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采用Tekla软件进行桥梁结构设计的实践
发布人:万博manbetx官网 来源:万博manbetx体育 日期:2019-08-29 14:03

  “3D建模是桥梁设计及施工领域发展的方向。”在维思平(WSP)分公司信息技术开发经理Antti Karjalainen看来,在建筑和施工中使用3D建模,好比打字机在文字工作中逐步普及一样。

  建筑信息模型(BIM)的打造过程中,包含多个较有实用性的新兴技术,包括激光扫描,以及多个可从此类先进3D模型中获益的方式。此类包含在模型中的建筑数据,对项目的多个参与方具有实践意义,包括承包商、施工方及其次承包商。此模型可用于输入或输出尺寸及尺度,若采用激光扫描,便可打造用于加速老桥翻新速度的原始模型。

  Karjalainen表示:“的一些承包商似乎已经尝到了甜头,这说明他们已经领略到了结构建模的附加价值。”

  “智能桥梁”项目于2001年至2003年实施,提倡以现代化方式进行桥梁设计。目的是为混凝土桥梁的3D设计打造全新方式,进一步将设计模型引入实地测量的源信息。

  3D混凝土桥梁的全新设计由此问世,并通过了初步测试。以3D为导向的工作方式,被普遍认为能为桥梁设计及实地测量带来裨益。此外,3D设计还可为桥梁工程领域的其他方面带来不同的效果和优势,用于提高精度对比的计算机辅助设计工具,也已经研发完成。

  目前,已有研究支持桥梁设计的3D可视化。奥卢大学建筑技术研究中心,自2005年以来开展的一项研究表明,3D可视化是桥梁设计的综合工具。最佳的可视化效果将为设计过程带来便利,并提升设计效率。将可视化过程、计算机辅助设计工具,和设计方法融入到可视化过程中十分必要。3D空间可减少设计误差,提高设计工作的劳动生产力。更重要的是,将模型直接运用至3D实地测量的可行性亦得到了。这消除了由人为因素和数据格式转换引起的错递。

  自2005年以来,“5D桥梁联盟”(5D Bridge Consortium)作为讨论和开坛,被视为“智能桥梁”项目的延续,其目的是利用3D以上维度的信息,逐步渗透桥梁设计和施工的全过程。这方面的工具包括3D激光扫描、通用记录器、Tekla结构软件,以及其他可兼容的先进软件。在公桥和铁桥方面,约有10个试点项目可进行5D试验,用于证明5D优势的工作仍在继续。根据最新研究结果,3D建模在桥梁设计在普及,施工及建筑领域内的一些重要参与者也表现出了兴趣。

  目前在建的世界最高的铁桥位于印度,恶劣的地形和气候给施工带来了不小的挑战。这座跨越杰纳布河的铁桥拥有令人印象深刻的钢结构。

  维思平分公司是这座钢结构铁桥的主要设计方,决定使用Tekla结构的3D建模属性来完成该施工项目。该设计方法为这个项目带来了效率和优化,其自动冲突检查功能可及时冲突。“通过建模来设计钢结构,事半功倍。”维思平分公司桥梁部门负责人Pekka Pulkkinen表示。由于印度地形崎岖,况较差,杰纳布桥项目在物流管理方面极具挑战性,但3D建模使金属板的运输效率大幅提升。此外,得益于温度校正(钢+ 20ºC,混凝土0ºC)等特殊功能,钢筋混凝土结构中的支撑、构件和砌块结构更易于开展。

  在北部卡亚尼的Varikko仓库桥的案例中,桥梁一侧被拓宽,桥下的仓库建筑被一并拆除。这是一座由钢筋混凝土建造的桥,具有曲面几何结构和恒定等截面,跨度为15.3+14.8+14.8+11.0+8.3m,有效宽度约为15.4米。混凝土结构整体采用Tekla结构建模,包括桥梁基座以及部分将与新结构衔接的结构。在建模时,利用激光扫描将模型定位在地面坐标系中。对弯曲的混凝土顶进行建模本不是问题,但为了使钢筋钢丝群遵循弯曲的轮廓,还需进一步加固。维思平分公司表示,对桥梁基座、地面支撑和中间支撑进行建模,无论是对混凝土结构还是加固,都可谓简单快捷。“在施工的不同阶段,桥梁的几何形状被测量了好几次,结果与模型进行了比较。”Karjalainen说,“同时,我们用这个模型来测量几何图形的质量。因此,我们认为结合最新的测量方法进行建模是一种高效的工作方式。我们相信在不久的将来,这种工作方式会被越来越多的人使用。”

  奥卢的Madekoski铁桥是一座宽7.2米的三跨混凝土板桥,其上部结构是由钢连接件支撑的复合钢管桩。该桥桥面建于铁轨的一侧,并在火车暂停通车和停止电压供应期间,通过液压千斤顶移动到现有,再放至通过铁堤运送至此的桩上。

  在火车暂停通车和停止电压供应期间,通过堤将端部和中间支座的钢管桩打入堤,将其剪至高程线以下。Karjalainen表示:“在吊装或移动已建成的桥梁结构时,确保它与现有基座相匹配至关重要。为了确保成功装配,我们通常会将成品尺寸与精确的模型进行比较。”

  位于的克鲁塞尔大桥于2008年春季动工。对于这个项目,市需要利用建模来获得正确的度量。Karjalainen表示:“这个项目很有挑战性,项目内容涵盖现场浇筑的混凝土桥面,但常值得通过建模加以完成。”克鲁塞尔桥是一座双开口不对称斜拉桥,该项目采用Tekla结构,对其钢筋、混凝土构件以及护岸支撑墙进行设计。大桥跨度为92.0 + 51.5米,主桥上有一条供小船通行的宽通道,位于浅滩内的行人通道净高2.8米;桥梁的缆索系统好似不规则的竖琴结构,其中后跨的缆索角度,比前跨的缆索角度更为陡峭;前部桥塔塔身约向后倾斜11度。

  在Karjalainen看来,在客户进行设计决策时,3D建模拥有显而易见的优势。“建模不再虚构,有了这样的建模软件,桥梁设计的质量将得到,并会为使用建模软件的企业和行业增加价值。”开发适合桥梁设计的建模软件,需要引入专业化的工具和零件库,但这些可以通过合作加以实现。

  Tekla结构建筑及建设销售经理Thomas Grönholm认为,建筑信息模型(BIM)可对建筑行业带来诸多好处。“我们近期开发的一个新项目便向这个方向迈出了一步。在这个项目中,原始数据可以直接从交通工程软件(如Tekla Xstreet)读取到Tekla结构中,基于这些信息,桥梁设计师可以在很短的时间内为投标建立3D模型。在未来,结构模型将包含或关联整个建筑生命周期的信息,包括竣工、翻新和信息。”

  《桥梁 · BIM视界》(季刊)自2017年3月份创刊以来,一直致力于推广宣传BIM技术,为工程师们搭建相互沟通、交流、讨论的平台。该由广东省公建设有限公司、交通运输部公科学研究院、中交公规划设计院有限公司、《桥梁》社共同主办。同时,为加强企业与间的交流与合作,更好地服务企业,本刊技术委员会和编审委员会也诚邀各相关单位加盟本刊理事单位,共同推动我国BIM技术的进步,促进我国公、桥梁等领域BIM应用的发展。

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