BIM論文 ▏▏基于CATIA的鋼桁架拱橋建模研究

2016-11-25  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

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本期論文簡介

作者:華筑-比目魚專家 趙雪鋒 劉占省

高級工程師 楊露 鄭曉磊 劉繼

論文題目:《基于CATIA的鋼桁架拱橋建模研究》

刊登刊物:《工業(yè)建筑》

刊登日期:2016年7月1日

閱讀到文章末尾

大神手把手教你成為CATIA大咖

《基于CATIA的鋼桁架拱橋建模研究》

作者:趙雪鋒 劉占省 楊露 鄭曉磊 劉繼

(北京比目魚工程咨詢有限公司,北京)

提 要:借助CATIA強大的三維建模能力,根據(jù)重慶朝天門大橋工程實例為實踐,介紹一種基于CATIA的鋼桁架拱橋建模方法。本方法基于CATIA參數(shù)、骨架、模板和知識工程等等。該方法符合實際工程習(xí)慣,方便應(yīng)對工程變更。

關(guān)鍵詞:橋梁;鋼桁架拱橋;CATIA;骨架;模板;知識工程

引言

一、引言

CATIA作為達索平臺的三維設(shè)計核心產(chǎn)品,擁有領(lǐng)先世界產(chǎn)品設(shè)計與創(chuàng)新的解決方案。CATIA可以幫助用戶采用三維技術(shù)來設(shè)計未來的產(chǎn)品。并支持從項目前期、設(shè)計、分析、模擬、組裝到維護在內(nèi)的全生命周期設(shè)計流程。與其他三維設(shè)計軟件相比,CATIA的主要優(yōu)點是:(1)CATIA整體功能強大、可創(chuàng)建任意實體和曲面造型;(2)CATIA提供參數(shù)化設(shè)計功能和強大的知識工程,可實現(xiàn)產(chǎn)品快速成型和變更。(3)CATIA的各個模塊基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺,各個模塊存在真正的全相關(guān)性。

本文根據(jù)重慶朝天門大橋工程實例,重點闡述CATIA在大型鋼桁架拱橋中的建模應(yīng)用方法。

工程簡介

二、工程簡介

重慶朝天門長江大橋地處重慶市主城中央商務(wù)區(qū),西接江北區(qū)的五里店立交,東接南岸區(qū)渝黔高速公路黃角灣立交,是重慶主城區(qū)向外輻射的東西向快速主干道。

朝天門大橋主橋采用(190+552+190)m中承式鋼桁連續(xù)系桿拱橋,雙層橋面布置,上層外雙向六車道和兩側(cè)人行道,橋面總寬36m。下層中間為雙線城市軌道交通,兩側(cè)各預(yù)留一個汽車車行道。

兩片主桁間距29m,拱頂至中間支點高度為140m,拱肋下弦線采用二次拋物線,其矢高128m;拱肋上弦部分線形也采用二次拋物線,與邊跨上弦之間采用R=800m的反向圓曲線進行過渡。鋼桁拱肋跨中桁高12m,中間支點處桁高74m(其中拱肋加勁弦高46.65m),邊支點處桁高為11.83m。全橋采用變節(jié)間布置,共有12、14、16等三種節(jié)間形式,其中邊跨節(jié)間布置為5X12m+5X16m,中跨節(jié)間布置為5X16m+2X14m+28X12m+2X14m+5X16m。全橋布置有上下兩層系桿,其高度間距11.83m,上層系桿構(gòu)造采用“H”形斷面搞結(jié)構(gòu)系桿,下層系桿構(gòu)造采用“H”形斷面鋼結(jié)構(gòu)系桿+體外預(yù)應(yīng)力索,鋼結(jié)構(gòu)系桿端部與拱肋下弦節(jié)點相連接,下層體外預(yù)應(yīng)力索錨固于節(jié)點端部。

吊桿橫向間距與桁寬相同,為29m,縱向間距與主桁節(jié)間布置相同,每個吊點處的吊桿采用兩根φ7-109絲的高強度平行鋼絲束組成,吊桿上端錨固于拱肋下弦節(jié)點處設(shè)置的錨梁上,下端錨固于上系桿節(jié)點處設(shè)置的錨梁上。

上層橋面采用正交異性鋼橋面板,橋面板厚14mm,采用“U”形閉口肋,縱向每3m設(shè)置一道橫隔板,橫向布置6道縱梁,在主桁節(jié)點處設(shè)置一道橫梁,全部橋面荷載均通過橫梁傳給主桁。下層橋面兩側(cè)采用正交異性鋼橋面板,橋面板板厚14mm,采用“U”形閉口肋,縱向每3m設(shè)置一道橫隔板,橫向每側(cè)布置3道縱梁,在主桁節(jié)點處設(shè)置一道橫梁,全部橋面荷載均通過橫梁傳給主桁;下層橋面中部采用縱、橫梁體系,其橫梁與兩側(cè)鋼橋面板相同,共設(shè)置4片輕軌縱梁,其間距為2m,每兩片縱梁通過平聯(lián)和橫梁連為一體,縱梁上置木質(zhì)枕和50kg/m鋼軌,作為輕軌交通走形軌道。

拱肋上弦在中跨設(shè)置平面縱向聯(lián)結(jié)系,拱肋下弦(除上、下層橋面所在節(jié)間外)及加勁弦均設(shè)置平面縱向聯(lián)結(jié)系,下層橋面下部設(shè)置平面縱向聯(lián)結(jié)系;中間支點和邊支點在主桁間均布置橋門梁。

主桁采用整體節(jié)點、節(jié)點外拼接技術(shù),所有鋼構(gòu)件均采用工廠焊接制造,除鋼橋面面板和“U”形肋外用現(xiàn)場焊接外,其余全部構(gòu)件現(xiàn)場均采用高強度螺栓連接,其中主桁采用M30高強度螺栓,聯(lián)結(jié)系、行車系采用M24高強度螺栓。

主橋支承體系布置如下:

縱向支承體系布置為兩岸側(cè)主墩設(shè)置固定鉸支座,其余各墩均設(shè)置活動鉸支座。

橫向支承體系布置為主墩均設(shè)置固定支座,支座上、下座板之間留有一定間隙,可滿足橫向溫度作用下位移的要求;交界墩設(shè)置活動支座,邊支點下橫梁中心設(shè)置兩個橫向限位支座。

大型鋼桁架拱橋結(jié)構(gòu)特點

三、大型鋼桁架拱橋結(jié)構(gòu)特點

鋼桁架拱橋之所以能夠在大跨徑橋型特別是公鐵兩用橋中有一定的競爭力,并有較大的優(yōu)勢,是與有以下優(yōu)點分不開的:

(1) 拱橋的力學(xué)特點決定其基有較好的豎向剛度,而斜拉橋和懸索橋本身屬于柔性體系,必須在結(jié)構(gòu)和體系布置上加以處理才能滿足受力和高速行車的要求。

(2) 桁架橋中的桿件多為承受軸向力構(gòu)件,能夠充分發(fā)揮材料的力學(xué)性能。

(3) 桁架橋具有每個節(jié)點桿件都能夠根據(jù)受力大小而靈活改變鋼種和截面的特點,展現(xiàn)了良好的經(jīng)濟性能。

(4) 橋梁的上部結(jié)構(gòu)施工多為高空作業(yè),桁架拱橋的單根桿件先對較輕,不需要大型的起吊設(shè)備,施工迅速。

(5) 鋼桁拱橋外形輪廓柔和,橋型雄偉壯觀,易于與周邊景觀協(xié)調(diào)搭配,能夠體現(xiàn)現(xiàn)代化的風(fēng)貌。

鋼桁架拱橋同樣也存在一些不足:

(1) 桁架拱橋的節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜,設(shè)計時其抗疲勞性能需要做深入研究。

(2) 大跨度鋼桁架拱橋的弦桿和腹桿自由長度較大,承壓時存在著失穩(wěn)破壞的可能,因此,在桿件設(shè)計時要充分考慮穩(wěn)定性要求

(3) 大跨度鋼桁架拱橋在施工中的整體穩(wěn)定性能較弱。

(4) 由于承載高,需要大噸位支座;從“全生命周期設(shè)計”出發(fā),還要考慮大型支座的更換問題。

(5) 作為鋼結(jié)構(gòu),要考慮材料的長期防腐性能。

重慶朝天門大橋主桁立面結(jié)構(gòu)圖

拱肋上平縱聯(lián)

大型鋼桁架拱橋建模研究

四、大型鋼桁架拱橋建模研究

4.1 基本原則

(1) 坐標系:朝天門大橋具有一定的對稱性,在考慮坐標系上,為了便于建模和保存坐標一致性,把原點設(shè)在下層橋面對稱點上,即X軸位于縱向梁中心線,Y軸位于橫向向梁中心線,Z軸垂直朝上。

(2) 建模單位:本項目采用mm為長度單位,kg為重量單位。

(3) 命名標準:本項目采用“項目_區(qū)域(所屬系)_零件_編號”的形式,由于CATIA不支持中文名保存文件,對接保存文件名形式為:CTM(朝天門)_ZH(主桁)_XG(系桿)_1(系桿1)

(4) 建模方法:骨架驅(qū)動+文檔模板+參數(shù)化調(diào)節(jié)+知識工程陣列。骨架為定位所需要的點線面基本元素,模板為實例化所需的庫模板,參數(shù)調(diào)節(jié)為實例化之后可方便驅(qū)動零件,知識工程陣列為模板實例化時快速實現(xiàn)方式。

(5) 文件屬性:為滿足項目材料統(tǒng)計和加工圖中的BOM,所有文件屬性均需要定制,同時定制完的屬性信息在后期運維的時候也方便查詢構(gòu)件信息,并且構(gòu)件信息需要跟模型有一定關(guān)系。如果是后加入的屬性信息意義不大。

(6) 出圖標準定制:模板實例化之后為了出圖的表現(xiàn)性需要對CATIA出圖標準進行定制,定制可以采用二次開發(fā),也可以采用修改XML文件來實現(xiàn),本項目中采用修改XML來實現(xiàn),不涉及二次開發(fā)等內(nèi)容。

4.2 定制標準

(1) 模型文件定制:本項目采用CATIA V5R20,模型文件屬性定制如圖:

(2) 圖紙BOM定制:

修改XML內(nèi)容達到圖紙BOM表定制功能,修改如下:

(3)物料清單格式定制

物料清單格式定制屬性與文件模板屬性內(nèi)容和順序保持一致性。如下圖:

(4) 知識工程環(huán)境定制:

知識工程類型的參考目錄:

D:\Program Files\Dassault Systemes\B20\win_b64\resources\knowledge\knowledgeTypesCustom

知識工程的環(huán)境:

D:\Program Files\Dassault Systemes\B20\win_b64\resources\knowledge

4.3 發(fā)布骨架

通過AutoCAD提取拱橋各個方向的平立面視圖,然后倒入CATIA中,通過草圖得到如下線架構(gòu)模型。

線架構(gòu)模型

得到線架構(gòu)模型之后,需要對應(yīng)桿件截面編號名字,方便骨架對應(yīng),截面編號一樣的桿件用同一個文檔模板,由于項目具有一定的對稱性,所以發(fā)布其中一部分骨架線即可。

也可以把桿件編號CAD導(dǎo)入CATIA,以方便查詢和對照桿件截面信息。如下圖:

發(fā)布骨架線,因為以前把桿件編號命名好,所以發(fā)布的時候名字會自動對應(yīng),發(fā)布好處在于,一旦我用另一根相同名字的線來替換現(xiàn)有的線,那么基于發(fā)布所做的相關(guān)實例化結(jié)果都會自動更新。如圖:

4.4 文檔模板

本項目中大致要做兩種類型的文檔模板,一種是桿件文檔模板,桿件文檔模板會有好多種形式,比如箱型截面、工字鋼截面等,一種是節(jié)點文檔模板,節(jié)點文檔模板的形式會更多。文檔模板的標準都新建自4.2(1)中所示的文件!好處在于方便后期物料統(tǒng)計和BOM的處理。

文檔模板目錄樹

4.5 知識工程陣列

通過知識工程陣列我們可以利用已經(jīng)建好的模板實時快速的建立模型,利用知識工程陣列不僅可以建立單獨的零件模板模型,還可以將裝配組件建成模板。

通過幾行簡單的知識工程語言就可以快速的實例化,得到鋼桁架拱橋模型,如下圖:

結(jié)語

五、結(jié)語

通過朝天門大橋工程實踐,我們隊CATIA軟件有了更加深刻的認識,并總結(jié)提煉出使用與鋼桁架拱橋結(jié)構(gòu)的三維建模方法。即以橋梁總體布置骨架為主導(dǎo),以構(gòu)件設(shè)計模板為核心,結(jié)合參數(shù)化、知識工程陣列等功能,實現(xiàn)大型鋼桁架拱橋的有效建模。

參考文獻

參考文獻

[1] 張建平,余芳強,李丁.面向建筑全生命周期的集成BIM建模技術(shù)研究[J].土木建筑工程信息技術(shù),2012,4(1);6-14.

[2] 達索系統(tǒng)集團官方網(wǎng)站,http://www.3ds.com/zh/products-services/catia/

[3] 黃俊炫,張磊,葉藝.基于CATIA的大型橋梁三維建模方法

[4] 肖汝誠 孫海濤.大跨度鋼桁架拱橋關(guān)鍵問題研究.

作者簡介

趙雪鋒

個人簡介:

華筑—比目魚聯(lián)合創(chuàng)始人

趙雪鋒 高級BIM顧問

博士 碩士生導(dǎo)師

工程管理研究所 所長助理

中國BIM指數(shù)研究中心 副主任

中國建筑學(xué)會施工BIM應(yīng)用專委會 副秘書長

中國BIM發(fā)展聯(lián)盟技術(shù)委員會 委員

全國BIM技能等級考試專家委員會 委員

國家注冊一級建造\造價\咨詢\監(jiān)理工程師

項目經(jīng)驗:

于BIM復(fù)雜條件下地鐵站點工程建模及進度分析

基于BIM的工程量自動提取和造價生成關(guān)鍵

技術(shù)研究 (博士科研啟動基金)

基于建筑信息模型(BIM)的平板電腦施工現(xiàn)場

管理交互系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究(教育部博士點)

BIM技術(shù)發(fā)展對策研究(住建部)

基于BIM的模板腳手架自動排布分析系統(tǒng)研究

施工BIM族庫及工藝庫研發(fā)(建研院)

劉占省

個人簡介:

中國建筑學(xué)會建筑施工分會BIM應(yīng)用專業(yè)委員會理事

天津市鋼結(jié)構(gòu)學(xué)會鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)專業(yè)委員會委員

建筑信息模型工程師注冊管理委員會委員

科研經(jīng)驗:

近些年主持或主要參與15項國家、省部級及局級課題研究,經(jīng)費近2000萬元,在國內(nèi)外主要期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文近60篇,申請專利10余項。獲得了“中施企協(xié)技術(shù)創(chuàng)新一等獎”、“教育部科學(xué)技術(shù)進步二等獎”、“全球BE創(chuàng)新獎結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域創(chuàng)新獎”、“中國圖學(xué)學(xué)會BIM大賽一等獎”等20多項獎勵。作為負責人主要完成了北京市政務(wù)服務(wù)中心、FAST射電望遠鏡、盤錦體育中心、卡塔爾多哈大橋、京包橋、徐州奧體中心等30余項工程的BIM咨詢與施工管理工作。

楊露

擅長:CATIA 、Rhino 、 Grasshopper、DP、ANSYS WorkBench、Revit

職位:北京比目魚工程咨詢有限公司負責結(jié)構(gòu)研究組負責人、華筑CATIA高級講師,致力于BIM行業(yè)已經(jīng)5年,曾參與過各種大型建筑項目!與國際知名建筑事務(wù)所、設(shè)計院、顧問單位、施工單位一起解決工程難題。曾參與過望京SOHO、凌空SOHO、重慶來福士廣場、CBD Z3、 Z6 、Z14、安陽萬達、青島萬達、吳中體育館等知名項目,在項目中提供幕墻行業(yè)的BIM咨詢服務(wù),同時也參與幕墻招標圖設(shè)計,方案設(shè)計等工作。

鄭曉磊

個人簡介:

就任于北京比目魚工程咨詢有限公司,任職工程技術(shù)部總監(jiān)一職。

中國建筑學(xué)會施工BIM應(yīng)用專委會委員

Autodesk revit全球認證教員

參與過公司多次重大項目的招投標工作,有豐富的甲方,設(shè)計,施工BIM咨詢、協(xié)調(diào)、顧問經(jīng)驗。目前駐扎在北京大興國際機場,擔任現(xiàn)場技術(shù)負責人一職,助力項目落地實施及新科技應(yīng)用手段的落地。曾參與中信銀行信息技術(shù)研發(fā)基地BIM咨詢服務(wù)、順鑫研發(fā)基地BIM咨詢服務(wù)、黔張常鐵路線十標段BIM+GIS、中國尊基坑開挖BIM咨詢,重慶龍湖后工天街三期BIM服務(wù),中央財經(jīng)大學(xué)圖書館BIM咨詢、寧夏葉盛黃河大橋,衢寧鐵路線BIM咨詢等項目。

劉繼

個人簡介:

自年2012開始致力于BIM行業(yè),主要從事路橋隧方向BIM應(yīng)用的研究、實踐和培訓(xùn),畢業(yè)于北京工業(yè)大學(xué),土木工程專業(yè)道橋方向,現(xiàn)任北京華筑建筑科學(xué)研究院-BIM研究員、中國建筑學(xué)會施工BIM應(yīng)用專委會委員、北京比目魚工程咨詢有限公司-基礎(chǔ)設(shè)施負責人,Autodesk revit全球認證教員2014-2016。曾獲2014年北京市優(yōu)秀畢業(yè)生、第四屆“高教杯”全國先進成圖技術(shù)與創(chuàng)新大賽,建模類一等獎、個人全能二等獎。獲第四屆“龍圖杯”BIM大賽施工組二等獎。

項目經(jīng)驗:

2012年 中國尊項目基坑開挖模擬工程師

2014年 龍湖后宮天街項目BIM工程師

2015年 中央財經(jīng)大學(xué)圖書館BIM應(yīng)用項目幕墻工程師

2015年 北工大學(xué)生服務(wù)中心項目BIM顧問

2015年 葉盛黃河大橋BIM應(yīng)用項目負責人

2015年 黔張常鐵路BIM應(yīng)用項目BIM顧問

2016年 衢寧鐵路全線BIM技術(shù)應(yīng)用項目橋梁負責人

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