用VB2008和Excel2007開發(fā)軟弱下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算程序

姜吉生，陳玉平 ，鄧昌州 ，王恩寶 ,丁繼雙

1. 黑龍江省904水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院, 黑龍江 哈爾濱 150027; 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局117勘探隊(duì), 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000;3.黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院,黑龍江 哈爾濱 150036

在巖土工程勘察報(bào)告的編制過程中，當(dāng)?shù)鼗芰Ψ秶鷥?nèi)存在軟弱下臥層時(shí),需要驗(yàn)算軟弱下臥層強(qiáng)度。以往工作中手工計(jì)算費(fèi)時(shí)費(fèi)力且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。使用程序進(jìn)行驗(yàn)算不僅可以避免上述問題，計(jì)算結(jié)果的保存、查閱也十分容易。因此自動(dòng)驗(yàn)算軟弱下臥層強(qiáng)度必將成為一種主流趨勢(shì)，也可以將工程技術(shù)人員從繁重的工作中解脫出來。微機(jī)和可視化編程語言的普及，使工程技術(shù)人員有機(jī)會(huì)、有能力成為程序的開發(fā)者。他們根據(jù)工作實(shí)際需要開發(fā)出適合本單位實(shí)際情況的計(jì)算軟件。

Visual Studio Team System 2008是微軟公司精心打造的企業(yè)級(jí)開發(fā)管理工具，目前還只是測(cè)試版。Visual Basic 2008是其中的一種語言，它是一種面向?qū)ο蟮目梢暬幊陶Z言，其開發(fā)環(huán)境優(yōu)越、使用方便、操作簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大。它通過ActiveX技術(shù)實(shí)現(xiàn)引用Excel2007，讀取存放在Excel2007單元格中原始數(shù)據(jù)。本文將介紹如何利用這兩種軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)驗(yàn)算軟弱下臥層。

1 計(jì)算程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

1.1 軟件功能設(shè)計(jì)

本程序功能為自動(dòng)完成軟弱臥層強(qiáng)度驗(yàn)算，通過調(diào)用Excel2007并打開包含已知參數(shù)的Excel文檔，獲取進(jìn)行計(jì)算的各類已知參數(shù)值。主要使用Visual Basic 2008中的if……then條件分支結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)類型、地層編號(hào)等參數(shù)進(jìn)行判別，選擇正確的計(jì)算公式得到驗(yàn)算所需未知參數(shù)。再根據(jù)驗(yàn)算公式進(jìn)行驗(yàn)算。因此要明確進(jìn)行軟弱下臥層驗(yàn)算的步驟，確定程序的流程。

1.1.1 計(jì)算地基壓力擴(kuò)散角θ

因黑龍江省地方標(biāo)準(zhǔn)DB23/902-2005[1]地基壓力擴(kuò)散角表（表5.2.5）中給出上層土與軟弱下臥土層的壓縮模量比值（ES1/ES2）=1時(shí)擴(kuò)散角度(僅供內(nèi)插用)，所以本文不考慮ES1/ES2＜3時(shí)的如何計(jì)算擴(kuò)散角。ES1/ES2≥3時(shí)，根據(jù)《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2002[2]中地基壓力擴(kuò)散角表（表5.2.7）進(jìn)行線性插值計(jì)算地基壓力擴(kuò)散角θ?？梢杂?jì)算擴(kuò)散角作為一個(gè)公共模塊供程序隨時(shí)調(diào)用，這樣不僅可以大幅減少編碼長(zhǎng)度、也便于程序調(diào)試。

1.1.2 計(jì)算基礎(chǔ)寬度

分矩形基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)兩種情況，基礎(chǔ)寬度的計(jì)算如下：

對(duì)于矩形基礎(chǔ) A=bL (m2)

對(duì)于條形基礎(chǔ) A=b (長(zhǎng)度方向取L=1m為計(jì)算單元),故條形基礎(chǔ)最小寬度。

式中：

fa-基底處地基承載力設(shè)計(jì)值；

N—上部結(jié)構(gòu)傳來的軸向力設(shè)計(jì)值；

rm—基礎(chǔ)及上覆土的加權(quán)平均重度kN/m3。

1.1.3 計(jì)算地基承載力設(shè)計(jì)值

式中：

faz-經(jīng)深寬修正的地基承載力設(shè)計(jì)值；

fak—地基承載力特征值；

b、d—基礎(chǔ)寬度和埋深；

r—基礎(chǔ)底面處土的重度kN/m3；

rm—基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度kN/m3；

ηb、ηd—基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)。

1.1.4 計(jì)算軟弱下臥層頂面處的附加壓力值PZ

分矩形基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)兩種情況，判斷基礎(chǔ)類型后，分別計(jì)算出Pk和Pc，然后計(jì)算Pz值。

PZ按條形基礎(chǔ)公式進(jìn)行計(jì)算：

PZ按獨(dú)立柱基礎(chǔ)公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：

b-矩形基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)底邊的寬度；

l-矩形基礎(chǔ)底邊的長(zhǎng)度；

PC-基礎(chǔ)底面處土的自重壓力值；

z-基礎(chǔ)底面至軟弱下臥層頂面的距離；

θ-地基壓力擴(kuò)散線與垂直線的夾角。

1.1.5 驗(yàn)算軟弱下臥層的強(qiáng)度

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2002中的計(jì)算公式Pz+Pcz≤faz進(jìn)行驗(yàn)算。

1.2 Visual Basic 2008 對(duì)Excel 2007對(duì)象的引用

ActiveX 在廣義上是指微軟公司的整個(gè)COM架構(gòu)，但是現(xiàn)在通常用來稱呼基于標(biāo)準(zhǔn)COM接口來實(shí)現(xiàn)對(duì)象連接與嵌入的ActiveX控件。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序之間相互溝通、相互控制。要實(shí)現(xiàn)對(duì)Excel2007的控制，就需要在Visual Basic 2008中引用Excel2007對(duì)象。點(diǎn)擊Visual Basic 2008項(xiàng)目菜單下的添加引用子菜單，彈出添加引用對(duì)話框，在COM標(biāo)簽頁(yè)中選擇Microsoft Excel 12.0 Object Libray項(xiàng)，確定即可添加該引用。進(jìn)行上述設(shè)置后，用Visual Basic編制的驗(yàn)算程序運(yùn)行后，即可調(diào)用Excel2007并可使用Excel軟件提供的各種庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)Excel2007的全面控制。

1.3 數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備

新建一個(gè)Excel文件，命名為rwcys.xlsx，與驗(yàn)算程序放在同一目錄內(nèi)，因?yàn)檫@是本程序設(shè)置的默認(rèn)路徑。在表格指定單元格內(nèi)輸入地層厚度、重度、壓縮模量、承載力特征值、基礎(chǔ)長(zhǎng)、寬及埋深、上部結(jié)構(gòu)傳來的軸向力設(shè)計(jì)值、基礎(chǔ)的深度及寬度修正系數(shù)以及基礎(chǔ)類型等數(shù)據(jù)，VB程序會(huì)根據(jù)單元索引將數(shù)據(jù)賦值給數(shù)組變量。

1.4 程序界面設(shè)計(jì)

在Visual Basic 2008中添加一個(gè)MDIParent1.vb窗體，從工具箱中的“菜單和工具欄”中選擇MenuStrip工具[3]，在窗體中添加菜單條。輸入插值計(jì)算、附加應(yīng)力系數(shù)、土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入等菜單項(xiàng)，軟弱層驗(yàn)算僅作為程序的一個(gè)功能。在窗體中添加RichTextBox1控件，供輸出驗(yàn)算說明書用。在狀態(tài)欄添加ToolStripStatusLabel控件，可以顯示系統(tǒng)時(shí)間。因Visual Basic開發(fā)語言可視化的特點(diǎn)，可以根據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)出界面美觀大方的程序界面。

1.5 編寫代碼

界面設(shè)計(jì)好后，對(duì)所繪制的控件添加代碼，本文僅對(duì)關(guān)鍵代碼進(jìn)行介紹。

1.5.1 編寫擴(kuò)散角插值計(jì)算模塊

首先定義一個(gè)插值函數(shù)，來線性內(nèi)插擴(kuò)散角。

其次定義一個(gè)數(shù)組，將地基壓力擴(kuò)散角值依次賦給數(shù)組的每一個(gè)變量。

最后編寫地基壓力擴(kuò)散角解線性插值程序。

利用if……then條件語句判別z/b比值隸屬區(qū)間，分為z/b＜0.25；0.25＜z/b＜0.50和z/b＞=0.50三種情況。后兩種情況時(shí)要判斷ES1/ES2比值隸屬區(qū)間，分為1≤ES1/ES2＜3;3≤ES1/ES2＜5;5≤ES1/ES2＜10和ES1/ES2＞10四種情況。每個(gè)區(qū)間調(diào)用上面的插值函數(shù)，根據(jù)不同區(qū)間賦上不同的實(shí)參，也就是供插值使用擴(kuò)散角數(shù)值。按設(shè)計(jì)要求，將該功能做為一個(gè)公共模塊，方便其它程序調(diào)用，程序代碼如下：

‘定義一個(gè)數(shù)組，將地基壓力擴(kuò)散角表中數(shù)值分別賦給數(shù)組每一個(gè)變量；

‘計(jì)算上層土與下臥軟弱土層的壓縮模量比值；

‘計(jì)算z/b的比值；

‘當(dāng)z/b＜0.25時(shí)

‘當(dāng)z/b＞=0.25 和z/b＜0.50時(shí)；

‘當(dāng)z/b＞=0.50時(shí)

1.5.2 為“軟弱層驗(yàn)算”菜單編寫代碼

雙擊“軟弱層驗(yàn)算”菜單項(xiàng)，在代碼窗口，編寫下述幾部份代碼。

（1） 打開rwcys.xlsx文件∶首先要調(diào)出Excel2007程序，并打開rwcys.xlsx文件，程序代碼如下。

（2） 聯(lián)接到rwcys.xlsx文件∶上面只是打開了rwcys.xlsx文件,還不能讀取地層數(shù)據(jù)，下面的程序代碼將與Excel程序建立聯(lián)接，將驗(yàn)算需要的已知參數(shù)讀到Visual Basic程序中，程序代碼如下。

（3）進(jìn)行驗(yàn)算∶首先判斷基礎(chǔ)形式，如果值為1時(shí)，說明為條形基礎(chǔ)；為其它值時(shí)，說明為矩形基礎(chǔ)。然后計(jì)算Pk值和Pc值。每種基礎(chǔ)形式按照相應(yīng)的公式計(jì)算，程序代碼如下：

‘如果是條基的話

‘調(diào)用地基壓力擴(kuò)散角模塊，計(jì)算擴(kuò)散角

‘計(jì)算Pz值

‘計(jì)算經(jīng)寬度、深度修正的承載力

（4）輸出驗(yàn)算說明書∶將已知參數(shù)和計(jì)算結(jié)果輸出到窗口，程序代碼如下：

‘判別是否滿足荷載要求

2 應(yīng)用實(shí)例

本程序編寫完成后，通過對(duì)我院近兩年有代表性的軟弱下臥層驗(yàn)算說明書進(jìn)行計(jì)算、調(diào)試，現(xiàn)在已經(jīng)能夠滿足工作需要，計(jì)算結(jié)果與人工計(jì)算結(jié)果一致，在新工程的驗(yàn)算過程中取得了良好的應(yīng)用效果?？s短了工作時(shí)間，提高了工作效率，為勘察報(bào)告及時(shí)提交給建設(shè)單位提供有力保證。

3 總結(jié)

（1）本程序可以實(shí)現(xiàn)軟弱下臥層強(qiáng)度自動(dòng)驗(yàn)算功能，縮短了工作時(shí)間，提高了工作效率，能夠滿足工作的實(shí)際需要，在工程實(shí)踐中取得良好的應(yīng)用效果。

（2）本程序運(yùn)用的是Visual Basic 2008開發(fā)程序的ActiveX技術(shù)，計(jì)算程序通過調(diào)用Excel2007來完成已知參數(shù)的賦值和使用。通過修改Excel2007表格的已知參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，完成不同的算例。

（3）因擴(kuò)散角數(shù)值采用黑龍江省地方規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，程序使用范圍受到限制，其功能上還可能進(jìn)一步調(diào)整，以適應(yīng)不同地區(qū)技術(shù)人員的需要。

[1] DB23/902-2005, 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB50007-2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].

[3] Michael Halvorson. VB2005從入門到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社,2006.