中承式钢拱桥架设工法研究与施工BIM应用

摘要

目前，BIM作为一项新技术已逐渐从建筑行业扩展到市政、交通、水利等领域，甚至在大型桥梁设计中的应用也取得了一定的成效，但在桥梁架设施工中，BIM的实际应用和研究还相对较少。由于中承式钢拱桥施工难度大、异形构件众多、信息庞杂，其安全高效施工和合理的施工进程管理具有桥梁工程的典型性。　　研究以主跨200m的中承式钢拱桥为工程背景，利用桥梁专业有限元分析软件Midas建立全桥有限元施工模型；从结构受力、环境适应性、经济性及施工难易度等多维度对比研究了钢主梁及拱肋的架设工法。最终，钢主梁采用拖拉法施工，钢箱拱肋采用竖转法架设。结合BIM的基本理论及相关软件的应用，创建了该中承式钢拱桥主梁及拱肋架设中核心构件的BIM族库，并对BIM模型进行了针对性的等级划分。　　接着，基于BIM的可视化技术对背景工程施工场地进行合理规划，并且借助BIM4D施工进度模拟技术建立钢主梁数字化架设的复杂系统级模型。为使数字模型能够与物理世界交互反馈、实时迭代优化，从而更好地服务于实际施工现场，引入了数字孪生理念，利用数字孪生技术对钢主梁拖拉法施工的智能管控进行架构设计。　　其次，研究了拱肋竖转施工过程中的核心结构——竖转铰，并利用有限元软件Midas/Fea对最不利工况下的竖转铰进行了非线性接触分析。结果表明，竖转铰铰轴的应力值并不控制设计，而应重点考虑上、下摇支承板与铰轴连接位置处的应力集中问题。合理优化竖转铰结构后，对其进行基于BIM的安全信息管理；借助BIM技术对竖转铰完成高精度制作与准确定位安装。　　最后，研究了基于BIM的施工质量管理方法。在对比文字形式归纳存档的传统施工质量管理方法基础上，本文利用BIM平台共享性、多样性、经济环保等优点实现钢主梁及拱肋制造安装的BIM模型规范化管理。利用逆向建模的方案，通过实体对象点云与BIM模型对象点云对准的方式，检验吊杆质量缺陷。以吊杆质量缺陷检测为案例，利用数字孪生技术对吊杆的施工质量智能化管理进行架构设计。

目录

声明

第1章 绪论

1.1中承式钢拱桥概述

1.2中承式钢拱桥架设工法概述

1.2.1钢拱肋施工工法

1.2.2钢主梁架设工法

1.3 BIM技术国内外研究现状

1.3.1国外研究现状

1.3.2国内研究现状

1.4 数字孪生技术概述

1.4.1数字孪生概念的起源和定义

1.4.2数字孪生研究现状

1.5本文主要研究内容

第2章 基于BIM 的总体施工方案研究

2.1 中承式钢拱桥 BIM 模型

2.1.1 研究案例

2.1.2 BIM核心构件族库

2.1.3 施工临时构件族

2.1.4 BIM模型等级

2.2 BIM的施工应用研究

2.2.1 架设顺序

2.2.2 施工方案

2.3 钢主梁拖拉法施工

2.3.1 拖拉法施工流程

2.3.2 拖拉法施工的临时设施

2.3.3 拖拉法施工要点

2.4 拱肋竖转法施工

2.4.1 拱肋竖转法施工流程

2.4.2 竖转法施工的临时设施

2.4.3 竖转法架设要点

2.5本章小结

第3章 钢主梁拖拉工法设计与BIM 应用

3.1钢主梁施工模拟

3.1.1模型单元类型

3.1.2模型计算参数

3.1.3钢主梁施工阶段

3.1.4临时墩设计参数

3.2基于BIM的施工模拟

3.2.1实施框架

3.2.2 BIM施工模型

3.2.3 施工场地规划

3.2.4 4D施工进度管理

3.3钢主梁拖拉施工数字孪生系统

3.3.1技术原理

3.3.2实施架构

3.3.3数字孪生技术应用

3.4本章小结

第4章钢拱肋竖转工法设计与BIM 应用

4.1竖转方案设计

4.1.1竖转法仿真分析对比

4.1.2竖转法综合要素对比

4.2 4D施工进度模拟

4.3 拱肋转铰技术设计

4.3.1 钢箱拱肋转铰设计

4.3.2 拱铰非线性接触分析

4.3.3 拱铰优化设计

4.3.4 拱铰安全信息管理

4.4 基于 BIM的竖转铰制作安装技术

4.5 本章小结

第5章 基于BIM 的施工质量管理

5.1 钢拱桥施工质量管理

5.2吊杆外观质量缺陷检测

5.2.1三维激光扫描技术的定义及分类

5.2.2三维激光扫描点云数据的特点

5.2.3逆向建模的质量检验方案

5.2.4吊杆点云数据采集

5.2.5实体点云数据去噪

5.2.6点云数据配准

5.2.7吊杆外观质量缺陷空间定位

5.3吊杆质量管理数字孪生系统

5.3.1吊杆检测信息管理系统

5.3.2吊杆质量健康信息模型系统

5.4本章小结

结论

致谢

参考文献