淺談大跨度斜拉橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)

摘 要：大跨度斜拉橋是一種常見的橋梁結(jié)構(gòu)型式，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一直備受關(guān)注。建筑信息模型技術(shù)（以下簡稱BIM技術(shù)）是建筑設(shè)計(jì)的科學(xué)方法之一，為滿足大跨度斜拉橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求，可以引用該技術(shù)，不僅可以優(yōu)化設(shè)計(jì)，更能減少錯(cuò)漏情況，提高設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。文章首先簡述了BIM技術(shù)和大跨度斜拉橋梁特點(diǎn)，然后探討了BIM技術(shù)在大跨度斜拉橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，使BIM技術(shù)在大跨度斜拉橋梁設(shè)計(jì)中得以推廣。

關(guān)鍵詞：大跨度斜拉橋；設(shè)計(jì)方法；BIM技術(shù)；模型

近年來，隨著交通道路建設(shè)的日益完善與道路通行需求的不斷加大，大跨度斜拉橋梁工程項(xiàng)目越來越多。斜拉橋是我國橋梁的一種常見型式，截至目前，我國建成或正在建設(shè)中的斜拉橋已有三十幾座，如上海長江大橋、南京長江大橋、武漢白沙洲長江大橋，都是我國著名的大跨度斜拉橋梁。大跨度斜拉橋跨徑比較大，對橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、抗震性、抗裂性要求較高，如何設(shè)計(jì)大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)并滿足設(shè)計(jì)要求，一直是行業(yè)探討的熱點(diǎn)問題。BIM技術(shù)作為一種設(shè)計(jì)方法，在大跨度斜拉橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用是可行、有效的，但是由于缺少相關(guān)的研究和工程經(jīng)驗(yàn)，BIM技術(shù)在大跨度斜塔橋梁設(shè)計(jì)中并未實(shí)現(xiàn)廣泛的推廣應(yīng)用。

1 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)，是一種設(shè)計(jì)方法，也是一門工程智能管控技術(shù)，其以工程項(xiàng)目的相關(guān)信息為基礎(chǔ)建立模型，利用數(shù)字信息模擬工程所具有的真實(shí)信息，可視化的展示設(shè)計(jì)成果。這一設(shè)計(jì)方法具有可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性、可出圖性特點(diǎn)。

（1）可視化：BIM模型建立的整個(gè)過程都是可視的，能可視化的展示設(shè)計(jì)成果，使整個(gè)設(shè)計(jì)過程都在可視化狀態(tài)下。

（2）模擬性：主要是模擬建筑工程三維模型，真實(shí)展現(xiàn)設(shè)計(jì)后的工程情況，為設(shè)計(jì)方法和施工方案的確定提供依據(jù)。

（3）協(xié)調(diào)性：進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，各專業(yè)將相關(guān)信息輸入到BIM模型中去，對各專業(yè)的碰撞問題進(jìn)行協(xié)調(diào)，并生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，為設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)依據(jù)，避免出現(xiàn)錯(cuò)漏情況。

（4）優(yōu)化性：在優(yōu)化性基礎(chǔ)上，可以對工程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)方案科學(xué)合理。

（5）可出圖性：BIM模型出示真實(shí)的設(shè)計(jì)圖，基于此各專業(yè)進(jìn)行碰撞檢查和設(shè)計(jì)修改，極大的降低了BIM設(shè)計(jì)圖的錯(cuò)誤率。

2 大跨度斜拉橋梁特點(diǎn)

斜拉橋組成主要包括主梁、斜拉索、塔柱等，是一種用若干高強(qiáng)的拉索將主梁斜拉在塔柱上，使主梁受到一個(gè)向上的彈性支承的反力，從而保持跨越性良好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的橋梁結(jié)構(gòu)型式。斜拉索的使用，可以很好的增強(qiáng)橋梁的跨越能力。斜拉橋具有良好的跨越性，且造型優(yōu)美、成本低、力學(xué)性能好，在大跨度橋梁中扮演著重要角色，目前已經(jīng)成為大跨度橋梁的主要橋梁型式。

由于大跨度橋梁的跨徑一般較大，車橋共振效果明顯，為了確保使用安全，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮抗震抗風(fēng)等問題。在設(shè)計(jì)前，可以通用的橋梁結(jié)構(gòu)建立空間桿系有限元程序模型，分析和計(jì)算結(jié)構(gòu)的動力特性，為橋梁設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。基于這樣的考量，大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要以橋梁的空間有限元模型為基礎(chǔ)，分析主梁的截面型式、橋面系材料及墩柱的位置等各項(xiàng)參數(shù)對橋梁結(jié)構(gòu)動力特性的影響，并利用BIM技術(shù)建立主梁、索塔、墩柱、全橋的模型，進(jìn)行各專業(yè)碰撞和設(shè)計(jì)，查漏補(bǔ)缺，優(yōu)化橋梁設(shè)計(jì)，以滿足大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)需求。

3 BIM技術(shù)在大跨度斜拉橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 工程背景

某大跨度斜拉橋梁，位于某河流上，橋跨布置：64m+68m×2+608m+68m×2+64m，選用半漂浮體系的橋型。橋跨設(shè)置為7個(gè)，主跨是雙塔雙鎖型式，采用鋼箱梁，長608m，全長為1008m。邊跨處設(shè)置2個(gè)輔助墩、1個(gè)過渡臺。一側(cè)索塔高193.4m，一側(cè)索塔高202.3m。橋梁公路等級選為雙向6道高速公路，橋涵荷載設(shè)計(jì)為公路1級，道路行駛時(shí)速設(shè)定為80m/h。

3.2 BIM模型建立

從以往經(jīng)驗(yàn)和便于操作角度看，建模軟件選用最常用的Revit系列軟件。該軟件有基礎(chǔ)群的樣板文件，功能齊全、適用，便于輸入橋梁相關(guān)參數(shù)信息，建立基礎(chǔ)族庫，能滿足該大跨度斜拉橋梁工程的建模需求。下面從大跨度斜拉橋梁結(jié)構(gòu)組成入手，分別論述了橋梁基礎(chǔ)、主梁、索塔、墩柱、全橋的建模方式。

（1）橋梁基礎(chǔ)：從軟件系統(tǒng)中提取需要的基礎(chǔ)群樣板文件，將該大跨度斜拉橋梁基礎(chǔ)的所有信息輸入其中，具體包括各個(gè)墩臺基礎(chǔ)的尺寸、標(biāo)高、材料類型等參數(shù)。根據(jù)這些參數(shù)建立橋梁基礎(chǔ)的BIM模型，生成平面、立面視圖，利用可視化的設(shè)計(jì)圖檢查模型的形狀是否正確，是否需要修改。

（2）主梁：該橋梁主梁為鋼箱梁結(jié)構(gòu)，引橋部分采用鋼筋混凝土箱梁。在較高的穩(wěn)定性、抗震性、抗裂性要求下，主梁需要應(yīng)用較多的加勁肋，進(jìn)行BIM模型建立時(shí)要注意加勁肋的準(zhǔn)確位置。此外，還要注意截面縱坡的處理。

（3）索塔：索塔的BIM模型具體分為下塔柱、上塔柱、鋼錨梁三種。在下塔柱模型建立上，由于該橋梁索塔設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，索塔模型建立難度較大，下塔柱處于變截面結(jié)構(gòu)的主要部位，三個(gè)方面都是變化的，要想確保建立的模型符合實(shí)際情況，必須選好建模樣板。Revit軟件系統(tǒng)中自帶的樣板不能滿足需要，所以使用公制常規(guī)模型建立樣板進(jìn)行下塔柱模型建立。在上塔柱模型建立上，要注意塔尖處截面變化部位和橫梁地方；在鋼錨梁模型建立時(shí)，要充分考慮斜拉索。斜拉索是大跨度斜拉橋梁的主要組成部分，橋梁的重力和活荷載都是通過斜拉索傳遞到塔柱上，必須確保其強(qiáng)度設(shè)計(jì)、布置形式設(shè)計(jì)合理。為此，建立鋼錨梁模型時(shí)要考慮斜拉索傳導(dǎo)過來的力。此外，斜拉橋梁一般都設(shè)有人孔，以便今后的使用維護(hù)。該橋梁的人孔設(shè)置在索塔頂部、塔柱與橫梁相交部位，利用Revit軟件建立人孔模型，為人孔設(shè)計(jì)和做法提供參考。

（4）墩柱：該橋梁承臺上部墩柱部位為空心結(jié)構(gòu)，在建立墩柱的BIM模型前，先利用Revit軟件建立一個(gè)墩柱的空心截面，利用拉伸功能使之達(dá)到墩柱構(gòu)件的實(shí)際高度，形成墩柱模型。同時(shí)，對構(gòu)造細(xì)部進(jìn)行精細(xì)的處理，特別是邊角部位。

（5）全橋：建立全橋的BIM模型時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場的地形、地質(zhì)條件等，將已經(jīng)建好的基礎(chǔ)模型、主梁模型、索塔模型、墩柱模型等輸入到Revit軟件系統(tǒng)中的相關(guān)樣板中，確保相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確無誤，之后便可生成完整的橋梁模型。

3.3 可視化設(shè)計(jì)圖

得到關(guān)于橋梁的全橋模型后，各專業(yè)基于這一可視化的設(shè)計(jì)圖進(jìn)行碰撞設(shè)計(jì)，查漏補(bǔ)缺，并對設(shè)計(jì)圖進(jìn)行調(diào)整，以確保設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和合理性。這樣的設(shè)計(jì)方法，便于設(shè)計(jì)修改工作的進(jìn)行，不必一一修改，節(jié)省了時(shí)間，優(yōu)化了設(shè)計(jì)成果。之后，利用Revit軟件系統(tǒng)的導(dǎo)出功能將設(shè)計(jì)圖導(dǎo)出，格式為二維圖紙，供設(shè)計(jì)人員使用。

4 結(jié)束語

綜上所述，BIM技術(shù)在大跨度斜塔橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用具有一定優(yōu)勢，既能減少設(shè)計(jì)工作量，查漏補(bǔ)缺，還能滿足橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、抗震性、抗裂性要求，確保大跨度斜拉橋梁設(shè)計(jì)科學(xué)合理。所以，在大跨度橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以積極使用BIM技術(shù)，借助BIM技術(shù)措施優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。當(dāng)然，除了BIM技術(shù)，大跨度斜拉橋梁設(shè)計(jì)還有其他技術(shù)手段，可以積極的應(yīng)用研究以促進(jìn)大跨度斜拉橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)水平的不斷提高。

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