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BIM技术在复杂钢箱拱桥的三维设计应用

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箱形拱桥(box-ribbed arch bridge) 拱肋采用箱型截面,可用钢筋混凝土或钢建造的一种拱桥。钢筋混凝土箱形拱截面挖空率达50%~70%,与板拱相比大量减少圬工体积,减轻质量,节省上下部结构造价,但建造复杂。钢箱拱桥外形较简单,一般采用二片箱形拱肋。


箱形拱桥(box-ribbed arch bridge)

拱肋采用箱型截面,可用钢筋混凝土或钢建造的一种拱桥。钢筋混凝土箱形拱截面挖空率达50%~70%,与板拱相比大量减少圬工体积,减轻质量,节省上下部结构造价,但建造复杂。钢箱拱桥外形较简单,一般采用二片箱形拱肋。




今天小编带大家了解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

                  

图6  梁宽为14m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

图16


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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拱桥

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