中铁一局集团勘察设计分公司 西安 710054
摘要：某特大桥（86+172+86）m钢桁拱加劲连续梁悬臂浇筑施工三角挂篮，质量控制难度大，是标段的重点及难点工程。为了确保施工设计的安全，提升施工设计质量，本文基于BIM对该铁路大桥（86+172+86）m悬臂施工三角挂篮进行三维设计，通过建立三维结构计算模型，实现挂篮结构的优化设计；通过三维设计模型，方便进行碰撞检查，便于发现二维设计图纸的设计错误，实现可视化管理。
关键词：三角挂篮；BIM；三维设计；可视化
1 引言
建筑信息模型 Building Information Modeling，简称BIM，指通过仿真模拟建筑物所具有的真实信息而得到的所有数字信息的总和。伴随着BIM技术的兴起，我国大力推广BIM技术应用于日益发展的建筑行业，铁路工程中BIM技术的应用也得到发展。现阶段，国内BIM整体处于起步阶段，目前BIM在铁路悬臂施工挂篮设计尚处于探索阶段。本文基于BIM对铁路（86+172+86）m悬臂施工三角挂篮进行三维设计，建立三维设计模型与结构计算模型，减少设计错误，并实现可视化，对节约成本与缩短工期具有重大意义。
1.1工程概况
某特大桥（86+172+86）m连续梁梁体采用单箱双室变高度箱形截面，中跨跨中及边支点处梁高5m，中支点处梁高11m，梁底缘按二次抛物线变化。箱梁顶宽一般段14.6m，边支点处考虑与邻跨标准梁相接顶宽线性变化为12.6m，顶板厚0.45～0.6～1m，中支点附近顶板加厚为1m；边支点处局部顶板加厚为0.45m。主梁底板宽11.3m，底板厚度0.4～1.7m，边支点处局部底板厚0.7m，采用直腹板，腹板板厚按折线0.4-0.6-0.8-1.3m变化。该箱梁采用三角挂篮悬臂浇筑施工。
2.BIM设计平台
相对建筑工程，铁路工程中BIM技术应用的起步较晚，目前为止还没有针对铁路桥梁出台严格的BIM应用实施标准。本文根据铁路悬臂施工三角挂篮的结构特点，采用桥梁工程结构性能分析平台-Midas Civil、达索公司的三维设计建模平台-SOLIDWORKS、三维结构性能分析平台-SIMULA（ABAQUS）进行三角挂篮设计。
3基于BIM的铁路悬臂浇筑施工三角挂篮设计成果
3.1 有限元结构计算成果
3.1.1 三角挂篮整体建模分析
根据连续梁段结构形式，设计主桁架系统及各杆件系统的框架。采用MIDAS/Civil建立三角挂篮总体模型，对前支点、后部锚杆施加约束，荷载包括混凝土及挂篮自重荷载、模板荷载、全封闭挂篮防护系统荷载、施工人员及设备荷载、混凝土浇筑及振捣荷载、风荷载，将全部荷载转化为作用在底模纵梁及内外滑梁的线荷载，从而得到各杆件的内力值、应力值与变形值。图1与图2分别为该三角挂篮浇筑最不利工况条件下，优化前后的弯曲应力图，优化前最大弯曲应力位于底模纵梁，最大应力值为217.5MPa>215MPa，不满足要求，因此将原底模纵梁双工字钢2I36b优化为：双工字钢2I36b上翼缘及下翼缘贴厚度为10mm，宽度为250mm，长度为7000mm的加劲板，优化后最大弯曲应力值为152.8MPa<215MPa，满足要求。
3.1.3 三角挂篮有限元计算与优化设计成果小结
1、根据三角挂篮模块化设计库，设计主桁架及各杆件系统，根据计算结果对不满足强度要求的底模纵梁进行优化，优化后，底模纵梁的强度和刚度满足要求。
2、浇筑状态下，对前支点进行实体建模分析，计算结果表明，前支点的销轴及销轴孔壁强度满足要求。
3、滑移程中挂篮的倾覆力矩主要由后挂轮平衡，后挂轮销轴采用40Cr的Ф50双销轴，不满足要求，优化为Ф65的40Cr双销轴后，抗倾覆安全系数为2.2，满足要求。
3.2 三维设计成果
3.2.1 建立三维设计模型
采用Solidworks建立三角挂篮主桁架系统的三维设计模型，如图7，通过三维模型的真实模拟，发现了原二维图纸前后斜拉带与立柱上节点板通过销轴连接后，斜拉带与立柱上节点板的底板存在碰撞干涉。由于斜拉带角度无法调整，则考虑调整节点板底板，并加强。调整后的模型如图8。
图7优化前的三角挂篮主桁架的三维图
图8 优化后的三角挂篮主桁架的三维图
3.2.2 三角挂篮BIM设计成果
1、实现了三角挂篮主桁架系统的碰撞检查，减少了设计错误与修改返工。
2、实现该三角挂篮的可视化设计。
4 结语
伴随着BIM技术在国内的兴起与重视，铁路工程中BIM技术的应用也得到发展。目前BIM在铁路悬臂施工挂篮设计尚处于探索阶段。本文基于BIM对铁路（86+172+86）m悬臂施工三角挂篮的设计进行了探索，通过三维结构的有限元计算对挂篮各杆件及细部销轴等进行优化设计，从而使得该挂篮结构经济合理，安全可靠；通过三维设计模型，进行碰撞检查，发现了二维设计图纸的设计错误，减少了返工，对节约成本与缩短工期具有重大意义。目前，本文设计的（86+172+86）m悬臂施工三角挂篮已经在郑阜铁路沈界1号特大桥跨宁洛高速投入使用，其BIM设计思路可以为同类铁路悬臂施工挂篮的设计提供有益的参考。
参考文献：
[1]基于Bentley平台的铁路桥梁BIM设计系统[J].铁路技术创新，2017（1）12-14.
[2]桥梁工程设计 BIM技术应用探索[J].结构工程师 2016（32）4：7-12.
[3]徐骏，李安洪，刘厚强，等．BIM在铁路行业的应用及其风险分析[J]．铁道工程学报，2014（3）：129-133．
作者简介：
张莹洁（1984--），女，硕士研究生，工程师，主要从事临时设施的施工设计。
论文作者:张莹洁, 李玉盛,郭能,李小兔
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
标签：挂篮论文; 悬臂论文; 荷载论文; 铁路论文; 支点论文; 桁架论文; 模型论文; 《基层建设》2018年第5期论文;