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復雜鋼結構橋梁


  

一、項目背景

             淮安市淮海路跨京杭運河大橋主橋位于淮安市市中心淮海路,因此景觀要求較高。通過前期方案必選輯初步設計論證,施工圖最終采用圓塔形獨塔雙索面斜拉橋,主橋跨境組合為152+90m,橋寬38m,塔高74.5m。

                                   

二、傳統設計方法挑戰

1、鋼塔造型異型,鋼塔在斷面上由橢圓和圓組成,在縱橋向拉伸20m形成橋塔,此外橋塔還與異型塔翼板形成整體,構成完整的橋塔結構。對于這種各向異型的鋼結構,傳統的二維設計方法幾乎無法表達清楚。

                                   

2、細部構造,由于橋塔和塔翼板都是異型構造,塔和塔翼板連接、塔內錨固措施等細部構造,幾乎每個構件(板件)都不是標準形式,采用二維設計方法表達構件(板件)的幾何形狀、位置信息都需要大量直接和間接的參數,表達清楚十分困難,理解圖紙也相當困難。

                                       

3、結構分析,對于這種造型空間感極強的橋梁,其受力也相對復雜,因此有必要進行板殼(或實體)分析以確保結構安全。而如果采用常規的建模手段,建模工作量將十分巨大,對設計周期也將產生較大影響。


三、達索的解決方案

1、參數化的建模,橋梁設計的本質其實是構造參數的確定,建立參數驅動的參數化模型有多種好處:
模型調整變得快捷——通過參數調整模型,提高設計效率
模型可重復利用——橋梁設計不再是大量重復,而是可積累可繼承的過程

                                   

2、骨架驅動模型,屬于參數化建模的高級應用。一般意義的參數是指長度、角度、數量等,骨架可以理解為點、線、面的參數,而這些骨架參數又是以一般參數驅動的,因此能夠實現工程模型的全參化調整。在該功能支持下,可以實現更高效率的橋梁設計。骨架還可在設計初期道路中心線確定之前,先指定一條曲線作為道路中心線骨架,等道路中心線確定之后再進行替換。

3、自定義模板,屬于參數化建模的高級運用。一般以參數和骨架作為輸入,定義構件跟輸入之間的幾何邏輯關系,實現批量實例化的目的,從而極大的提高建模效率。以鋼錨箱為例:

                                             

4、曲面設計,橋塔和塔翼板的表面都是復雜空間曲面,在傳統二維設計中是難以表達清楚并統計工程量的,采用Catia進行三維設計可以準確的表達設計意圖并準確統計工程量。

                                   

5、鋼結構加工,曲面在加工的過程中是以直代曲的,Catia可實現按實際加工的要求模擬出曲面。從而在滿足加工能力前提下保證最低曲面造型差異。同時實現各個板材的展開,方便直接用于加工。

                                        

6、有限元分析,將Catia中的三維模型導入有限元分析軟件,對BIM模型進行二次利用,省去了在有限元軟件中前處理建模的時間,大大提高了分析效率,同時也保證分析模型與三位模型的一致性。

 

四、設計成果

1、交付問題,三維設計顛覆了以完備的二維圖紙進行交付的模式,因此需要提出一套符合三維設計為基礎的交付方式。

                                                        
 
 
 
2、成果展示
定位框架圖
                                         

三維模型圖
                                         

詳圖
                                         
 

五、BIM設計優勢

解決復雜空間結構在傳統二維設計無法表達或表達困難的問題 
實現更精確的設計,包括施工圖表達及工程量統計
可視化設計過程,方便對設計進行檢查
BIM模型可多次利用,如有限元分析、運營維護等
提高設計效率,并使設計過程可繼承設計經驗可積累
 
 
 
 
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