Achsgenerator. Anwendungen. Beschreibung des Verfahrens. Fachbereich Architektur und Bauingenieurwesen Studiengang Bauingenieurwesen

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1 Achsgenerator Mit dem Programmmodul Achsgenerator ist es möglich, automatisch aus einer Freihandlinie (Vorentwurfslinie) eine Achse zu bilden, die aus einer Folge der Trassierungselemente Gerade, Kreisbogen und Klothoide besteht. Außerdem kann ein beliebiger Linienzug in eine Vorentwurfslinie verwandelt werden, aus der dann eine Achse gebildet werden kann. Anwendungen Neukonstruktion Sie konstruieren die Vorentwurfslinie in einem vorhandenen Bestandsplan. Die Vorentwurfslinie ist dem Spline ähnlich und liefert eine Folge von Kreisbogenelementen, deren Krümmung kontinuierlich zu oder abnimmt. Aus dieser Kurve wird manuell oder automatisch eine Achse gebildet, die dann als Grundlage für die weitere Bearbeitung dienen kann. Mit den Optimierungsfunktionen können dann die Parameter wie z. B. Radien und Klothoidenparameter auf die gewünschten Werte gesetzt oder es können Zwangspunkte eingeführt werden, die bei der Achskonstruktion berücksichtigt werden müssen. Aufnahme vorhandener Achsen Bei der Vermessung eines bestehenden Straßenkörpers werden in regelmäßigen Abständen Punkte aufgenommen, die die Mitte der Trasse oder den linken und rechten Rand beschreiben. Diese Punkte werden zu Linienzügen verbunden und, falls die Mittelachse noch nicht vorliegt, wird diese aus den vorhandenen Daten gebildet. Dieser Linienzug wird dann mit Hilfe des Achsgenerators in eine Achse umgewandelt. Mit den Achsoptimierungsfunktionen kann diese Achse dann angepasst werden. Beim Umbau einer Straße wird die alte Achse oft nur benötigt, um ein Deckenbuch zu berechnen und um die Massen zu ermitteln. Gerade für diese Anwendungen ist der Achsgenerator ein optimales Werkzeug, da er ohne große Umwege eine plausible Folge von Trassierungselementen erzeugt. Beschreibung des Verfahrens Vorentwurfslinie Die Vorentwurfslinie ist eine Kurve, die über beliebige Hauptpunkte geführt wird. Die Hauptpunkte können während der Konstruktion der Vorentwurfslinie neu gesetzt werden oder es können vorhandene Punkte benutzt werden. Eine Vorentwurfslinie besteht aus einer Folge von Kreisbögen, deren Krümmung kontinuierlich zu oder abnimmt. Krümmungsbild Die Krümmung einer Kurve ist als Kehrwert des Radius definiert K=1/R. Wird die Krümmung in einem Diagramm eingetragen, erhält man das Krümmungsbild. Dabei wird die Krümmung entsprechend der Stationierung der Kurve nach oben abgetragen. Der Nullwert ist durch eine waagerechte Linie gekennzeichnet. Oberhalb der Linie ist die Krümmung positiv und unterhalb negativ. Eine Gerade hat die Krümmung Null und wird als Linie auf der Nullachse dargestellt. Ein Kreisbogen hat eine konstante Krümmung und wird demzufolge als Parallele zur Nullachse gezeichnet. Bei einer Klothoide nimmt die Krümmung stetig zu oder ab. Sie wird deshalb als Gerade mit einer bestimmten Steigung dargestellt. Unterlagen zur Vorlesung Straßenentwurf mit CAD II - Dipl.-Ing.(FH) Peter Winter Seite: 32

2 Die folgenden Zeichnungen zeigen eine Achse mit dazugehörigem Krümmungsbild. Achse im Grundriss Krümmungsbild Berechnung In der Krümmungsbilddarstellung wird das Krümmungsbild der Vorentwurfslinie gezeigt. Dieses Krümmungsbild dient als Grundlage für das Krümmungspolygon der Achse. Bei der automatischen Erstellung des Krümmungspolygons aus dem Krümmungsbild der Vorentwurfslinie wird eine Folge von Trassierungselementen ermittelt, die sich bestmöglich annähern. Dabei wird versucht die Flächen zwischen Krümmungsbild und dem automatisch ermittelten Krümmungspolygon zu minimieren. Beim Achsentwurf werden dann die Methoden der Achsoptimierung angewendet, um das Ergebnis möglichst gut an die Vorentwurfslinie anzupassen. Arbeitsschritte bei der Achskonstruktion Die Konstruktion einer Achse aus einer Vorentwurfslinie geschieht in folgender Reihenfolge: Im Grundriss wird eine Vorentwurfslinie konstruiert Die Vorentwurfslinie kann wie ein Spline über beliebige Hauptpunkte geführt werden oder es kann ein Linienzug in eine Vorentwurfslinie umgewandelt werden. Der Linienzug kann aus allen vorhandenen Elementen bestehen, das sind Geradenstücke, Kreisbögen, Klothoiden und Splines. Umschalten in die Krümmungsbilddarstellung In der Krümmungsbilddarstellung wird die Krümmung der Vorentwurfslinie dargestellt. Auf dieser Grundlage wird das Krümmungspolygon der Achse gebildet. Dies kann automatisch oder manuell geschehen. Außerdem kann das Krümmungspolygon mit unterschiedlichen Konstruktionsfunktionen bearbeitet werden, um z. B. Hauptpunkte zu löschen, einzufügen oder zu verschieben. Achse erzeugen Aus dem Krümmungspolygon wird eine Achse erzeugt, die dann im Grundriss dargestellt wird. Achse korrigieren Um die Achse zu korrigieren, wechseln Sie wieder in die Krümmungsbilddarstellung. Hier können Sie einzelne Hauptpunkte entfernen, einfügen oder verschieben. Mit dem geänderten Krümmungspolygon kann wieder eine Achse berechnet werden. Diese Schritte können solange wiederholt werden, bis die Achse Ihren Wünschen entspricht. Anschließend kann die Achse mit den Berechnungs und Optimierungsfunktionen weiter bearbeitet werden. Unterlagen zur Vorlesung Straßenentwurf mit CAD II - Dipl.-Ing.(FH) Peter Winter Seite: 33

3 Beispiel: Erzeugen einer Achse über den Achsgenerator. Es sind folgende Daten vorhanden: ACHSGEN.SDA Der Plan ACHSGEN.SDA enthält Punkte einer Geländeaufnahme, bei der eine Straße und ein Teil des umliegenden Geländes aufgemessen wurde. Die Punkte der Straßenachse sind bereits durch einen Linienzug verbunden. Aus diesem Linienzug soll mit den Trassierungselementen Gerade, Kreisbogen und Klothoide eine plausible Straßenachse entwickelt werden. Öffnen des Plans Laden Sie den Plan ACHSGEN.SDA in den Arbeitsspeicher. Wählen Sie dazu im Topmenü den Menüpunkt <Datei><Öffnen Plan><Plandaten> <Dateityp *.sda> an. Markieren Sie in der Box den Plan ACHSGEN. Mit <Öffnen> wird der Plan in den Arbeitsspeicher geladen und auf der Arbeitsfläche dargestellt. 1. Um die Übersichtlichkeit zu erhöhen, blenden Sie die Folie mit den Fahrbahnpunkten aus. <Ansicht>< Folie>< Bearbeiten><Folie BT-P-Topographie><Ausblenden> Der Linienzug soll nun in eine Vorentwurfslinie verwandelt werden. 2. Aktivieren Sie dazu den Menübefehl <Achsberechnung><Achsgenerator<<Linienzug > Vorentwurf> und klicken Sie den Linienzug an. Unterlagen zur Vorlesung Straßenentwurf mit CAD II - Dipl.-Ing.(FH) Peter Winter Seite: 34

4 Die Bildschirmdarstellung der Vorentwurfslinie sieht folgendermaßen aus: Aus dieser Vorentwurfslinie soll nun über das Krümmungsbild eine Achse, bestehend aus den Trassierungselementen Gerade, Kreisbogen und Klothoide, erzeugt werden. 3. Schalten Sie dazu in die Krümmungsbilddarstellung um. Aktivieren Sie im Toppmenü den Menübefehl <Fenster><Krümmungsbild > und klicken Sie die Vorentwurfslinie an. Das Krümmungsbild der Vorentwurfslinie sieht folgendermaßen aus: 4. Überprüfen Sie die Voreinstellungen unter <Krümmungspolygon><Optionen>. Das Kontrollkästchen <Krümmungsbild mit Klothoiden> soll aktiv sein und die Richtungstoleranz 3 gon betragen. 5. Mit der Funktion <Krümmungspolygon><Automatisch erzeugen> erzeugen Sie ein Krümmungspolygon, aus dem dann im Grundriss eine Straßenachse gebildet werden kann. Unterlagen zur Vorlesung Straßenentwurf mit CAD II - Dipl.-Ing.(FH) Peter Winter Seite: 35

5 Das Krümmungsbild sieht folgendermaßen aus: 6. Mit der Funktion <Fenster><Achsentwurf> im Toppmenü werden aus dem Krümmungsbild die Trassierungselemente einer Achse berechnet und im Grundriss dargestellt. Zuvor werden Sie noch nach der Rechenzeit und der Lagegenauigkeit gefragt. Mit der Lagegenauigkeit bestimmen Sie, wie genau sich die Achse an die Vorentwurfslinie anschmiegt. Geben Sie für die Lagegenauigkeit 0,05 m ein. Dann klicken Sie das Krümmungspolygon an und legen den Namen und die Anfangsstation der Achse fest. Die Achse wird im Grundriss dargestellt. Wie Sie sehen stimmt sie gut mit der Vorentwurfslinie überein. Unterlagen zur Vorlesung Straßenentwurf mit CAD II - Dipl.-Ing.(FH) Peter Winter Seite: 36

6 In einem weiteren Arbeitsschritt sollen im mittleren Bereich des Krümmungsbildes einige kurze Trassierungselemente und Krümmungswechsel beseitigt werden. 7. Mit <Fenster><Krümmungsbild> im Toppmenü wechseln Sie wieder in die Krümmungsbilddarstellung. 8. Nun entfernen Sie die mit einem Pfeil gekennzeichneten Hauptpunkte aus dem Krümmungspolygon. Benutzen Sie die Funktion <Hauptpunkt><Entfernen>. 9. Dann verschieben Sie mit der Funktion <Element>< verschieben> die rechte Klothoide nach Augenmaß im gekennzeichneten Bereich (Kreis) so wie in der nächsten Abbildung dargestellt. 10. Die Trassierungselement die an der Klothoide anschließen, sollen Kreisbögen sein. Ein Kreisbogen wird im Krümmungsbild als waagerechte Linie dargestellt. Um das Element in die Waagerechte zu kippen, wählen Sie den Menübefehl <Element><Horizontal> aus und klicken Sie das an die Klothoide anschließende linke Elemente an. 11. Aus diesem Krümmungspolygon können Sie wieder eine Achse berechnen lassen. Unterlagen zur Vorlesung Straßenentwurf mit CAD II - Dipl.-Ing.(FH) Peter Winter Seite: 37

7 Auch diese Achse stimmt gut mit der Vorentwurfslinie überein. Das Krümmungspolygon sieht nach der Berechnung folgendermaßen aus: Das Programm berechnet die Achse so, dass Sie bestmöglich mit der Vorentwurfslinie übereinstimmt. Die Werte für Radius und Klothoidenparameter nehmen dabei unrunde Werte an und stimmen nicht mit den Werten des ursprünglichen Krümmungspolygons überein. An den Krümmungswechseln (Nulllinie) werden immer ein Punkt oder zwei Punkte für eine Zwischengerade eingefügt. In weiteren Arbeitsschritten können Sie die Achse Schritt für Schritt verbessern, indem Sie im Krümmungsbild Hauptpunkte oder Elemente des Krümmungspolygon entfernen, einfügen oder verschieben. Mit den Achsoptimierungsfunktionen können Sie die Achse weiter optimieren und die gewünschten Werte für Radien und Klothoidenparameter vorgeben. Außerdem können Zwangspunkte eingefügt werden. Unterlagen zur Vorlesung Straßenentwurf mit CAD II - Dipl.-Ing.(FH) Peter Winter Seite: 38