BIM技术在桥梁维修加固设计中的应用

2020-01-08

智能城市 2019年24期

（安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽合肥 230088）

我们国家城市化建设步伐越来越快，经济的增长快速带动了很多产业的发展，像桥梁公路等路政基础工程建设都随之发展壮大起来。基础设施的建设是关乎国民经济发展和人民实际生活所需的头等大事，所以质量问题就成为基础设施建设的重中之重，不能有任何马虎，稍有偏差就有可能造成国家和人民财产的损失和生命安全受到威胁，因此在施工过程中要避免出现任何安全隐患，确保基础设施绝对安全。BIM技术是目前在维修加固桥梁中所运用的核心功能，BIM技术主要应用在建筑工程模型化当中，BIM技术能够巧妙地将各类建筑施工数据进行收集，通过合理的整合分析，建立起相对应的电子模型。BIM技术是目前比较先进技术，不仅是一种有效的技术，也具有一定的科学性，通过收集建筑工程信息，从而有效地将建筑工程质量进行提升。桥梁工程在工程建设领域中的地位非常重要而且应用非常的广泛，特别是在山区中建设的铁路和公路桥梁，由于BIM技术应用在数量众多的桥梁工程中，这对于维修加固桥梁工程具有十分积极重要的作用。

1 BIM技术的应用

BIM技术在设计期间，不管是前期、后期，均有着十分广泛的应用，在进行设计的前期主要包含了可研报告、立项、比选方案等相关内容，建模工具利用Revit等进行参数化，将三维桥梁模型构建出来，直观展示出具体工程效果，从而充分体现出设计的直观性，也为调整方案和后面的比选提供了很多便利，从而使设计质量得到保证。建模完成后，通过三维软件的配合可真实地将具体建设场景反映出来，还可以根据具体的需求生成相应的三维漫游动画，从而使设计方案更加直观生动，使得实际施工的效果更好。由于BIM模型需要详细地进行设立，提供良好的检查、设计等内容的支撑。桥梁内部结构的空间关系非常复杂，需要在不同图纸上展示出不同的构件，这样就会导致出现遗漏，不仅影响到项目的沟通协调，也会影响设计质量，各种问题极易出现在施工中，如图纸有误就会导致传递的信息出现丢失、难以显示结构复杂部位等，从而对桥梁正常施工造成一定的影响。通过BIM技术的应用可以三维实体形式展示桥梁的构件，可以将项目设计信息保存在模型中，并提交至施工单位，还能够把施工单位以及养护信息加入模型中，为项目完工的检查及投入使用后的问题分析提供数据支持。

2 实例分析

文章所研究的是一座架设在某高速公路上，1996年开始投入使用的简支T梁桥，自2006年时，由于社会发展的需要将人行道拓宽3.5 m，加宽设计过一次。这条高速公路最初的设计为2车道，设计公路为二级荷载等级。这条公路因升级技术，现需要提为城市当中-A级的主干路，车道增加至3个。

2.1 桥梁现况

桥梁目前预制钢筋混凝土采用的是5跨15 m简支T梁，具有0.86 m的梁高，10 m的桥宽，桥梁第一次加宽设计是在运营10年后，经过加宽后桥梁达到13.3 m的宽度，行车道宽达到了11.3 m，栏杆和人行道设在左侧1.1 m处，右侧设在1.4 m处。桥梁下部的桥台部分原本采用的是钢混结构、柱式桥墩。混凝土桥面上铺设沥青，两侧的人行道均铺设步道砖并设置了钢结构的栏杆，在两桥台处分别设有伸缩缝。

2.2 检测原桥情况

桥梁的现状通过检测技术公司全面进行检测后，在桥面、主梁、盖梁等处均发现若干条的裂缝，其中部分桥梁支座有脱空的现象。根据桥梁养护相关的评估标准，评价等级为B级。在加载工况下通过实测各测点可以看出，挠度均不超过理论值，挠度校验系数的实测范围在0.25～0.92内；梁体残余应变小于规范20%规定值；实测的跨中截面在0.34～0.84应变校验系数范围内。梁体上面的残余应变比规定值小20%。主梁抗弯能力不符合标准要求，其截面的抗弯效应超过了抗力效应的104%。总之，该桥梁的承载能力达不到设计荷载等级的标准。

3 加固设计桥梁

3.1 加固上部结构的设计

根据检测报告内容，采用BIM技术进行计算上部结构分析得出。工况一：主梁5片，84 cm的梁高。工况二：按原桥拆除5片主梁，在桥面上植筋，浇筑15 cm厚的混凝土，梁高在施工完成后由原本的85 cm加大为100 cm，然后再将沥青铺装到10 cm的桥梁上。工况三：在T梁上增加主梁一片，在桥面上植筋时需要浇筑15 cm的混凝土，梁高在施工结束后由原本的85 cm加大为100 cm，然后再铺10 cm的沥青在桥梁表面上。

同时在原桥上重新施加三车道模式展开计算，汽车荷载状态按城-A级计算，按照工况一至工况三不同状态分别建模实施计算：抗弯承载性能在工况一状态下不满足设计要求，其中梁抗弯性能为设计值的98%，边梁为设计要求的79%。工况二状态下中梁抗弯承载性能可以满足设计要求，为设计值的112%，而边梁则仅为设计值的90%，仍然没有满足设计要求。在极限状态下，中梁裂缝达到了0.27 mm＞0.3 mm，不能达到规范要求。工况三：中梁的抗弯承载能力达到了设计要求，边梁没有达到设计要求，其中中梁的抗弯承载达到了122%的设计值，边梁仅达到99%的设计值。在极限状态下，中梁裂缝不能达到规范要求，边梁抗变承载能力如表 1所示。按照原桥混凝土T梁对三种工况进行考虑，在梁距不改变加固的条件下不能达到对于桥梁承载能力的标准，将梁距改为6片进行加固，边梁的抗弯承载能力还是达不到相关的设计要求，在理论上提高抗弯承载能力虽然可以采取增加底面钢筋来实现，但桥梁出现的裂缝超过了标准。结合检测报告，不推荐利用原主梁。需要对旧桥上部普通钢筋T梁进行拆除，然后进行更换新梁。工况一、二、三模型图如图1所示。

图1 工况一、二、三模型图

3.2 下部加固

3.2.1 盖梁加固

桥梁所用普通钢混T型墩，经分析并对下部结构进行建模计算可知，原盖梁结构在极限状态下，其承载能力根本不能满足抗弯和抗剪提级后的弯矩及剪力设计标准值；提级后最大盖梁截面裂缝，达不到规范要求。需要采用增大截面法进行盖梁加固。通过计算得出加固后的盖梁截面能够达到规范要求。抗剪承载能力如表2所示。

表1 边梁抗变承载能力比较

表2 抗剪承载能力比较

3.2.2 验算墩柱抗震

根据相关的公路桥梁设计规范，B类作为该研究桥梁的抗震设防类别，抗震设计是在E1和E2地震作用下完成的。桥梁抗震性能评估是根据各桥梁构件的抗震能力与需求比进行计算。如相比的比值大于或等于1，则达到抗震性能要求；若小于1，则达不到抗震性能要求。验算墩柱的抗震性能如表3所示。墩柱的抗震性能不小于地震需求，则墩柱性能达到了设计要求。

表3 墩柱与桩基比较

3.2.3 加固墩柱设计

按混凝土结构当中裂缝的宽度差异，可选择表面法或者是灌浆法对各种裂缝进行修补。对于宽度≤0.15 mm的裂缝用表面处理法；如果裂缝数量相对较多，且宽度在0.1～0.15 mm范围内的需要采用自动低压渗注法进行处理；而裂缝较深、宽度大于0.15 mm需要采用压力灌注法进行处理。发现原墩柱有环向裂缝，要想强化墩柱的整体承载能力，可以通过灌注环氧树脂或者是外包钢的处理方法对墩柱部位予以加固。

3.2.4 桩基加固

桩承载力结果计算如下：单桩承载力为3 162 kN，按3车道加固T梁计算单桩荷载为2 084 kN，达到了工程对荷载等级方面的要求；理论上而言可以不必再另行加固。按计算结果来看，桥梁得拆除，然后上部需要更换简支T梁，下部结构需要进行加固；桥梁上下部结构需要加宽。采用湿接缝连接新旧桥上部结构简支T梁，桥面整体铺装施工。