基于BIM的钢管混凝土系杆拱桥施工控制研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zhangyanmin2008
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钢管混凝土系杆拱桥为梁拱组合体系,具有自重轻、受力合理、适应性强和造型美观等优点,在工程中得到广泛应用。其施工工序繁多且方式复杂,对施工过程的准确控制成为提高施工质量、效率和安全的关键。随着BIM逐渐成熟,其在桥梁工程领域中的应用范围不断扩展,基于BIM的施工控制也成为目前的研究重点。本文以乌金渡拱桥为工程背景,对基于BIM的钢管混凝土系杆拱桥施工控制进行了研究。首先,研究并制定了公路桥梁构件信息分类与编码体系;在此基础上通过参数化建模,建立了包含纵系梁、拱肋钢管和风撑等构件的核心构件族库,根据空间位置拼组形成全桥BIM模型,并通过施工图校核发现11处错误;通过细部构件参数化建模,建立精细化的拱脚局部BIM模型,并通过碰撞检查发现与预应力筋相关的18处碰撞问题;通过Dynamo可视化编程完成了BIM模型信息集成,提升了附属信息关联BIM模型的效率。其次,研究了基于BIM的全桥有限元分析数据转换方法,基于Dynamo与Python编程实现全桥BIM模型节点、单元和截面MCT命令流的转换,生成Midas Civil有限元分析模型;分析结果显示,拱脚部位为拱肋和系梁的最不利位置,应在施工过程重点控制;通过对各施工阶段进行参数敏感性分析,确定各施工阶段拱肋线形和钢管应力的主要控制参数和次要控制参数,为施工控制提供数据支持,并确定主要控制目标。再次,研究了基于BIM的拱脚局部有限元分析数据转换方法,基于Dynamo与Python编程实现拱脚几何模型的分割与转换,生成Midas FEA细部分析模型;对各最不利荷载工况下拱脚应力分析,大部分区域符合设计强度要求,小部分区域如拱肋上下钢管与拱脚混凝土交界处存在应力集中现象,应力超出材料强度设计值,在施工过程中必须予以重视;基于BIM参数化建模优势,探究了承压板和加劲肋对拱脚应力结果的影响,由分析结果可知,承压板和加劲肋可大幅降低拱肋钢管的最大应力,有效缓解拱脚区域应力集中现象。最后,研究并制定了施工监控测点分类与编码体系,建立包含监控测点的施工监控BIM模型;基于Dynamo开发了监控测点数据管理系统,包含测点数据管理、数据分析和可视化预警三个模块,以Midas Civil的计算结果和施工过程实测数据为基础,实现对数据的高效统一管理与分析展示;针对疫情期间施工进度延误导致的施工参数变化问题,基于Dynamo和Python,编程实现了施工实际结构参数与Midas Civil模型的实时反馈修正,提升了施工控制的准确度。
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