基于BIM技術(shù)鋼箱拱肋精確制作與線形控制施工技術(shù)

邵嘉兵 （安徽省公路橋梁工程有限公司，安徽 合肥 230001）

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)橋梁由于其自重輕、剛度大、施工速度快等特點(diǎn)在市政交通工程中被廣泛應(yīng)用[1]。拱肋是系桿拱橋中主要受力部件，因此拱肋的加工質(zhì)量以及線性精度控制是拱橋結(jié)構(gòu)安全的重要保證。傳統(tǒng)的拱肋采用在鋼結(jié)構(gòu)廠內(nèi)加工、現(xiàn)場(chǎng)拼裝的方法施工，廠內(nèi)加工由技術(shù)員用CAD 制圖，對(duì)多節(jié)點(diǎn)桿件加工精度控制難度大[2-4]。因此需要對(duì)傳統(tǒng)拱肋加工方法進(jìn)行改進(jìn)，以解決拱結(jié)構(gòu)拱肋加工精度和現(xiàn)場(chǎng)安裝線型、焊接質(zhì)量、安全控制等問(wèn)題，形成工序化作業(yè)，提高鋼結(jié)構(gòu)拱橋施工效率，降低制造成本。

1 工程概況

繁華大道橋是安徽省第一座軌道與城市道路共線的大跨度橋梁結(jié)構(gòu)，主橋采用鋼桁架拱橋設(shè)計(jì)，其中拱肋為四面封閉箱型構(gòu)造，采用鋼結(jié)構(gòu)廠內(nèi)加工、現(xiàn)場(chǎng)安裝方式施工，拱肋內(nèi)部為4 個(gè)拼接板栓接連接，拱肋外部為焊接連接，全橋共4 條拱肋。為增加拱肋穩(wěn)定性，相鄰兩條拱肋采用“米”字形風(fēng)撐連接，“米”字形風(fēng)撐連接節(jié)點(diǎn)多，故對(duì)風(fēng)撐的加工及安裝精度要求較高。

主拱肋為鋼箱拱，采用全焊接方式連接，內(nèi)側(cè)加勁采用高強(qiáng)螺栓連接。吊桿采用柔性吊桿，標(biāo)準(zhǔn)間距9m，上端錨固于拱肋底部，為張拉端，下端錨固于上弦節(jié)點(diǎn)處，為錨固端。拱肋加工完成后，由運(yùn)梁車將其運(yùn)送至橋位，采用汽車吊上橋法進(jìn)行吊裝施工。

箱型拱肋采用內(nèi)部栓接、外部焊接形式連接，待全橋焊接施工、高強(qiáng)螺栓施擰完成后，先拆除拱肋支架，進(jìn)行吊桿安裝、張拉施工，再拆除鋼桁架支架，進(jìn)行吊桿二次張拉，最后施工完成橋面附屬工程。

圖1 主橋鋼桁架結(jié)構(gòu)圖

2 施工工藝流程

本技術(shù)施工工藝流程為施工準(zhǔn)備→拱肋BIM 建?！鷹U件制造工藝補(bǔ)償量設(shè)定→鋼材下料→單元件焊接→胎架制作→桿件焊接→桿件試拼裝→噴砂涂裝→桿件運(yùn)輸→拱肋支架搭設(shè)→拱肋安裝→風(fēng)撐安裝→線型調(diào)整→拱肋焊接（栓接）→吊索安裝→吊索張拉→支架拆除。

3 基于BIM技術(shù)拱肋精確制作和安裝施工

3.1 拱肋BIM建模

繁華大道橋拱肋采用箱型截面，外高1800mm，外寬1100mm，板厚36～50mm。采用Revit 軟件對(duì)鋼桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確建模，鋼材的下料及加工嚴(yán)格按照BIM 圖紙進(jìn)行下料，根據(jù)構(gòu)建大小設(shè)置加工余量，保證鋼結(jié)構(gòu)加工及試拼裝的準(zhǔn)確，減少返工。拱肋采用全焊接方式連接，內(nèi)側(cè)加勁采用高強(qiáng)螺栓連接。吊桿采用柔性吊桿，標(biāo)準(zhǔn)間距9m。上端錨固于拱肋底部，為張拉端，下端錨固于上弦節(jié)點(diǎn)處，為錨固端。風(fēng)撐采用H 形截面，采用全焊接方式連接。

3.2 箱型拱肋制造

拱肋采用胎架法制作，根據(jù)BIM 模型放樣，將鋼板組裝焊接，焊接好的桿件在胎架上試拼裝，具體施工順序如表1所示。

3.3 拱肋臨時(shí)支架設(shè)計(jì)及驗(yàn)算

單個(gè)拱肋支架主要是由φ377×8mm 鋼管和槽鋼[14 連接而成的立體鋼支墩，支墩間距為9m，支墩頂部設(shè)置400×300H 型鋼調(diào)節(jié)墊塊，拱肋支架采用MIDAS CIVIL 軟件進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)應(yīng)力及變形均滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

圖2 支架整體變形驗(yàn)算結(jié)果

3.4 拱肋安裝

主拱拱肋安裝采用1 臺(tái)125t 龍門吊，將1 臺(tái)180t 汽車吊吊裝至上層橋面系上，通過(guò)汽車吊安裝主拱肋分段。風(fēng)撐FC3-1 分段安裝采用1 臺(tái)125t 龍門吊，將主拱風(fēng)撐FC3-1 分段吊裝至上層橋面系上，吊車安裝FC3-1 分段及連接節(jié)點(diǎn)。風(fēng)撐FC3-2 分段安裝采用1 臺(tái)125t 龍門吊，將主拱風(fēng)撐FC3-2 分段吊裝至上層橋面系上，吊車安裝FC3-2 分段并與風(fēng)撐節(jié)點(diǎn)焊接連接。風(fēng)撐FC3-3 分段安裝采用1 臺(tái)125t 龍門吊，將主拱風(fēng)撐FC3-3 分段吊裝至上層橋面系上，吊車安裝FC3-3 分段并與風(fēng)撐節(jié)點(diǎn)焊接連接。以此循環(huán)安裝至拱肋合攏段。

圖3 拱肋現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

主拱合攏段安裝。拱肋合攏時(shí)，先測(cè)量合攏段長(zhǎng)度，切割拱肋加工余量。采用1 臺(tái)125t 龍門吊，將SS5 分段吊裝至上層橋面系上，采用汽車吊吊裝，與梁段拱肋焊接連接。主拱合攏段風(fēng)撐段安裝采用1 臺(tái)125t 龍門吊，將主拱風(fēng)撐FC1-3 分段吊裝至上層橋面系上，采用汽車吊吊裝并與拱肋節(jié)點(diǎn)焊接。吊索安裝，主拱支架拆除，橋面鋪裝施工。

待初次張拉后進(jìn)行拱下支架拆除，支架拆除完成后根據(jù)監(jiān)控指令進(jìn)行吊索二次張拉，全橋竣工。

4 拱肋測(cè)量與線型控制

為保證桿件的制造線形達(dá)到設(shè)計(jì)要求，制造時(shí)搭設(shè)胎架，縱橋向及橫橋向之間必須在工廠胎架進(jìn)行匹配制造。在出廠前進(jìn)行預(yù)拼裝，拼裝前按設(shè)計(jì)的坡度要求進(jìn)行臨時(shí)胎架的架設(shè)，經(jīng)過(guò)專業(yè)測(cè)量人員復(fù)測(cè)合格后，方可進(jìn)行預(yù)拼裝，組裝找正后，經(jīng)復(fù)測(cè)合格后對(duì)構(gòu)件進(jìn)行編號(hào)，桿件的上、下中心都必須做好標(biāo)識(shí)，為現(xiàn)場(chǎng)安裝提供依據(jù)。

4.1 監(jiān)控測(cè)點(diǎn)布置

每根桿件設(shè)置4 個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，在距離每端頭500mm 處頂板兩側(cè)各設(shè)置1 個(gè)主桁架監(jiān)控點(diǎn)，在距離每端頭1000mm處腹板兩側(cè)各設(shè)置1 個(gè)拱肋桿件，橋面板在頂板側(cè)布設(shè)4個(gè)監(jiān)控點(diǎn)。

4.2 拱肋標(biāo)高控制

根據(jù)拱肋桿件劃分情況，可選定距支架點(diǎn)最近的下弦與腹桿匯交節(jié)點(diǎn)作為標(biāo)高控制點(diǎn)。通過(guò)水準(zhǔn)儀將后視標(biāo)高逐個(gè)引測(cè)至胎架上的某一點(diǎn)并做好標(biāo)記，以此作為后視依據(jù)。根據(jù)引測(cè)各標(biāo)高后視點(diǎn)，分別測(cè)出平臺(tái)上相應(yīng)下弦控制節(jié)點(diǎn)標(biāo)記點(diǎn)位實(shí)際標(biāo)高，和相應(yīng)控制節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高相比較，即得出高差值，明確標(biāo)注于胎架相應(yīng)節(jié)點(diǎn)標(biāo)記點(diǎn)，以此作為桁架桿件組裝標(biāo)高的依據(jù)，標(biāo)高控制目標(biāo)為±5mm。

4.3 拱肋直線度測(cè)控

根據(jù)拱肋下弦桿中心線在水平面上投影為一直線，拱肋外邊投影線對(duì)稱于下弦中心線，故直線度的控制依據(jù)可考慮以下弦入手。

4.4 拱肋垂直度觀測(cè)

拱肋標(biāo)高、直線度調(diào)校完畢后，即采用平移法進(jìn)行拱肋垂直度控制。將具體測(cè)量定位軸線向同一側(cè)平移約0.7～1.2m（視具體通視情況定），得兩平移點(diǎn)。在一平移點(diǎn)上架設(shè)經(jīng)緯儀，后視另一平移點(diǎn)，在拱肋中間起拱處設(shè)立塔尺，用經(jīng)緯儀縱絲截面的讀數(shù)，并與平移值比較，以此確定拱肋跨中垂直度，跨中垂直度偏差允許值為10mm。

4.5 拱肋下?lián)献冃斡^測(cè)

鋼桁拱安裝完成后，架設(shè)全站儀于任意位置，直接照準(zhǔn)反射貼片中心得出此時(shí)高度坐標(biāo)并做好記錄，待桁架卸載后用同樣的方法，再觀測(cè)相同位置的高度坐標(biāo)，比較兩次高差即得出鋼桁拱下?lián)现?，并做好記錄?/p>

在每一組支撐體系的每個(gè)格構(gòu)柱固定位置刻好標(biāo)記，作為沉降觀測(cè)的測(cè)量點(diǎn)，在桿件安裝前對(duì)支撐體系整體進(jìn)行一次沉降記錄。

固定完畢后立即再對(duì)支撐體系進(jìn)行一次沉降觀測(cè)，并比較前一次的數(shù)據(jù)，看沉降是否均勻。若不均勻，應(yīng)立即停止安裝，并制定相應(yīng)的處理辦法。一根桿件安裝完畢后進(jìn)行整體復(fù)測(cè)，合格后方交下一工序焊接及栓接。按上述方法，依次安裝、測(cè)量其他桿件。

5 結(jié)束語(yǔ)

采用BIM 出圖與數(shù)控下料機(jī)結(jié)合，可提高鋼材下料精度，結(jié)合BIM 模擬試拼裝技術(shù)，采用“長(zhǎng)線法”加工拱肋，提高箱型桿件制造誤差。

拱肋在鋼結(jié)構(gòu)廠采用“長(zhǎng)線法”加工，有效避免了“短線法”的加工誤差，由于拱肋為細(xì)長(zhǎng)桿件，桿件變形受溫度影響較大，該工法根據(jù)理論計(jì)算各桿件變形設(shè)置加工余量，在鋼板下料時(shí)扣除余量，降低了溫度影響誤差。

將原設(shè)計(jì)圖紙中單個(gè)風(fēng)撐為1 個(gè)中心節(jié)點(diǎn)+6 個(gè)工字型桿件組成，桿件的數(shù)量越多，現(xiàn)場(chǎng)吊裝步驟越繁瑣，安全風(fēng)險(xiǎn)越難控制。本工法中優(yōu)化了風(fēng)撐施工工藝，將其中2 個(gè)桿件提前焊接在中心節(jié)點(diǎn)上，組成1+4個(gè)桿件形式，使得現(xiàn)場(chǎng)安裝速度更快，安全風(fēng)險(xiǎn)降低。