BIM技术在复杂钢箱拱桥的三维设计应用

1 桥梁项目基本情况

引桥1

3×20m单箱双室预应力连续箱梁，梁高1.4m，位于R=250平曲线上。

主桥

中承式箱型拱桥，主梁采用钢混组合结构，上为混凝土板，下为钢格子梁，梁高1.5m，主梁全长245m，采用2%纵坡。

引桥2

20m预应力简支箱梁，梁高1.4m。

图1  主梁横断面


图2  钢箱拱纵立面

2 传统软件的设计难度

原设计有较大变更

BIM建模过程中，由于业主对主桥是否建立人行道尚未确定，桥面宽度存在变更可能，传统软件在这种大变更的情况下，基本只能重新建模。

 

复杂的细部结构

每节段钢格子梁的隔板均非标准件，且隔板距离不尽相同，不能简单地通过复制粘贴实现。

图3  纵梁立面图

 

复杂曲线、曲面建模

钢箱拱由拱轴线是由一条幂函数构成，传统设计软件对这种复杂曲线通过多段线拟合，设计调整导致的数据核算较困难。

 

图4  主梁立面图

3 BIM解决方案

图5  梁宽为12m格子梁构件

           

自定义模板

参数化建模的高级运用。一般以参数和骨架作为输入，定义构件跟输入之间的几何逻辑关系，实现批量实例化的目的，极大提高建模效率。以格子梁为例，通过发布横隔板间距作为参数，隔板间距不同，可通过在模板实例化过程中，调整每个节段隔板的距离实现不同节段格子梁的批量建模。

图7  边纵梁隔板距离1.8m
 

图8  边纵梁隔板距离1.4m

 

曲面设计

钢箱拱是复杂空间曲面，传统二维设计难以表达清楚，采用CATIA进行三维设计可通过定义法则曲线得到拱轴线，再通过拱轴线形成曲面，再对曲面进行加厚，得到三维钢箱拱。

 

图9  定义法则曲线得到拱轴线

 

图10  钢箱拱模型

 

 

图11

图12

 

模型的有限元分析

有限元分析完成后，可查看整体模型的MISES应力云图及各板件应力云图（见图13—16）。由图5可知，整个模型的应力主要集中在与吊杆连接的圆孔处，除了该点处，其他板件都没有达到屈服强度（350MPa），整个结构的所有板件强度满足要求。

图13

图14

图15

 

4 CATIA建模成果展示

图17  拱座模型

 

图18  吊杆与吊杆横梁连接部位

图19  吊杆模型

 

图20  防护栏杆模型

 

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