1、第 4 卷第 1 期2012 年 3 月Vol 4No 1Mar 2012合肥新桥机场斜跨拱桥锚箱深化设计制作及 BIM 关键应用杜伸云( 中铁四局集团钢结构有限公司，合肥市230022)【摘要】合肥新桥机场高速公路斜跨拱桥的结构为单跨 68m 中承式钢 混组合结构。梁、 拱吊索锚箱的角度控制是本桥深化设计及制作的难点， 本文主要介绍利用 BIM 解决吊索锚箱深化设计方面的难题以及梁、 拱制作关键技术。【关键词】斜跨拱桥; 锚箱制作; BIM【中图分类号】U443 24【文献标识码】A【文章编号】1674 7461( 2012) 01 0082 05【作者简介】 杜伸云( 1984 ) ， 男
2、， 助理工程师， 技术员。主要从事各种钢结构的详图深化设计、 工厂钢构件制作方案编写以及钢构相关软件普及推广工作。1工程概况合肥市新桥国际机场高速公路斜跨拱桥主要由拱肋和桥面系组成。拱肋跨距 68m， 拱高 24 286m。桥面系长 72m， 宽 13 065m。拱肋斜跨过主梁， 两者之间的平面夹角为16。主梁通过9 对吊索均匀地作用在拱肋上， 吊索采用空间索面， 在顺桥方向上形成一个扭转面， 具有很强的空间立体感见图1。图 1新桥机场斜跨拱桥整体效果图合肥新桥机场斜跨拱桥锚箱深化设计制作及 BIM 关键应用83拱肋为单箱单室截面见图2， 宽182m， 高 36m，采用 T 型加劲肋， 全桥连
3、续。每隔 3m 设置一道横隔板， 板厚为20mm。拱肋轴线在其平面内为二次抛物线， 方程为: y = 0021 008 403x2， 矢跨比为0357 1。桥面系钢结构分为纵梁、 横梁、 小纵梁见图 3。纵梁为箱型截面， 并于外侧形成风嘴。横梁为箱型截面， 顶面布置剪力钉。小纵梁为工形截面， 纵向通长布置。2锚箱深化设计锚箱是梁、 拱连接的关键节点。因梁、 拱吊索锚固点相对位置较复杂， 锚箱的定位以及尺寸放样就成了本桥深化设计及制作的难点。为提高三维放样出图的准确率及效率， 锚箱的深化设计使用了BIM， 所用的核心建模软件为 Tekla Structures， 然后通过此信息模型为后续的制作、
4、 安装服务。下面主要介绍锚箱深化设计的步骤及要点。2 1梁、 拱建模按照设计要求， 通过 Tekla Structures 软件对梁、拱进行建模， 以确定梁、 拱的相对位置、 结构、 尺寸及材料、 编号等信息。2 2确定梁、 拱锚固点根据设计给出的坐标点， 先在梁、 拱上分别标记出锚箱的锚固点， 然后将梁、 拱对应的点用直线( 锚索) 连接起来， 从而确定出各锚箱导管的方位。2 3锚箱深化设计锚箱的基本结构见图 4， 主要由锚垫板、 锚底板、 承压板、 导管及加劲板组成。锚箱深化设计的难点在于纵梁与吊索之间的夹角多变， 导致锚箱外形尺寸不规则， 种类繁多。下面以纵梁锚箱为例， 介绍锚箱深化设计
5、步骤:2 3 1导管深化导管与锚索同心， 下部至锚固点， 上部伸出纵梁顶板100mm， 按此规则确定导管的长度及角度， 在 Tekla84应 用 交 流Structures 软件中通过 “ 创建梁” 命令进行建模。2 3 2锚底板深化锚底板在导管底部且垂直于导管， 按此规则在Tekla Structures 软件中通过 “创建多边形板” 命令进行建模。2 3 3承压板深化承压板是锚箱的关键零件， 其两侧顶紧纵梁隔板， 顶部顶紧纵梁顶板， 其外形尺寸随锚索与纵梁的角度变化而变化。在建模时， 先通过“创建多边形板” 命令在垂直于锚底板且通过导管圆心的平面内画出多边形板( 辅助零件) 与顶板、 对应
6、隔板相交( 要求次板要足够大) ， 然后在多边形板的法向上向两侧复制多边形板， 后删除原多边形板。通过“使用另一零件切割” 命令确定两块多边形板( 辅助零件) 与隔板及顶板的交线， 再通过“创建多边形板”命令沿着交线描出承压板的外形尺寸， 最后删除辅助零件。至此， 完成承压板的建模。2 3 4加劲板深化加劲板垂直于底板及承压板。在垂直于承压板的平面内通过 “创建多边形板” 命令创建加劲板，然后通过 “线性复制” 及“镜像” 命令完成其余加劲板的建模。通过以上步骤， 在 Tekla Structures 软件中完成锚箱的深化建模。2 4建模要点2 4 1零件属性的准确由于本桥零件数量及种类繁多，
7、 因此在运用Tekla Structures 软件建模时要求零件的属性输入要正确， 以方便后面的查询、 修改、 加工图的输出。零件属性包含: 零件编号的前缀、 开始编号、 构件编号前缀、 开始编号、 名称、 截面型材、 材质等。只有在建模时正确的输入这些信息， 我们建立的信息模型最后才能得到准确、 可靠的结果。2 4 2单元件的合理划分由于本桥结构较复杂， 很多零件要先制成单元件后， 再总体拼装。只有合理的划分单元件， 才能为图纸输出及工厂制作提供方便。本桥纵梁单元件分为: 顶板单元、 底板单元、 斜底板单元、 腹板单元、 斜腹板单元、 隔板单元及锚箱单元见图 5。为此， 在使用 Tekla
8、Structures 建模的时候必须先将组成各单元件的零件 “焊接” 在一起组成单元件( 次构件) ， 再将各单元件附在一个辅助构件上组成构件。辅助构件是为出图方便而设置的一个零件符号( 拟定为 1* 1* 2mm 的长方体) ， 重量忽略不计， 仅作为构件编号及方便输出各单元件的图纸使用。合肥新桥机场斜跨拱桥锚箱深化设计制作及 BIM 关键应用85图 6锚箱拼装图图 7锚箱与隔板拼装图3锚箱制作锚箱制作的主要难度是锚箱导管角度的精度控制， 保证梁、 拱对应的锚箱导管要在一条直线上。为保证拼装精度， 先将锚箱与对应的隔板焊接在一起， 然后将其整体吊入纵梁底板单元上就位， 再拼装斜底板单元、 斜
9、腹板单元、 腹板单元及顶板单元，最后插入锚箱导管精确定位。所有这些工序的顺利进行， 都得益于前阶段所建立的数字模型。3 1锚箱制作流程3 1 1下料主要是承压板的下料。为保证制作精度， 承压板下料采用手工划线号料， 并使用半自动切割机进行切割。锚底板下料采用数控切割机进行下料， 劲板下料采用直条切割机进行切割。下料时要标记清楚零件的编号， 必须与信息模型一一对应。3 1 2划线主要包括: 在隔板上划锚箱承压板与隔板的交线( 承压板位置线) ， 在锚底板上划出承压板、 劲板的位置线， 以及在承压板底部划出其与锚底板对应的基准线。3 1 3拼装按照划线， 先将锚箱拼成一个整体见图 6， 然后再将其
10、与隔板拼装见图 7。主要控制点如下:承压板与锚底板之间的相对位置: 通过两块承压板的外形尺寸及与锚底板之间的空间位置关系，使承压板与隔板的接触边在与隔板顶紧时形成一定的空间角度， 即关键控制点。锚箱与隔板之间的相对位置: 将锚箱放在对应的隔板上， 通过 3 1 2 部分的划线将锚箱与下部隔板定位， 然后再将另一块隔板放在锚箱上部。通过基准， 调节上部的隔板使其在投影放样与下部隔板重合， 通过临时支撑固定后整体焊接。矫正主要通过火焰矫法矫正焊接变形。3 2整体拼装拼装流程:以上拼装流程主要是在专用胎架上通过各板单元的基准线进行定位， 然后焊接。锚箱导管与顶板之间是斜交， 顶板开孔形状呈椭圆形见如
11、图 8。箱梁焊接完成后， 通过基准线定位椭圆孔在顶板上的中心位置及长轴方向， 进行开孔切割， 然后插入导管定位焊接。至此， 本桥的关键深化设计及制作已介绍完毕。本桥主体钢结构现已架设完毕见图 9。图 8顶板开孔图86应 用 交 流图 9合肥市新桥国际机场高速公路斜跨拱桥现场安装4结语由于本桥结构新颖， 造型复杂， 单纯采用 CAD制图很难完成详图深化及指导工厂制作。通过 BIM在本桥中的应用很好地解决这种结构的难点， 且提高了深化设计的效率、 准确率， 为工厂加工提供了很大的方便。复杂部位， 工人可以观察三维模型，提高了工人识图的准确度及识图速度， 为以后类似桥梁的深化设计及制作提供了一定的参
12、考价值。参考文献 1 铁路钢桥制造规范 ( TB 102122009) 2公路桥涵设计通用规范 ( JTG D602004) 3 钢结构工程施工验收规范 ( GB50205 2001) 4 张晓龙， 马恩成， 夏续勇等 钢结构三维模型碰撞检测技术研究及应用J 土木建筑工程信息技术， 2009， 1( 2) : 51- 54 5 唐国武， 王伟， 杜伸云等 BIM 在合肥南环线钢桁梁柔性拱桥施工中的应用J 土木建筑工程信息技术，2011， 3( 4) : 76- 81 6 吕建鸣， 陈可 斜拉桥空间有限元精细化建模技术研究 J 土木建筑工程信息技术， 2009， 1( 2) : 1- 6 7 许
13、镇， 任爱珠， 陆新征 基于有限元的桥梁垮塌场景模拟初探 J 土木建筑工程信息技术， 2010， 2( 4) : 14- 20The Detailed Design Production of the Anchor Box of theArch Bridge of Diagonal- span Located on Hefei XinQiao- AirportExpressway and Critical Applications of BIMDu Shenyun( Steel Structure Engineering Co，Ltd，of CTCE Group，Hefei 230022，Ch
14、ina)Abstract: Arch bridge of diagonal- span located on Hefei XinQiao- Airport Expressway is medium- supportingsingle- across with steel- mixed composite- structure whose span is 68 meters long The tough of design and manufac-ture in this project was to control the angels of beams and arch slingsanchor boxes The key technology of beamsand arches manufacturing would be mainly described，and the use of BIM to solve the difficult problems in furtherdesign of slingsanchor boxes would be shown as wellKey Words: Arch Bridge of Diagonal- span;Anchor Box Manufacturing;BIM
