(huán)境的相互作用方面研究.E-mail：wanghaolin1062@163.com

*通訊作者：董 勝(1968-),男,教授,博士,博士生導師,主要從事海洋環(huán)境及其與結構相互作用方面研究.E-mail：dongsh@ouc.edu.cn