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      淺談大跨度斜拉橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)

      2016-12-31 00:00:00高暑平
      科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年22期

      摘 要:大跨度斜拉橋是一種常見的橋梁結(jié)構(gòu)型式,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一直備受關(guān)注。建筑信息模型技術(shù)(以下簡稱BIM技術(shù))是建筑設(shè)計(jì)的科學(xué)方法之一,為滿足大跨度斜拉橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求,可以引用該技術(shù),不僅可以優(yōu)化設(shè)計(jì),更能減少錯(cuò)漏情況,提高設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。文章首先簡述了BIM技術(shù)和大跨度斜拉橋梁特點(diǎn),然后探討了BIM技術(shù)在大跨度斜拉橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,使BIM技術(shù)在大跨度斜拉橋梁設(shè)計(jì)中得以推廣。

      關(guān)鍵詞:大跨度斜拉橋;設(shè)計(jì)方法;BIM技術(shù);模型

      近年來,隨著交通道路建設(shè)的日益完善與道路通行需求的不斷加大,大跨度斜拉橋梁工程項(xiàng)目越來越多。斜拉橋是我國橋梁的一種常見型式,截至目前,我國建成或正在建設(shè)中的斜拉橋已有三十幾座,如上海長江大橋、南京長江大橋、武漢白沙洲長江大橋,都是我國著名的大跨度斜拉橋梁。大跨度斜拉橋跨徑比較大,對橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、抗震性、抗裂性要求較高,如何設(shè)計(jì)大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)并滿足設(shè)計(jì)要求,一直是行業(yè)探討的熱點(diǎn)問題。BIM技術(shù)作為一種設(shè)計(jì)方法,在大跨度斜拉橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用是可行、有效的,但是由于缺少相關(guān)的研究和工程經(jīng)驗(yàn),BIM技術(shù)在大跨度斜塔橋梁設(shè)計(jì)中并未實(shí)現(xiàn)廣泛的推廣應(yīng)用。

      1 BIM技術(shù)

      BIM技術(shù),是一種設(shè)計(jì)方法,也是一門工程智能管控技術(shù),其以工程項(xiàng)目的相關(guān)信息為基礎(chǔ)建立模型,利用數(shù)字信息模擬工程所具有的真實(shí)信息,可視化的展示設(shè)計(jì)成果。這一設(shè)計(jì)方法具有可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性、可出圖性特點(diǎn)。

      (1)可視化:BIM模型建立的整個(gè)過程都是可視的,能可視化的展示設(shè)計(jì)成果,使整個(gè)設(shè)計(jì)過程都在可視化狀態(tài)下。

      (2)模擬性:主要是模擬建筑工程三維模型,真實(shí)展現(xiàn)設(shè)計(jì)后的工程情況,為設(shè)計(jì)方法和施工方案的確定提供依據(jù)。

      (3)協(xié)調(diào)性:進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),各專業(yè)將相關(guān)信息輸入到BIM模型中去,對各專業(yè)的碰撞問題進(jìn)行協(xié)調(diào),并生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù),為設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)依據(jù),避免出現(xiàn)錯(cuò)漏情況。

      (4)優(yōu)化性:在優(yōu)化性基礎(chǔ)上,可以對工程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),確保設(shè)計(jì)方案科學(xué)合理。

      (5)可出圖性:BIM模型出示真實(shí)的設(shè)計(jì)圖,基于此各專業(yè)進(jìn)行碰撞檢查和設(shè)計(jì)修改,極大的降低了BIM設(shè)計(jì)圖的錯(cuò)誤率。

      2 大跨度斜拉橋梁特點(diǎn)

      斜拉橋組成主要包括主梁、斜拉索、塔柱等,是一種用若干高強(qiáng)的拉索將主梁斜拉在塔柱上,使主梁受到一個(gè)向上的彈性支承的反力,從而保持跨越性良好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的橋梁結(jié)構(gòu)型式。斜拉索的使用,可以很好的增強(qiáng)橋梁的跨越能力。斜拉橋具有良好的跨越性,且造型優(yōu)美、成本低、力學(xué)性能好,在大跨度橋梁中扮演著重要角色,目前已經(jīng)成為大跨度橋梁的主要橋梁型式。

      由于大跨度橋梁的跨徑一般較大,車橋共振效果明顯,為了確保使用安全,進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮抗震抗風(fēng)等問題。在設(shè)計(jì)前,可以通用的橋梁結(jié)構(gòu)建立空間桿系有限元程序模型,分析和計(jì)算結(jié)構(gòu)的動力特性,為橋梁設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。基于這樣的考量,大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要以橋梁的空間有限元模型為基礎(chǔ),分析主梁的截面型式、橋面系材料及墩柱的位置等各項(xiàng)參數(shù)對橋梁結(jié)構(gòu)動力特性的影響,并利用BIM技術(shù)建立主梁、索塔、墩柱、全橋的模型,進(jìn)行各專業(yè)碰撞和設(shè)計(jì),查漏補(bǔ)缺,優(yōu)化橋梁設(shè)計(jì),以滿足大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)需求。

      3 BIM技術(shù)在大跨度斜拉橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

      3.1 工程背景

      某大跨度斜拉橋梁,位于某河流上,橋跨布置:64m+68m×2+608m+68m×2+64m,選用半漂浮體系的橋型。橋跨設(shè)置為7個(gè),主跨是雙塔雙鎖型式,采用鋼箱梁,長608m,全長為1008m。邊跨處設(shè)置2個(gè)輔助墩、1個(gè)過渡臺。一側(cè)索塔高193.4m,一側(cè)索塔高202.3m。橋梁公路等級選為雙向6道高速公路,橋涵荷載設(shè)計(jì)為公路1級,道路行駛時(shí)速設(shè)定為80m/h。

      3.2 BIM模型建立

      從以往經(jīng)驗(yàn)和便于操作角度看,建模軟件選用最常用的Revit系列軟件。該軟件有基礎(chǔ)群的樣板文件,功能齊全、適用,便于輸入橋梁相關(guān)參數(shù)信息,建立基礎(chǔ)族庫,能滿足該大跨度斜拉橋梁工程的建模需求。下面從大跨度斜拉橋梁結(jié)構(gòu)組成入手,分別論述了橋梁基礎(chǔ)、主梁、索塔、墩柱、全橋的建模方式。

      (1)橋梁基礎(chǔ):從軟件系統(tǒng)中提取需要的基礎(chǔ)群樣板文件,將該大跨度斜拉橋梁基礎(chǔ)的所有信息輸入其中,具體包括各個(gè)墩臺基礎(chǔ)的尺寸、標(biāo)高、材料類型等參數(shù)。根據(jù)這些參數(shù)建立橋梁基礎(chǔ)的BIM模型,生成平面、立面視圖,利用可視化的設(shè)計(jì)圖檢查模型的形狀是否正確,是否需要修改。

      (2)主梁:該橋梁主梁為鋼箱梁結(jié)構(gòu),引橋部分采用鋼筋混凝土箱梁。在較高的穩(wěn)定性、抗震性、抗裂性要求下,主梁需要應(yīng)用較多的加勁肋,進(jìn)行BIM模型建立時(shí)要注意加勁肋的準(zhǔn)確位置。此外,還要注意截面縱坡的處理。

      (3)索塔:索塔的BIM模型具體分為下塔柱、上塔柱、鋼錨梁三種。在下塔柱模型建立上,由于該橋梁索塔設(shè)計(jì)比較復(fù)雜,索塔模型建立難度較大,下塔柱處于變截面結(jié)構(gòu)的主要部位,三個(gè)方面都是變化的,要想確保建立的模型符合實(shí)際情況,必須選好建模樣板。Revit軟件系統(tǒng)中自帶的樣板不能滿足需要,所以使用公制常規(guī)模型建立樣板進(jìn)行下塔柱模型建立。在上塔柱模型建立上,要注意塔尖處截面變化部位和橫梁地方;在鋼錨梁模型建立時(shí),要充分考慮斜拉索。斜拉索是大跨度斜拉橋梁的主要組成部分,橋梁的重力和活荷載都是通過斜拉索傳遞到塔柱上,必須確保其強(qiáng)度設(shè)計(jì)、布置形式設(shè)計(jì)合理。為此,建立鋼錨梁模型時(shí)要考慮斜拉索傳導(dǎo)過來的力。此外,斜拉橋梁一般都設(shè)有人孔,以便今后的使用維護(hù)。該橋梁的人孔設(shè)置在索塔頂部、塔柱與橫梁相交部位,利用Revit軟件建立人孔模型,為人孔設(shè)計(jì)和做法提供參考。

      (4)墩柱:該橋梁承臺上部墩柱部位為空心結(jié)構(gòu),在建立墩柱的BIM模型前,先利用Revit軟件建立一個(gè)墩柱的空心截面,利用拉伸功能使之達(dá)到墩柱構(gòu)件的實(shí)際高度,形成墩柱模型。同時(shí),對構(gòu)造細(xì)部進(jìn)行精細(xì)的處理,特別是邊角部位。

      (5)全橋:建立全橋的BIM模型時(shí),根據(jù)現(xiàn)場的地形、地質(zhì)條件等,將已經(jīng)建好的基礎(chǔ)模型、主梁模型、索塔模型、墩柱模型等輸入到Revit軟件系統(tǒng)中的相關(guān)樣板中,確保相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確無誤,之后便可生成完整的橋梁模型。

      3.3 可視化設(shè)計(jì)圖

      得到關(guān)于橋梁的全橋模型后,各專業(yè)基于這一可視化的設(shè)計(jì)圖進(jìn)行碰撞設(shè)計(jì),查漏補(bǔ)缺,并對設(shè)計(jì)圖進(jìn)行調(diào)整,以確保設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和合理性。這樣的設(shè)計(jì)方法,便于設(shè)計(jì)修改工作的進(jìn)行,不必一一修改,節(jié)省了時(shí)間,優(yōu)化了設(shè)計(jì)成果。之后,利用Revit軟件系統(tǒng)的導(dǎo)出功能將設(shè)計(jì)圖導(dǎo)出,格式為二維圖紙,供設(shè)計(jì)人員使用。

      4 結(jié)束語

      綜上所述,BIM技術(shù)在大跨度斜塔橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用具有一定優(yōu)勢,既能減少設(shè)計(jì)工作量,查漏補(bǔ)缺,還能滿足橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、抗震性、抗裂性要求,確保大跨度斜拉橋梁設(shè)計(jì)科學(xué)合理。所以,在大跨度橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以積極使用BIM技術(shù),借助BIM技術(shù)措施優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。當(dāng)然,除了BIM技術(shù),大跨度斜拉橋梁設(shè)計(jì)還有其他技術(shù)手段,可以積極的應(yīng)用研究以促進(jìn)大跨度斜拉橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)水平的不斷提高。

      參考文獻(xiàn)

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      [2]何晗欣.橋梁抗震與抗風(fēng)及其影響因素分析研究[D].長安大學(xué),2011.

      [3]史曉星.大跨度斜拉橋動力特性及地震響應(yīng)分析[D].大連海事大學(xué),2009.

      [4]孫海凌.超大跨徑斜拉橋的結(jié)構(gòu)體系及抗風(fēng)穩(wěn)定性研究[D].浙江工業(yè)大學(xué),2013.

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