BIM技術(shù)在橋梁維修加固設(shè)計中的應(yīng)用

（安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

我們國家城市化建設(shè)步伐越來越快，經(jīng)濟的增長快速帶動了很多產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，像橋梁公路等路政基礎(chǔ)工程建設(shè)都隨之發(fā)展壯大起來。基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)是關(guān)乎國民經(jīng)濟發(fā)展和人民實際生活所需的頭等大事，所以質(zhì)量問題就成為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重中之重，不能有任何馬虎，稍有偏差就有可能造成國家和人民財產(chǎn)的損失和生命安全受到威脅，因此在施工過程中要避免出現(xiàn)任何安全隱患，確?；A(chǔ)設(shè)施絕對安全。BIM技術(shù)是目前在維修加固橋梁中所運用的核心功能，BIM技術(shù)主要應(yīng)用在建筑工程模型化當(dāng)中，BIM技術(shù)能夠巧妙地將各類建筑施工數(shù)據(jù)進行收集，通過合理的整合分析，建立起相對應(yīng)的電子模型。BIM技術(shù)是目前比較先進技術(shù)，不僅是一種有效的技術(shù)，也具有一定的科學(xué)性，通過收集建筑工程信息，從而有效地將建筑工程質(zhì)量進行提升。橋梁工程在工程建設(shè)領(lǐng)域中的地位非常重要而且應(yīng)用非常的廣泛，特別是在山區(qū)中建設(shè)的鐵路和公路橋梁，由于BIM技術(shù)應(yīng)用在數(shù)量眾多的橋梁工程中，這對于維修加固橋梁工程具有十分積極重要的作用。

1 BIM技術(shù)的應(yīng)用

BIM技術(shù)在設(shè)計期間，不管是前期、后期，均有著十分廣泛的應(yīng)用，在進行設(shè)計的前期主要包含了可研報告、立項、比選方案等相關(guān)內(nèi)容，建模工具利用Revit等進行參數(shù)化，將三維橋梁模型構(gòu)建出來，直觀展示出具體工程效果，從而充分體現(xiàn)出設(shè)計的直觀性，也為調(diào)整方案和后面的比選提供了很多便利，從而使設(shè)計質(zhì)量得到保證。建模完成后，通過三維軟件的配合可真實地將具體建設(shè)場景反映出來，還可以根據(jù)具體的需求生成相應(yīng)的三維漫游動畫，從而使設(shè)計方案更加直觀生動，使得實際施工的效果更好。由于BIM模型需要詳細地進行設(shè)立，提供良好的檢查、設(shè)計等內(nèi)容的支撐。橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系非常復(fù)雜，需要在不同圖紙上展示出不同的構(gòu)件，這樣就會導(dǎo)致出現(xiàn)遺漏，不僅影響到項目的溝通協(xié)調(diào)，也會影響設(shè)計質(zhì)量，各種問題極易出現(xiàn)在施工中，如圖紙有誤就會導(dǎo)致傳遞的信息出現(xiàn)丟失、難以顯示結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位等，從而對橋梁正常施工造成一定的影響。通過BIM技術(shù)的應(yīng)用可以三維實體形式展示橋梁的構(gòu)件，可以將項目設(shè)計信息保存在模型中，并提交至施工單位，還能夠把施工單位以及養(yǎng)護信息加入模型中，為項目完工的檢查及投入使用后的問題分析提供數(shù)據(jù)支持。

2 實例分析

文章所研究的是一座架設(shè)在某高速公路上，1996年開始投入使用的簡支T梁橋，自2006年時，由于社會發(fā)展的需要將人行道拓寬3.5 m，加寬設(shè)計過一次。這條高速公路最初的設(shè)計為2車道，設(shè)計公路為二級荷載等級。這條公路因升級技術(shù)，現(xiàn)需要提為城市當(dāng)中-A級的主干路，車道增加至3個。

2.1 橋梁現(xiàn)況

橋梁目前預(yù)制鋼筋混凝土采用的是5跨15 m簡支T梁，具有0.86 m的梁高，10 m的橋?qū)?，橋梁第一次加寬設(shè)計是在運營10年后，經(jīng)過加寬后橋梁達到13.3 m的寬度，行車道寬達到了11.3 m，欄桿和人行道設(shè)在左側(cè)1.1 m處，右側(cè)設(shè)在1.4 m處。橋梁下部的橋臺部分原本采用的是鋼混結(jié)構(gòu)、柱式橋墩。混凝土橋面上鋪設(shè)瀝青，兩側(cè)的人行道均鋪設(shè)步道磚并設(shè)置了鋼結(jié)構(gòu)的欄桿，在兩橋臺處分別設(shè)有伸縮縫。

2.2 檢測原橋情況

橋梁的現(xiàn)狀通過檢測技術(shù)公司全面進行檢測后，在橋面、主梁、蓋梁等處均發(fā)現(xiàn)若干條的裂縫，其中部分橋梁支座有脫空的現(xiàn)象。根據(jù)橋梁養(yǎng)護相關(guān)的評估標(biāo)準(zhǔn)，評價等級為B級。在加載工況下通過實測各測點可以看出，撓度均不超過理論值，撓度校驗系數(shù)的實測范圍在0.25～0.92內(nèi)；梁體殘余應(yīng)變小于規(guī)范20%規(guī)定值；實測的跨中截面在0.34～0.84應(yīng)變校驗系數(shù)范圍內(nèi)。梁體上面的殘余應(yīng)變比規(guī)定值小20%。主梁抗彎能力不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，其截面的抗彎效應(yīng)超過了抗力效應(yīng)的104%?？傊?，該橋梁的承載能力達不到設(shè)計荷載等級的標(biāo)準(zhǔn)。

3 加固設(shè)計橋梁

3.1 加固上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計

根據(jù)檢測報告內(nèi)容，采用BIM技術(shù)進行計算上部結(jié)構(gòu)分析得出。工況一：主梁5片，84 cm的梁高。工況二：按原橋拆除5片主梁，在橋面上植筋，澆筑15 cm厚的混凝土，梁高在施工完成后由原本的85 cm加大為100 cm，然后再將瀝青鋪裝到10 cm的橋梁上。工況三：在T梁上增加主梁一片，在橋面上植筋時需要澆筑15 cm的混凝土，梁高在施工結(jié)束后由原本的85 cm加大為100 cm，然后再鋪10 cm的瀝青在橋梁表面上。

同時在原橋上重新施加三車道模式展開計算，汽車荷載狀態(tài)按城-A級計算，按照工況一至工況三不同狀態(tài)分別建模實施計算：抗彎承載性能在工況一狀態(tài)下不滿足設(shè)計要求，其中梁抗彎性能為設(shè)計值的98%，邊梁為設(shè)計要求的79%。工況二狀態(tài)下中梁抗彎承載性能可以滿足設(shè)計要求，為設(shè)計值的112%，而邊梁則僅為設(shè)計值的90%，仍然沒有滿足設(shè)計要求。在極限狀態(tài)下，中梁裂縫達到了0.27 mm＞0.3 mm，不能達到規(guī)范要求。工況三：中梁的抗彎承載能力達到了設(shè)計要求，邊梁沒有達到設(shè)計要求，其中中梁的抗彎承載達到了122%的設(shè)計值，邊梁僅達到99%的設(shè)計值。在極限狀態(tài)下，中梁裂縫不能達到規(guī)范要求，邊梁抗變承載能力如表 1所示。按照原橋混凝土T梁對三種工況進行考慮，在梁距不改變加固的條件下不能達到對于橋梁承載能力的標(biāo)準(zhǔn)，將梁距改為6片進行加固，邊梁的抗彎承載能力還是達不到相關(guān)的設(shè)計要求，在理論上提高抗彎承載能力雖然可以采取增加底面鋼筋來實現(xiàn)，但橋梁出現(xiàn)的裂縫超過了標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合檢測報告，不推薦利用原主梁。需要對舊橋上部普通鋼筋T梁進行拆除，然后進行更換新梁。工況一、二、三模型圖如圖1所示。

圖1 工況一、二、三模型圖

3.2 下部加固

3.2.1 蓋梁加固

橋梁所用普通鋼混T型墩，經(jīng)分析并對下部結(jié)構(gòu)進行建模計算可知，原蓋梁結(jié)構(gòu)在極限狀態(tài)下，其承載能力根本不能滿足抗彎和抗剪提級后的彎矩及剪力設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值；提級后最大蓋梁截面裂縫，達不到規(guī)范要求。需要采用增大截面法進行蓋梁加固。通過計算得出加固后的蓋梁截面能夠達到規(guī)范要求?？辜舫休d能力如表2所示。

表1 邊梁抗變承載能力比較

表2 抗剪承載能力比較

3.2.2 驗算墩柱抗震

根據(jù)相關(guān)的公路橋梁設(shè)計規(guī)范，B類作為該研究橋梁的抗震設(shè)防類別，抗震設(shè)計是在E1和E2地震作用下完成的。橋梁抗震性能評估是根據(jù)各橋梁構(gòu)件的抗震能力與需求比進行計算。如相比的比值大于或等于1，則達到抗震性能要求；若小于1，則達不到抗震性能要求。驗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，則墩柱性能達到了設(shè)計要求。

表3 墩柱與樁基比較

3.2.3 加固墩柱設(shè)計

按混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)中裂縫的寬度差異，可選擇表面法或者是灌漿法對各種裂縫進行修補。對于寬度≤0.15 mm的裂縫用表面處理法；如果裂縫數(shù)量相對較多，且寬度在0.1～0.15 mm范圍內(nèi)的需要采用自動低壓滲注法進行處理；而裂縫較深、寬度大于0.15 mm需要采用壓力灌注法進行處理。發(fā)現(xiàn)原墩柱有環(huán)向裂縫，要想強化墩柱的整體承載能力，可以通過灌注環(huán)氧樹脂或者是外包鋼的處理方法對墩柱部位予以加固。

3.2.4 樁基加固

樁承載力結(jié)果計算如下：單樁承載力為3 162 kN，按3車道加固T梁計算單樁荷載為2 084 kN，達到了工程對荷載等級方面的要求；理論上而言可以不必再另行加固。按計算結(jié)果來看，橋梁得拆除，然后上部需要更換簡支T梁，下部結(jié)構(gòu)需要進行加固；橋梁上下部結(jié)構(gòu)需要加寬。采用濕接縫連接新舊橋上部結(jié)構(gòu)簡支T梁，橋面整體鋪裝施工。

4 結(jié)語

總之，在工程建設(shè)領(lǐng)域BIM技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，施工效果非常顯著。BIM技術(shù)在橋梁工程項目建設(shè)中的應(yīng)用體現(xiàn)在管理、設(shè)計、施工階段，BIM技術(shù)能夠有效保證整體工程的質(zhì)量和安全，提升管理效率。BIM技術(shù)雖然在當(dāng)前的應(yīng)用還有一定的問題存在，但是隨著BIM技術(shù)的深入研究，未來必定在工程領(lǐng)域發(fā)揮更巨大的作用。