雙轉體連續梁施工BIM技術應用及結構有限元研究

李貴龍

(山西路橋建設集團有限公司，山西 太原 030000)

1 雙轉體連續梁工程

1.1 工程概況

雙轉體連續梁工程位于津漢高速公路工程4標段K24+700～K26+600范圍內。津山鐵路里程K200+630.6位置與鐵路相交，二者的斜交角度為72°，交點處的公路里程參數為L25+509.236。該區域橋面、結構均為分幅布置形式，選用轉體法進行施工。

1.2 雙轉體連續梁施工方案

在本工程中，雙轉體連續梁施工方案。(1)施工準備。仔細檢查、調試工程施工中所需設備，如液壓泵站以及千斤頂等，確認無誤后，方可開展轉體施工。此外，按照雙轉體連續梁工程的要求，安裝牽引索，并將預設的臨時支墊拆除。參照施工圖紙中的轉角參數及線路中心線信息，精準確定順線路澆筑連續梁梁面的中心線位置，并分別于墩頂及梁端位置做好標記，將上述標記點作為現場的軸線控制點。(2)試轉施工。開展試轉施工時，需針對鋼絞線進行預緊處理，即利用10～5 kN作用力以千斤頂逐根針對鋼絞線進行預緊處理。在這一環節中，需確保所有鋼絞線的受力均勻。為保障雙轉體施工的順利完成，可參照轉體系統的撐腳數量，合理確定增設四氟乙烯板的數量。本工程中，轉體系統由8個撐腳組成，因此，需分別于每個撐腳及滑道之間，增設1個四氟乙烯板(使用數量為8個)。確認四氟乙烯板布設完成后，啟動主控臺、泵站電源及泵站，由主控臺同時控制2臺千斤頂進行施力試轉，判斷試轉能否成功。在開展試轉施工期間，需做好轉體結構穩定性、轉速參數(min)等的評估，以保障試轉施工的安全性。(3)正式轉體。同步牽張多個千斤頂，運用分級加載模式(將泵站各溢流閥限壓調為相同參數)，進行施力。按照72°、0.02 rad/min參數標準，進行轉體操作。待轉體就位后，適當調整轉體傾斜位置，以保障雙轉體連接梁的施工質量。

2 BIM技術在雙轉體連續梁施工中的應用

2.1 工程建模方面

雙轉體連續梁工程的施工難度較高。BIM技術的引入，可為工程提供良好支持。根據本工程的特征，可運用BIM技術建立如下模型：(1)橋墩模型。在雙轉體連續梁工程中，橋墩為橋體的重要支撐。為便于前期評估，可將工程橋墩的相關參數錄入專業處理軟件中，借助BIM技術構建橋墩的三維模型。本雙轉體連續梁工程項目中，某橋墩的高度參數為17 m，其三維模型。(2)樁基礎模型。在雙轉體連續梁工程中，樁基礎模型無疑是橋梁工程項目建模中的重難點。在運用BMI技術(Revit軟件)進行建模時，可按照如下流程完成樁基礎三維模型的建立：參照橋梁工程項目設計圖紙中樁截面的圓心位置，于軟件中作出適宜的參照線，運用軟件的拉伸功能(命令)，在軟件中迅速作出各樁截面，最后運用鏡像功能(原因為：橋梁的樁基礎結構具有對稱性特征)，完成樁基礎三維建模任務。本工程中某區段樁基礎的三維模型。(3)全橋模型。運用BIM技術建立全橋三維模型的流程為：將前期建成的簡單構建導入Revit軟件中的統一項目中，參照橋梁工程中各部分的空間位置分布特征，運用軟件的旋轉、移動等功能進行組合、搭配，最終得到雙轉體連續梁工程的全橋模型。

2.2 施工管理方面

為充分發揮BIM技術的價值，可于雙轉體連續梁工程的施工管理中，引入BIM技術，其在施工管理方面的應用模式及作用為。

(1)場地搭建管理。運用Revia軟件繪制工程項目的現場設施分布狀況，整合橋梁模型及現場模型，整合完成后，將所得模型調整為E5D模式，導入BIM 5D平臺內，借助BIM 5D平臺的功能指導本項目的場地搭建管理。(2)工程量統計管理。本項目工程量較大，在施工期間，項目人員對工程量的評估，直接影響項目施工效率及質量。對此，引入BIM技術(以BIM 5D平臺為媒介)，為項目人員的現場工程量管理提供支持。以本項目中的17#橋墩為例(墩身)為例，項目人員需評估該部分的工程量時，可直接通過BIM 5D平臺，調取該橋墩的工程量參數。根據BIM 5D平臺的結果可確定：該橋墩的墩身面積、鋼筋體積及混凝土體積分別為202.17 m3、3.19 m3、486.35 m3。(3)現場監工模擬。BIM的可視化、模擬現實優勢，為雙轉體連續梁的現場監工模擬管理，奠定了良好的基礎。為保障施工質量，順利推動工程的發展，可利用BIM技術的上述功能，開展現場監工模擬。

2.3 現場施工指導方面

本工程在結構、施工難度等方面的特殊性，對現場施工提出了較高的要求。在實際施工期間，更容易產生相關質量缺陷。為避免出現上述狀況，可運用BIM技術，針對本工程項目的各子工程、分項工程進行模擬分析。以本項目的預應力管道部分為例，本項目所選用的預應力管道共有2種規格，分別為85 mm規格、90 mm規格。為避免預應力管道施工出現問題，可按照如下流程，借助BIM技術開展施工指導：(1)建模。參照工程圖紙及預應力管道的直徑規格，建立相應的預應力管道模型，并將各部分模型整合至Revit軟件的相同項目中，得到雙轉體連續梁工程的完整預應力管道模型。(2)碰撞檢驗。啟用Revit軟件的碰撞檢驗功能，經碰撞檢驗分析，判斷當前預應力管道設計方案，是否存在質量缺陷。檢驗結果證實：預應力管道的應力分布合理，管道性能符合橋梁工程要求。

3 雙轉體連續梁結構的有限元分析

3.1 連續主梁結構模擬分析

由于本項目的主梁結構為連續主梁結構，為保障分析有效性，選用MIDAS/Cibil這一有限元分析工具開展分析。

在分析期間，將主梁相關參數設置為：項目預應力鋼束的彈性模量、抗拉強度、容重以及泊松比參數分別設置為1.95×108kPa、1 860 MPa、78.5 kN/m3、0.3；而將橋梁墩身的泊松比設置為0.3，容重、彈性模量則分別為25 kN/m3以及3.3×107kPa；主梁泊松比、容重及彈性模量分別設置為0.1、25 kN/m3、3.55×107kPa。

參照項目的相關信息，設置連續主梁的邊界條件，最后將上述信息均錄入有限元分析軟件中，所得結果為：整個橋梁中，主梁的上升高度最大值(預應力張拉狀態下的形變)為8.10 mm；形變最大(上升)的區域位于跨中合龍段，其最大上撓值為28.15 mm。

3.2 體結構模擬分析

對于轉體結構，選用ANSYS軟件開展結構的有限元分析。將本項目轉體的相關參數錄入ANSYS軟件中后，由軟件自動生成轉體結構模型。

從該結構的受體特征來看，在整個橋梁工程中，該結構的荷載以豎向荷載為主。在運用有限元分析法進行分析時，可借助如下公式，確定結構的應力(N)參數。

W=I/Ymax

(1)

(2)

式中:W為結構的抗彎截面系數；Mmax為結構的最大截面。

利用上述公式，可將球絞滑動面的應力最大值確定為50.18 MPa。結合本項目的設計圖紙來看，轉體結構部分球絞滑動面MGB滑動片的最大設計抗壓允許壓力參數為70 MPa，該參數遠高于50.18 MPa，提示轉體結構設計與設計要求相符。

4 結 論

綜上所述，運用BIM技術、有限元分析法開展雙轉體連續梁項目分析具有一定現實意義。為保障該項目的施工質量，可參照BIM技術、有限元分析的特征，制定規范的分析流程，以確保項目施工的順利完成。此外，還可整合BIM技術、有限元分析的應用經驗，進一步優化其在雙轉體連續梁這類特殊橋梁工程中的應用模式。