波形钢腹板BIM的建立及其深化图设计方法研究

筵玉涛，韩耀祥

（甘肃博睿交通重型装备制造有限公司，兰州730300）

1 引言

波形钢腹板组合梁具有结构平面外稳定性好、抗震性能好、外形美观、省材料、造价低等特点，在桥梁工程中的应用越来越多[1]。王卫等[2]介绍了波形钢腹板梁桥的技术特点，在世界各国尤其在日本得到快速发展。马立通[3]阐述了波形钢腹板在桥梁工程方面的发展和应用。邓国良等[4]以日本栗东桥和南昌朝阳大桥为工程实例，阐述了波形钢腹板组合梁矮塔斜拉桥的构造特点和施工工艺。姬同庚[5]对采用波形钢腹板连续箱梁桥的峪黄河大桥跨北大堤桥的设计和施工关键技术进行了研究。刘浩等[6]结合飞云江大桥设计，阐述了波形钢腹板工字组合梁桥的选型、构造设计及计算分析。李川等[7]结合62 m+105 m+62 m 公路钢底板和波形腹板连续组合梁桥方案设计，研究了梁高变化、钢底板、波形钢腹板、混凝土桥面板等的厚度变化对方案设计的影响。

近年来，对波形钢腹板力学性能及设计理论研究成为组合桥理论研究热点之一。冀伟等[8]采用势能驻值原理研究了波形钢腹板的剪切变形和箱梁的剪力滞后效应对其自振特性的影响。王力等[9]基于Reddy 高阶剪切变形理论研究了波形钢腹板组合梁挠度计算方法。马驰等[10]结合变分法考虑了混凝土顶板和钢底板不同的模量对波形钢腹板-钢底板-混凝土顶板组合梁的梁翼缘板有效宽度影响。贺君等[11]提出了波形钢腹板内衬混凝土形成构造措施，改善了组合梁的负弯矩区受力性能。苏庆田等[12]研究了波形钢腹板导梁在支座范围内设置钢靴能够显著提高导梁的局部承压性能和结构延性。董桔灿等[13]提出了新型波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板组合梁，并对该组合梁受弯性能进行了研究。徐栋等[14]采用空间网格模型可以实现对波形钢腹板梁桥精细化分析。吴文清等[15]通过模型试验验证了采用空间有限元法分析波形钢腹板组合箱梁的剪力滞及主要结构参数对剪力滞效应影响的可靠性。聂建国等[16]基于钢筋混凝土变角软化桁架模型薄膜元理论，提出了波形钢腹板PC组合梁纯扭性能分析模型。陈宝春等[17]结合部分典型桥例，介绍了波形钢腹板PC 箱梁桥最新发展趋势，并展望了该类桥型在国内具有良好应用前景。

然而，有关波形钢腹板深化图研究几乎没有，为了填补波形钢腹板梁桥深化图电绘空白，基于上海钢通网络科技有限公司的三维正向BIM 设计系统SteelBridge3D 图形平台，利用C++语言进行了波形钢腹板深化图BIM 软件二次开发，解决了手工绘制波形钢腹板深化图烦琐、费时和易错等工程难题，并通过兰临波形钢腹板工程实例，验证该软件可提高波形钢腹板深化图绘图效率10 倍以上，为推动波形钢腹板梁桥工程应用具有重要意义。

2 截面设计

2.1 截面参数定义

在SteelBridge3D 参数编辑窗口定义腹板坐标参数，步骤如下：

步骤一：输入道路设计中心线；

步骤二：输入所有腹板控制中心线；

步骤三：定义腹板波形参数名称；

步骤四：定义腹板波形类型：1 000 型、1 200 型和1 600 型任意一类型；

步骤五：定义腹板波形厚度表达式；

步骤六：定义腹板波形直线段起始距离；

步骤七：定义腹板波形直线段终止距离；

步骤八：形成该腹板波形沿道路设计中心线距离的参数曲线函数；

步骤九：将腹板断面坐标X、Y坐标定义为该参数表达式；

步骤十：循环步骤三～步骤九将所有腹板波形参数创建完毕；

步骤十一：将所有腹板波形参数计算完成，成功将截面显示，否则输出错误日志。

波形钢腹板参数定义如图1所示。

图1 波形钢腹板参数定义

2.2 参数化截面

根据2.1 节波形钢腹板截面参数定义操作步骤，完成所有腹板波形参数计算，波形钢腹板参数化截面显示成功，在SteelBridge3D 截面编辑器和参数编辑器生成波形钢腹板参数截面。

3 构件BIM设计

3.1 构件BIM建立

在SteelBridge3D 三维构件编辑器通过输入道路设计线平曲线和竖曲线、截面名称、考虑若干参考线定义截面位、分跨线、伸缩缝线、支座、截面安装点、横隔板、竖向加劲板等信息生成三维构件，在截面安装组合设置中选择参考线截面安装，生成三维构件BIM 如图2所示。

图2 三维构件BIM模型

3.2 平曲线编辑器生成顶底平面布置图

在SteelBridge3D 平面编辑器一键生成顶板布置图和底板布置图。

3.3 竖曲线编辑器生成立面布置图

在SteelBridge3D 立面编辑器一键生成立面布置图。

4 断面设计

在SteelBridge3D 断面编辑器一键生成所有横隔板断面布置图，然后在已生成横隔板断面图定义横隔板加劲板、人孔、节点板、拼接板、螺栓、横撑梁等零件。其中，横撑梁支持双肢等角钢、H 型钢、不等双肢角钢、圆钢管和方钢管等型钢截面。

完成第2、3 节内容，SteelBridge3D 在三维构件编辑器一键生成三维BIM 模型，如3所示。

图3 波形钢腹板三维BIM模型

5 深化图设计

根据第3.3 节生成的立面布置图完成顺桥型节段划分，然后根据第3.2 节已生成的顶板、底板的布置完成图设计顶板、底板节段划分。在SteelBridge3D 竖曲线编辑器输入命令:yjsh，如图4、图5所示，最后生成波形钢腹板梁桥的深化图，选择其中一个节段顶板单元、底板单元和腹板单元如图6～图8所示。

图4 每个节段腹板深化图参数设置

图5 每个腹板子波深化图参数设置

图6 顶板单元图

图7 底板单元图

图8 腹板单元图

6 结论

基于SteelBridge3D 平台，进行了二次开发波形钢腹板深化图BIM 软件，通过兰临项目深化图验证，大大提高深化图绘图效率，得出以下结论：

1）填补波形钢腹板深化图BIM 软件空白；

2）解决了手工绘制波形钢腹板深化图烦琐、费时和易错等工程难题；

3）提高波形钢腹板深化图绘图效率10 倍以上，为推动波形钢腹板梁桥工程应用具有重要意义。

然而，开发的波形钢腹板深化图BIM 软件可以快速设计出波形钢腹板施工图、深化图，但是对波形钢腹板梁桥的力学分析及规范条文复核验算还有待于进一步研究。