BIM技术在钢管混凝土系杆拱桥中的应用

GXF360 2019-09-19

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1 概述

某大桥为系杆拱结构，主桥结构形式为下承式钢管混凝土拱桥，跨度128 m，矢高25.6 m，矢跨比为f/L=1/5，两侧中心距9.8 m，共设5道风撑。全桥吊杆布置采用尼尔森体系，共设56根单吊杆（见图1）。

图1 某大桥整体结构

主桥拱肋采用哑铃型截面（见图2），截面高度h=3.4 m，由上、下弦杆及腹腔3部分组成，弦杆采用φ1 200×18 mm钢管，钢管内部设加劲环，腹板采用δ=16 mm钢板，间距960 mm，腹板沿拱肋轴线间距400 mm设1对拉杆。

2 施工难度

2.1 结构形式复杂

主拱为悬链线线形，上、下弦采用以折代曲的组拼工艺[1]，每个拱肋节段线形均不相同，导致钢管接口角度种类多、加工过程复杂，精度控制难度较大。

②输水建筑物。a.放水涵管（隧洞）结构完整，保持放水畅通。启闭机房结构安全，室内整洁。b.定期对闸门及启闭设备进行保养维护，运行正常。c.溢洪道通畅，无人为设障和冲刷坝脚现象。

2.2 构件组拼精度要求高

本桥吊杆依次穿过下弦、腹腔、上弦后在上弦杆顶面通过锚箱固定，各吊杆倾角均不同，控制精度要求高。吊杆锚固处受集中力较大，锚固点需远离主管焊缝，防止出现应力集中造成焊缝破坏。主拱上、下弦及腹板单元采用折代曲加工后，在组拼胎架上完成节段拼装。制造工艺要求主拱相邻对接段纵向焊缝需错开500 mm以上，主管对接焊缝不能与风撑位置交叉，拼装过程中需对主对接缝及主管纵缝进行调整。

图2 拱肋结构图

2.3 现场施工难度大

由于该桥系梁拱部结构形式复杂，系梁、承重支架、拱肋、风撑等构件空间位置相互交错，作业空间狭小，施工过程易发生碰撞，施工难度大，拱脚及定位钢骨架需预埋在混凝土系梁内，与系梁内部预应力波纹管存在碰撞；系梁上搭设主拱承重支架，汽车吊在梁面完成主拱吊装，施工机械与结构易发生碰撞；主拱节段吊装时需提前计算调整构件提升角度使之与拼装位置对应[2]，保证构件顺利对接。

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就其内部特征,学者们给出如下定义:在法律行业、法律语境或语体中使用[1,3];表达相对单一的法律概念[5]8;指称法律领域特有或相关事物的现象和本质[2]86-90;具有或表达法律意义[6]。

3 BIM技术在项目中的应用

3.1 加工详图深化

（1）建立全桥三维模型（见图3）。通过模型碰撞检查，提前发现原设计中存在结构冲突的位置，经过与设计方沟通，优化设计形式，避免施工阶段返工。

（2）建立主拱结构的精确模型。在BIM模型中以吊杆锚固点为中心进行主管节段分段[3]，将主拱分段点取在锚固点两侧（见图4），确保焊缝位置与锚固端不在同一位置，同时对拱肋分段重新进行优化调整为7段。

（3）主拱悬链线线形需要通过拱肋分段接口不同角度实现[4]，若拱肋节段按照垂直悬链线的斜断口加工，则每根钢管端部均要切角，致使零件种类多，加工制造和现场焊接控制难度较大。通过BIM模型精确建模，采用斜断口与直断口交替对接方式[5]。该方式可以将直断口节段设计成标准节形式，减少一半零件种类，降低加工制造难度，提高成品质量。通过转动直口节段使相邻两节段的纵缝错开500 mm以上（见图5）。

（4）通过BIM模型发现拱脚及定位钢骨架与系梁预应力钢筋束之间存在碰撞。模型确定拱脚与预应力波纹管相对空间位置（见图6），并对定位钢骨架提前优化设计[6]。提前在拱脚钢管上精确开孔，避免现场施工时对拱脚及定位钢骨架二次切割，提高施工质量和安装效率。

图3 某大桥整体三维模型

图4 锚固点位置主管分段

图5 主管直斜管分段

3.2 工厂组拼工艺优化

（1）钢结构拱肋在工厂分段制造完成后，按照“四段一组”的工艺在胎架上匹配组拼。利用BIM技术提前模拟构件在工厂的组拼顺序，优化焊接工艺。基于可视化的BIM模型下发三维技术交底[7]（见图7），提高加工效率，减少人为错误率。

（2）模型对拱肋组拼胎架优化设计（见图8），保证构件制造精度。

3.3 承重支架深化设计

（1）根据拱肋分段，在拱肋分段点处布设支架立柱[8]，全桥共布置6组支架（见图9）。为便于承重支架循环利用和现场安装，创新性的采用装配式承重支架，通过BIM模型直观的展示装配式支架连接形式[9]（见图10）。结合有限元分析结果，优化临时结构设计方案。

（2）模型对承重支架立柱顶端作业平台进行深化设计。作业平台由踏板、围栏、挂篮等组成。通过BIM建模，优化平台柱顶平台空间布置，确定平台及附属结构设计形式（见图11）。

（3）模拟拱肋现场吊装工况，分析吊车与主结构和承重支架之间的相对位置，确定汽车吊站位以满足吊装要求，避免汽车吊作业时大臂与钢管支架及连接支撑之间的碰撞（见图12）。

近年来，祁县一直坚持把民生摆在突出重要的位置，着力抓好项目建设和民生改善两件大事。道路改造、湿地公园建设等八大惠民工程，涵盖教育、医疗、交通、住房、饮水等方面内容的十二件实事，让民生走在幸福的春天里。新的历史时期，我们应在珍惜今天幸福生活，学会感恩，感恩历史，感恩先烈的同时，自觉以实际行动传承伟大的井冈山精神，始终坚守全心全意为人民服务的宗旨信念不动摇。大政方针要坚持一切为了群众，一切依靠群众，从群众中来，到群众中去，着力保障和改善民生；党员干部要立足本职岗位，以群众需求为第一信号，忠实履行党和人民赋予的职责，积极投身美丽文明祁县建设，为祖国的建设添砖加瓦。

（4）模型可直接查询构件的重心位置及质量，模拟构件的起吊工况，精确匹配两侧钢丝绳长度，保证提升角度与拼装位置对应[10-11]（见图13）。

其中Γ是场效应增强系数，F是场强，.ni 是本征载流子浓度。τn和τp分别是电子和空穴的寿命， Ei和ET分别是本征费米能级和复合中心能级。k是玻尔兹曼常数，T是绝对温度，ћ是狄拉克常数，q是单位电子的电荷，mt*是电子的有效隧穿质量。