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      雙轉體連續(xù)梁施工BIM技術應用及結構有限元研究

      2021-01-09 03:16:36李貴龍
      黑龍江交通科技 2021年6期
      關鍵詞:轉體預應力有限元

      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(xù)梁工程

      1.1 工程概況

      雙轉體連續(xù)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(qū)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(xù)梁施工方案

      在本工程中,雙轉體連續(xù)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(xù)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(xù)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(xiàn)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(huán)節(jié)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(tǒng)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(tǒng)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(wěn)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(xù)梁施工中的應用

      2.1 工程建模方面

      雙轉體連續(xù)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(xù)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(yè)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(xù)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(xù)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(qū)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(tǒng)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(xù)梁工程的全橋模型。

      2.2 施工管理方面

      為充分發(fā)揮BIM技術的價值,可于雙轉體連續(xù)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(xiàn)場設施分布狀況,整合橋梁模型及現(xiàn)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(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)場監(jiān)工模擬。BIM的可視化、模擬現(xiàn)實優(yōu)勢,為雙轉體連續(xù)梁的現(xiàn)場監(jiān)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(fā)展,可利用BIM技術的上述功能,開展現(xiàn)場監(jiān)工模擬。

      2.3 現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(guī)格,分別為85 mm規(guī)格、90 mm規(guī)格。為避免預應力管道施工出現(xiàn)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(guī)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(xù)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(xù)梁結構的有限元分析

      3.1 連續(xù)主梁結構模擬分析

      由于本項目的主梁結構為連續(xù)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(xù)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(tài)下的形變)為8.10 mm;形變最大(上升)的區(qū)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(xù)梁項目分析具有一定現(xiàn)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(guī)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(yōu)化其在雙轉體連續(xù)梁這類特殊橋梁工程中的應用模式。

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