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復雜鋼箱拱橋——雙龍橋的三維設計


  
 
 

雙龍橋項目基本情況介紹


     引橋一:3×20m單箱雙室預應力連續箱梁,梁高1.4m,位于R=250平曲線上;
     主橋:中承式箱型拱橋,主梁采用鋼混組合結構,上面是混凝土板,下面為鋼格子梁,梁高1.5m,主梁全長245m,采用2%縱坡;
     引橋二:20m預應力簡支箱梁,梁高1.4m。


                                                                  圖一:主梁橫斷面


                                                           圖二:鋼箱拱縱立面



二、傳統軟件的設計難度

1、原設計有較大變更:BIM建模過程中,由于業主對主橋是否建立人行道尚未確定,橋面寬度存在變更的可能,傳統軟件在這種大變更的情況下,基本只能重新建模。

2、復雜的細部結構:每節段鋼格子梁的隔板都不是標準件,且隔板距離不盡相同,不能簡單地通過復制粘貼來實現。

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圖三:縱梁立面圖

3、復雜曲線、曲面建模:鋼箱拱由拱軸線是由一條冪函數構成,傳統設計軟件對這種復雜曲線通過多段線擬合設計調整導致的數據核算比較困難。

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圖四:主梁立面圖

三、百木科技達索BIM解決方案

   1、實時協同設計:項目經理對項目進行合理的分工劃分,每位工程師只需完成各自所負責的部分;鋼箱拱、格子梁、引橋、橋面系分開同時建模,然后通過組裝,得到完整的橋梁模型,提升建模效率。
   2、參數化建模:CATIA建模過程中通過特征參數發布,可以很方便地捕獲歷史設計和模板化。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:(1)模型調整變得快捷——通過參數調整模型,提高設計效率;(2)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。
   本項目中,梁寬出現變更,通過發布梁寬參數,當項目變更完成后,我們通過簡單地調整梁寬參數,得到目標模型;這也體現CATIA的核心競爭力——參數化快速調整模型。

圖五:梁寬為12m格子梁構件

                

 

圖六:梁寬為14m格子梁構件

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。以格子梁為例,通過發布橫隔板間距作為參數,隔板間距不同,可以通過在模板實例化過程中,調整每個節段隔板的距離實現不同節段格子梁的批量建模。


圖七:邊縱梁隔板距離1.8m

 


圖八:邊縱梁隔板距離1.4m

4、曲面設計:鋼箱拱是復雜空間曲面,在傳統二維設計中是難以表達清楚,采用CATIA進行三維設計可以通過定義法則曲線得到拱軸線,再通過拱軸線形成曲面,再對曲面進行加厚,得到三維的鋼箱拱。

 


圖九:定義法則曲線得到拱軸線

 


圖十:鋼箱拱模型

        5、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維模型的一致性。

四、CATIA建模成果展示

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                       圖十一:拱座模型                                  圖十二:吊桿與吊桿橫梁連接部位

                                                              圖十三:吊桿模型

                                                           圖十四:防護欄桿模型


                                                                圖十五:橋梁模型



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