双转体连续梁施工BIM技术应用及结构有限元研究

李贵龙

(山西路桥建设集团有限公司，山西 太原 030000)

1 双转体连续梁工程

1.1 工程概况

双转体连续梁工程位于津汉高速公路工程4标段K24+700～K26+600范围内。津山铁路里程K200+630.6位置与铁路相交，二者的斜交角度为72°，交点处的公路里程参数为L25+509.236。该区域桥面、结构均为分幅布置形式，选用转体法进行施工。

1.2 双转体连续梁施工方案

在本工程中，双转体连续梁施工方案。(1)施工准备。仔细检查、调试工程施工中所需设备，如液压泵站以及千斤顶等，确认无误后，方可开展转体施工。此外，按照双转体连续梁工程的要求，安装牵引索，并将预设的临时支垫拆除。参照施工图纸中的转角参数及线路中心线信息，精准确定顺线路浇筑连续梁梁面的中心线位置，并分别于墩顶及梁端位置做好标记，将上述标记点作为现场的轴线控制点。(2)试转施工。开展试转施工时，需针对钢绞线进行预紧处理，即利用10～5 kN作用力以千斤顶逐根针对钢绞线进行预紧处理。在这一环节中，需确保所有钢绞线的受力均匀。为保障双转体施工的顺利完成，可参照转体系统的撑脚数量，合理确定增设四氟乙烯板的数量。本工程中，转体系统由8个撑脚组成，因此，需分别于每个撑脚及滑道之间，增设1个四氟乙烯板(使用数量为8个)。确认四氟乙烯板布设完成后，启动主控台、泵站电源及泵站，由主控台同时控制2台千斤顶进行施力试转，判断试转能否成功。在开展试转施工期间，需做好转体结构稳定性、转速参数(min)等的评估，以保障试转施工的安全性。(3)正式转体。同步牵张多个千斤顶，运用分级加载模式(将泵站各溢流阀限压调为相同参数)，进行施力。按照72°、0.02 rad/min参数标准，进行转体操作。待转体就位后，适当调整转体倾斜位置，以保障双转体连接梁的施工质量。

2 BIM技术在双转体连续梁施工中的应用

2.1 工程建模方面

双转体连续梁工程的施工难度较高。BIM技术的引入，可为工程提供良好支持。根据本工程的特征，可运用BIM技术建立如下模型：(1)桥墩模型。在双转体连续梁工程中，桥墩为桥体的重要支撑。为便于前期评估，可将工程桥墩的相关参数录入专业处理软件中，借助BIM技术构建桥墩的三维模型。本双转体连续梁工程项目中，某桥墩的高度参数为17 m，其三维模型。(2)桩基础模型。在双转体连续梁工程中，桩基础模型无疑是桥梁工程项目建模中的重难点。在运用BMI技术(Revit软件)进行建模时，可按照如下流程完成桩基础三维模型的建立：参照桥梁工程项目设计图纸中桩截面的圆心位置，于软件中作出适宜的参照线，运用软件的拉伸功能(命令)，在软件中迅速作出各桩截面，最后运用镜像功能(原因为：桥梁的桩基础结构具有对称性特征)，完成桩基础三维建模任务。本工程中某区段桩基础的三维模型。(3)全桥模型。运用BIM技术建立全桥三维模型的流程为：将前期建成的简单构建导入Revit软件中的统一项目中，参照桥梁工程中各部分的空间位置分布特征，运用软件的旋转、移动等功能进行组合、搭配，最终得到双转体连续梁工程的全桥模型。

2.2 施工管理方面

为充分发挥BIM技术的价值，可于双转体连续梁工程的施工管理中，引入BIM技术，其在施工管理方面的应用模式及作用为。

(1)场地搭建管理。运用Revia软件绘制工程项目的现场设施分布状况，整合桥梁模型及现场模型，整合完成后，将所得模型调整为E5D模式，导入BIM 5D平台内，借助BIM 5D平台的功能指导本项目的场地搭建管理。(2)工程量统计管理。本项目工程量较大，在施工期间，项目人员对工程量的评估，直接影响项目施工效率及质量。对此，引入BIM技术(以BIM 5D平台为媒介)，为项目人员的现场工程量管理提供支持。以本项目中的17#桥墩为例(墩身)为例，项目人员需评估该部分的工程量时，可直接通过BIM 5D平台，调取该桥墩的工程量参数。根据BIM 5D平台的结果可确定：该桥墩的墩身面积、钢筋体积及混凝土体积分别为202.17 m3、3.19 m3、486.35 m3。(3)现场监工模拟。BIM的可视化、模拟现实优势，为双转体连续梁的现场监工模拟管理，奠定了良好的基础。为保障施工质量，顺利推动工程的发展，可利用BIM技术的上述功能，开展现场监工模拟。

2.3 现场施工指导方面

本工程在结构、施工难度等方面的特殊性，对现场施工提出了较高的要求。在实际施工期间，更容易产生相关质量缺陷。为避免出现上述状况，可运用BIM技术，针对本工程项目的各子工程、分项工程进行模拟分析。以本项目的预应力管道部分为例，本项目所选用的预应力管道共有2种规格，分别为85 mm规格、90 mm规格。为避免预应力管道施工出现问题，可按照如下流程，借助BIM技术开展施工指导：(1)建模。参照工程图纸及预应力管道的直径规格，建立相应的预应力管道模型，并将各部分模型整合至Revit软件的相同项目中，得到双转体连续梁工程的完整预应力管道模型。(2)碰撞检验。启用Revit软件的碰撞检验功能，经碰撞检验分析，判断当前预应力管道设计方案，是否存在质量缺陷。检验结果证实：预应力管道的应力分布合理，管道性能符合桥梁工程要求。

3 双转体连续梁结构的有限元分析

3.1 连续主梁结构模拟分析

由于本项目的主梁结构为连续主梁结构，为保障分析有效性，选用MIDAS/Cibil这一有限元分析工具开展分析。

在分析期间，将主梁相关参数设置为：项目预应力钢束的弹性模量、抗拉强度、容重以及泊松比参数分别设置为1.95×108kPa、1 860 MPa、78.5 kN/m3、0.3；而将桥梁墩身的泊松比设置为0.3，容重、弹性模量则分别为25 kN/m3以及3.3×107kPa；主梁泊松比、容重及弹性模量分别设置为0.1、25 kN/m3、3.55×107kPa。

参照项目的相关信息，设置连续主梁的边界条件，最后将上述信息均录入有限元分析软件中，所得结果为：整个桥梁中，主梁的上升高度最大值(预应力张拉状态下的形变)为8.10 mm；形变最大(上升)的区域位于跨中合龙段，其最大上挠值为28.15 mm。

3.2 体结构模拟分析

对于转体结构，选用ANSYS软件开展结构的有限元分析。将本项目转体的相关参数录入ANSYS软件中后，由软件自动生成转体结构模型。

从该结构的受体特征来看，在整个桥梁工程中，该结构的荷载以竖向荷载为主。在运用有限元分析法进行分析时，可借助如下公式，确定结构的应力(N)参数。

W=I/Ymax

(1)

(2)

式中:W为结构的抗弯截面系数；Mmax为结构的最大截面。

利用上述公式，可将球绞滑动面的应力最大值确定为50.18 MPa。结合本项目的设计图纸来看，转体结构部分球绞滑动面MGB滑动片的最大设计抗压允许压力参数为70 MPa，该参数远高于50.18 MPa，提示转体结构设计与设计要求相符。

4 结 论

综上所述，运用BIM技术、有限元分析法开展双转体连续梁项目分析具有一定现实意义。为保障该项目的施工质量，可参照BIM技术、有限元分析的特征，制定规范的分析流程，以确保项目施工的顺利完成。此外，还可整合BIM技术、有限元分析的应用经验，进一步优化其在双转体连续梁这类特殊桥梁工程中的应用模式。