基于BIM技術(shù)的懸臂澆筑連續(xù)梁0號(hào)塊優(yōu)化設(shè)計(jì)研究
——以浦梅鐵路九龍溪大橋?yàn)槔?/h1>

2018-07-20 00:50:22洪軍

建材與裝飾訂閱 2018年32期 收藏

關(guān)鍵詞：號(hào)塊支座間距

洪軍

（贛龍復(fù)線鐵路有限責(zé)任公司 福建龍巖 364000）

引言

近年來(lái)隨著中國(guó)鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，由于跨越道路、河谷、城鎮(zhèn)需求，特殊結(jié)構(gòu)橋梁比例不斷增加。取得輝煌成就的同時(shí)，在鐵路建設(shè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)混凝土懸臂連續(xù)梁0號(hào)塊施工過(guò)程中出現(xiàn)了較多問(wèn)題，特別在橋梁支座附近問(wèn)題更為嚴(yán)重，諸如漏筋、混凝土不密實(shí)、蜂窩麻面、底板內(nèi)空洞、混凝土松散離析及保護(hù)層大面積脫落等。

通過(guò)分析研究，造成懸臂連續(xù)梁0號(hào)塊施工質(zhì)量問(wèn)題的主要原因有：①鐵路連續(xù)梁0號(hào)塊結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大，施工質(zhì)量不好控制；②鐵路連續(xù)梁0號(hào)塊鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道較多，尤其是支座附近的鋼筋密集、間距小、互相干擾不利于施工；③施工過(guò)程中，施工人員經(jīng)驗(yàn)缺乏、沒(méi)有嚴(yán)格按照混凝土連續(xù)梁懸臂澆筑施工技術(shù)指南施工、鋼筋綁扎及振搗不到位。

基于以上背景，本文以新建浦（城）梅（州）鐵路九龍溪大橋（44+80+44）m連續(xù)梁施工為工程案例，運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)懸臂澆筑連續(xù)梁0號(hào)塊優(yōu)化設(shè)計(jì)展開(kāi)研究，以期研究成果對(duì)類(lèi)似工程的修建提供一定的借鑒。

1 依托工程概況

新建浦（城）梅（州）鐵路九龍溪大橋（44+80+44）m連續(xù)梁是為跨越九龍溪而設(shè)。連續(xù)梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁，梁體全長(zhǎng)169.4m，中跨中部18m梁段和邊跨端部13.7m梁段為等高梁段，梁高3.3m，中墩處梁高為6.0m，其余梁段梁底下緣按二次拋物變化箱梁頂板寬為7.0m，箱底寬4.0m。全橋頂板厚35cm；底板厚44～65cm，在梁高變化段范圍內(nèi)按拋物線變化，邊跨端塊處底板厚由44cm漸變至80cm；腹板厚35～70cm，按折線變化，邊跨端塊處腹板厚由35cm漸變至60cm。梁體在支座處設(shè)橫隔板，全聯(lián)共設(shè)4道橫隔板，橫隔板中部設(shè)有進(jìn)人孔。連續(xù)梁橫斷面及縱斷面圖如圖1～2所示。

2 基于模型的信息化管理（BIM）系統(tǒng)

2.1 CATIA軟件建模

本次建模采用法國(guó)達(dá)索公司的開(kāi)發(fā)CATIA軟件，本軟件采用先進(jìn)的混合建模技術(shù)，做到了真正的交互操作。建立的0號(hào)塊BIM模型包括混凝土、普通鋼筋、縱向及豎向預(yù)應(yīng)力、支座和防落梁預(yù)埋件等。

2.2 BIM3D模型管理器模型分析

模型建立完成后，采用自主二次開(kāi)發(fā)的BIM3D模型管理器軟件對(duì)0號(hào)塊模型進(jìn)行測(cè)量分析及碰撞檢查。找出有干擾的預(yù)應(yīng)力管道、普通鋼筋或梁體預(yù)埋件進(jìn)行有針對(duì)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2.3 BIM工程管理平臺(tái)系統(tǒng)

圖1 連續(xù)梁橫斷面（單位：cm）

圖2 連續(xù)梁縱斷面圖（單位：cm）

項(xiàng)目的進(jìn)行統(tǒng)一采用自主開(kāi)發(fā)的BIM工程管理平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)建模的過(guò)程進(jìn)行管理和運(yùn)作。該平臺(tái)可兼容Catia、Revit、Bentley等主流建模軟件模型，可在一個(gè)系統(tǒng)上跨行業(yè)管理鐵路、公路、地鐵、市政、水利、水電、建筑、機(jī)場(chǎng)等項(xiàng)目。

該軟件可以應(yīng)用在項(xiàng)目實(shí)施的各個(gè)階段：

（1）工程設(shè)計(jì)階段

設(shè)計(jì)師利用各種BIM設(shè)計(jì)軟件及平臺(tái)，建立設(shè)計(jì)BIM模型，快速發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)碰撞并提前解決。業(yè)主、咨詢(xún)方通過(guò)BIM設(shè)計(jì)管理平臺(tái)軟件在設(shè)計(jì)過(guò)程中參與、掌握、審核、管理BIM設(shè)計(jì)，得到優(yōu)化設(shè)計(jì)成果。

（2）工程實(shí)施階段

通過(guò)BIM工程管理平臺(tái)軟件將施工組織設(shè)計(jì)、工程參數(shù)、工藝、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、管理流程等附加給模型，形成用于管理施工的施工BIM模型。業(yè)主、監(jiān)理、咨詢(xún)、施工單位管理人員及現(xiàn)場(chǎng)操作人員都能夠輕松獲得工程結(jié)構(gòu)、尺寸數(shù)據(jù)、技術(shù)資料等，開(kāi)展管理和實(shí)施工作。實(shí)施過(guò)程中，有關(guān)進(jìn)度、質(zhì)量、安全等信息動(dòng)態(tài)賦予給BIM模型，最終形成具有完整施工過(guò)程信息的移交BIM模型。

（3）工程運(yùn)維階段

利用BIM工程運(yùn)維平臺(tái)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、維修管理。并繼續(xù)添加運(yùn)維信息，最終達(dá)到工程全生命周期BIM技術(shù)應(yīng)用。

3 九龍溪大橋80m連續(xù)梁0號(hào)塊BIM模型

九龍溪大橋80m連續(xù)梁0號(hào)塊BIM模型包括混凝土、普通鋼筋、縱向及豎向預(yù)應(yīng)力、支座和防落梁預(yù)埋件等。具體如圖3～4所示。

4 連續(xù)梁0號(hào)塊優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

4.1 優(yōu)化原則

（1）根據(jù)最新頒布的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)圖、中鐵二院集團(tuán)公司連續(xù)梁支座附近鋼筋優(yōu)化的會(huì)議紀(jì)要及0號(hào)塊BIM模型碰撞檢查成果對(duì)原有設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)性的優(yōu)化。

（2）連續(xù)梁0號(hào)塊優(yōu)化成果應(yīng)滿(mǎn)足連續(xù)梁本身受力分析的要求，且兼顧考慮現(xiàn)有的施工工藝、方便施工。

（3）連續(xù)梁0號(hào)塊的優(yōu)化主要考慮減少和避免普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋、梁體相關(guān)預(yù)埋件的干擾碰撞；優(yōu)化后鋼筋主要應(yīng)方便鋼筋安放、焊接及混凝土下料等方面的要求。

圖3 總體BIM模型

圖4 預(yù)應(yīng)力管道模型

4.2 優(yōu)化技術(shù)措施

（1）減少不必要的普通鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼筋的設(shè)置。

（2）增大鋼筋與鋼筋間及鋼筋網(wǎng)片間的距離。

（3）對(duì)于部分受計(jì)算控制的鋼筋，可增加鋼筋直徑，從而減少鋼筋根數(shù)的設(shè)置。

（4）優(yōu)化部分鋼筋的大樣形式，減少鋼筋之間的干擾打架。

4.3 詳細(xì)優(yōu)化技術(shù)方案

（1）連續(xù)梁橋面寬度優(yōu)化

根據(jù)新頒布的通橋（2016）2101，優(yōu)化連續(xù)梁橋面寬度，原設(shè)計(jì)連續(xù)梁橋面寬為7.0m，優(yōu)化后連續(xù)梁橋面寬與簡(jiǎn)支梁統(tǒng)一為6.6m。優(yōu)化后不僅節(jié)約了混凝土和鋼筋使用量，全橋也更統(tǒng)一美觀，且方便人行道欄桿及電纜槽的安裝和使用。

（2）豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋優(yōu)化

取消連續(xù)梁0號(hào)塊范圍內(nèi)的豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置，如圖5所示。

圖5 豎向預(yù)應(yīng)力優(yōu)化

（3）0號(hào)塊普通鋼筋的優(yōu)化

原設(shè)計(jì)中普通鋼筋間距均采用10cm，優(yōu)化后普通鋼筋水平及豎向間距均采用12.5cm。（受計(jì)算控制的鋼筋可適當(dāng)增加鋼筋的直徑）

（4）0號(hào)塊橫隔板處的鋼筋優(yōu)化

橫隔板水平向最外側(cè)鋼筋N35采用閉合箍筋，豎向間距和梁體表面鋼筋一直采用12.5cm（原設(shè)計(jì)為10cm）；橫隔板的橫向鋼筋N36采用由閉合鋼筋修改為單根聯(lián)系筋；人洞及人洞以上的鋼筋豎向間距由10cm調(diào)整為25cm，人洞以下的鋼筋豎向間距由10cm調(diào)整為12.5cm；橫隔板最外側(cè)的豎向鋼筋N29、N31、N33鋼筋大樣由閉合的箍筋調(diào)整為半閉合的箍筋；橫向間距和梁體表面鋼筋一直由原先的10cm調(diào)整為12.5cm；橫隔板內(nèi)部的豎向鋼筋N30、N32、N34鋼筋大樣由閉合箍筋修改為單根聯(lián)系筋；橫向間距由原先的10cm調(diào)整為25cm，縱向間距由原先的30cm調(diào)整為45cm。

（5）支座局部加強(qiáng)鋼筋優(yōu)化

支座局部加強(qiáng)鋼筋由原設(shè)計(jì)的4層鋼筋網(wǎng)片調(diào)整為3層鋼筋網(wǎng)片；鋼筋網(wǎng)片水平及豎向間距與箱梁表面鋼筋間距保持一直，由原設(shè)計(jì)的10cm調(diào)整為12.5；鋼筋直徑由原設(shè)計(jì)12mm調(diào)整為16mm；鋼筋網(wǎng)的橫向水平設(shè)置范圍由梁底橫向全截面加寬調(diào)整為按支座上板擴(kuò)散角范圍內(nèi)設(shè)置。

5 連續(xù)梁0號(hào)塊BIM模型碰撞檢查

5.1 碰撞檢查的原則

利用二次開(kāi)發(fā)的BIM3D管理器對(duì)0號(hào)塊3維模型進(jìn)行碰撞檢查，根據(jù)碰撞檢查結(jié)果調(diào)整優(yōu)化0號(hào)塊預(yù)應(yīng)力鋼筋及普通鋼筋的位置。調(diào)整原則如下：

（1）當(dāng)豎向預(yù)應(yīng)力與縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋沖突時(shí)，優(yōu)先調(diào)整豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋布置。

（2）當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼筋與普通鋼筋沖突時(shí)，優(yōu)先調(diào)整普通鋼筋布置。

（3）當(dāng)普通鋼筋與加強(qiáng)鋼筋沖突時(shí)，優(yōu)先調(diào)整加強(qiáng)鋼筋。

（4）當(dāng)支座預(yù)埋螺栓與普通鋼筋沖突時(shí)，需調(diào)整普通鋼筋布置。

（5）當(dāng)防落梁預(yù)埋件與普通鋼筋打架時(shí)，優(yōu)先調(diào)整普通鋼筋布置。

5.2 豎向及縱向預(yù)應(yīng)力碰撞檢查

經(jīng)BIM3D模型檢查豎向及縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋無(wú)沖突，如圖6所示。

圖6 堅(jiān)向及縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋無(wú)沖突

圖7 堅(jiān)向預(yù)應(yīng)力鋼筋與普通鋼筋輕微接觸

5.3 豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋與普通鋼筋碰撞檢查

經(jīng)BIM3D模型檢查豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋與普通鋼筋均為輕微接觸，沒(méi)有明顯的干擾現(xiàn)象，施工時(shí)適當(dāng)調(diào)整普通鋼筋位置即可，如圖7所示。

5.4 縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋與普通鋼筋碰撞檢查

經(jīng)BIM3D模型檢查縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋與普通鋼筋除個(gè)別鋼筋外，均為輕微干擾，施工時(shí)適當(dāng)調(diào)整普通鋼筋位置即可，如圖8所示。

5.5 支座預(yù)埋螺栓與普通鋼筋碰撞檢查

根據(jù)BIM模型支座預(yù)埋螺栓與普通鋼筋及加強(qiáng)鋼筋有干擾，梁體預(yù)埋螺栓處相應(yīng)取消一根普通鋼筋，如圖9所示。

圖8 縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋與5號(hào)普通鋼筋輕微接觸

圖9 支座預(yù)埋螺栓與普通鋼筋碰撞檢查

5.6 防落梁預(yù)埋件與普通鋼筋碰撞檢查

根據(jù)BIM模型防落梁預(yù)埋螺栓與普通鋼筋存在部分干擾，施工時(shí)可適當(dāng)移動(dòng)部分鋼筋即可，如圖10所示。

圖10 防落梁預(yù)埋件與普通鋼筋碰撞檢查

6 結(jié)束語(yǔ)

本論文以新建浦（城）梅（州）鐵路九龍溪大橋（44+80+44）m連續(xù)梁施工為工程案例，運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)懸臂澆筑連續(xù)梁0號(hào)塊優(yōu)化設(shè)計(jì)展開(kāi)研究。研究過(guò)程中，不僅優(yōu)化了0號(hào)塊的鋼筋設(shè)計(jì)，梁端塊及連續(xù)梁各節(jié)段的鋼筋也進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)優(yōu)化了連續(xù)梁的橋面布置設(shè)計(jì)，在能滿(mǎn)足連續(xù)梁施工質(zhì)量的同時(shí)，還節(jié)約了混凝土及鋼筋數(shù)量，以（44+80+44）m連續(xù)梁為例，全梁共節(jié)約鋼筋約45t，優(yōu)化效果顯著。

運(yùn)用BIM技術(shù)優(yōu)化、指導(dǎo)、完成大型橋梁的設(shè)計(jì)和施工，是工程項(xiàng)目建設(shè)的趨勢(shì)和發(fā)展方向，浦梅鐵路首次采用BIM技術(shù)優(yōu)化連續(xù)梁0號(hào)塊鋼筋設(shè)計(jì)工作，為今后類(lèi)似工程的修建提供了較好的參考價(jià)值。

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