绛溪河大桥——空间扭转曲面结构桥梁三维深化设计详解

绛溪河大桥——空间扭转曲面结构桥梁三维深化设计详解

绛溪河大桥——空间扭转曲面结构桥梁三维深化设计详解 650 325 重庆百木科技有限公司

日前,位于成都东部新区的北一线跨绛溪河大桥钢桥塔宣告竖转成功,这是成都首座千吨级桥塔竖转成功的桥梁

在西一线跨绛溪河大桥、北一线跨绛溪河大桥的设计加工过程中,百木科技均参与其中。接下来,百木科技不仅会为大家揭示绛溪河大桥的魅力所在,还会深入剖析百木科技在该桥设计加工过程中,所蕴含的智慧与努力。

简洁流畅,兼具优雅设计美感

北一线跨绛溪河大桥

北一线跨绛溪河大桥是连接天府国际机场和成都城区的重要交通通道,跨越沱江一级支流绛溪河,采用德国SBP(施莱希)公司的设计方案,独特的钢结构单塔斜拉桥造型,弧形桥塔向主跨一侧倾斜,就像一把竖琴,建成后将成为天府空港新城的重要地标。

▲北一线跨绛溪河大桥效果图

桥梁长287m,宽度45m,主跨147米,为五联跨单面斜拉桥,钢结构总量约9300吨。桥面采用纵横梁结构体系,塔梁固结段和桥塔为九变形变截面曲线结构,后背索采用350t吨级铸件,安装精度及焊接质量要求非常高。且此桥包含异种钢与桥梁用钢焊接、弧形九边形曲面内倾桥塔竖转施工、350t铸件空中毫米级铰接施工等多种施工工法及工艺。

▲北一线跨绛溪河大桥效果图
▲北一线跨绛溪河大桥BIM模型

西一线跨绛溪河大桥

西一线跨绛溪河大桥,系一座三跨连续下承式钢系杆弯曲拱桥,桥梁宽度51米,主跨跨径175米,拱肋高度30米,桥梁全长308米,钢结构总重超过11000吨。

▲西一线跨绛溪河大桥实拍图
▲西一线跨绛溪河大桥BIM模型

项目挑战,空间双曲面结构难度大

(1) 空间形态十分复杂

钢拱肋空间形态十分复杂,存在大量的空间双曲面结构。除拱顶结合段壁板为单曲面,其余均为扭曲的双曲面板,复杂的造型随之带来全桥1100余张双曲面板单元,形状各异无固定曲率,桥梁建模、放样及出图表达难度极大。

▲西一线跨绛溪河大桥效果图

(2) 结构制作难度大结构总长度、宽度及高度较大,节段制作、运输及吊装限制多,节段划分数量大。

(3)胎架图工作量繁重桥拱共计116个节段,因双向扭曲造型,每一段拱梁都需要进行一胎一模的个性化定制。

(4)项目工艺复杂在加工制造过程中,要预留工艺坡口及大量的自然坡口,且需在建模过程中提前处理好坡口。但是自然坡口的表达需要人为判断才能定性坡口尺寸,故而导致项目工艺复杂,工作量增大。

▲西一线跨绛溪河大桥钢拱肋立体图

解决方案,精细化建模与模型应用

针对上述难点,百木科技借助CATIA设计平台,结合BIM三维技术,进行了桥梁的深化设计、建模及出图,为大桥项目的顺利实施奠定了基础。

1.精细化建模过程

(1) 曲线轮廓平滑

利用CATIA强大的知识工程阵列,采用多截面曲面,高效地得到平滑的、精确的全桥轮廓。

▲曲面修复示意图

(2) 解决设计模型错漏碰缺问题

由于二维设计的局限性,无法对桥梁整体及其细部结构有清晰的体现,例如异形件的焊缝、坡口信息。通过CATIA处理空间曲面的能力弥补该缺憾,解决原模型中错漏碰缺等问题。

(3) 解决自然坡口定型难问题

对于空间扭转曲面结构,为方便加工,特殊结构处的自然坡口需进行三维空间的可视化操作,再结合加工单位的工艺,综合确立焊缝形式。

▲自然坡口可视化

(4) 批量得到胎架信息

根据工艺原则,结合CATIA的强大功能,生成合适的胎架底面后,测量板件厚度、夹角等信息,批量定位模型的胎架底面,得到胎架截面信息并批量输出,提高建模及出图效率。

▲整体组装胎架示意图

(5) 节段划分

按照一定尺寸控制、重量控制要求,初步完成切割方案,通过测量工具可以轻松查核划分的模型是否满足要求。

▲节段划分示意图

2.模型应用

(1) 模型复核

在CATIA中,可以将三维模型输出为CAD格式,从而帮助只安装CAD的客户亦可直观查看桥梁。同时,还可以利用该三维CAD格式进行实际模型的复核工作,提高模型通用性。

(2) 加工详图

基于桥梁的三维模型信息,生成带有加工工艺(如:坡口、焊接信息)的二维图纸,直接投放至项目加工厂指导零部件的实际加工作业。如若图纸需要变更,调整模型参数即可,自动更新其对应部分的图纸,实现了自动化快速出图。

▲自动化快速出图

(3) 构件吊点确认

桥梁在安装时,为保证安装准确性及安全性,单元构件吊点的确认显得尤为重要。利用CATIA的测量、惯量工具对块体单元进行了重心坐标的数据采集,用于吊装前节段吊点的计算,同时也可以得到块体的重量体积等信息,以及对全桥或者最小构件单元的数据测量与采集。

▲整体预拼装示意图

成果展示,凝聚百木科技智慧与力量

在该项目深化过程中,百木科技采用上述解决方案,快速完成了桥梁BIM深化模型的建立,以及在对应的三维模型信息基础上,输出各自对应的带有加工工艺(如:坡口、焊接信息)的二维图纸,直接投放至项目加工厂指导零部件的实际加工作业

对于这种焊接坡口种类多、数量大的桥梁类型,人为标注费时费力,百木科技结合CATIA,实现了坡口信息、图纸编号标注的自动化,克服了传统人为编号、标注时任务繁琐、易重复、遗漏等问题,节约了大量的人工成本和时间成本。

同时,不仅运用批量出图技术大幅提升了出图效率,也对图纸质量有着严格的管控,实现项目质量控制标准化,图纸下发到车间几乎没有问题反馈,充分体现了参数化模型关联到参数化图纸的价值。

绛溪河大桥项目,作为典型复杂双曲面钢结构桥梁,百木科技通过将CATIA平台与自身技术经验相结合,探索出更适合于现代复杂钢结构桥梁的设计方法,解决了传统设计方式对于该类别桥梁无法适应的难点,为项目创造效益与价值。

相较于传统深化过程,模型精确度更高,桥梁信息更直观,同时节约了大量的人工成本,且很大程度上缩短项目工期。

BIM技术,在设计阶段解决施工难题

(1) 提高设计质量和效率

更精确地表达设计意图,减少误差,提高设计质量和效率。

(2) 优化设计方案

通过对模型的模拟和分析,发现和解决潜在的设计问题,提高设计方案的效率和可行性。

(3) 提高施工质量和效率

对桥梁施工过程进行模拟和分析,以便更好地理解施工过程中的难点和问题,提前采取措施解决,提高施工质量和效率。

(4) 促进协同设计和施工

利用3DE统一平台,通过模型的不断更新和共享,保持信息共享的及时性和准确性,让设计师和施工工程师更好地进行协同设计和施工,提高沟通效率,缩短项目工期。

(5) 方便后期运维和管理

通过对模型的查询和分析,准确评估桥梁的状态和维护情况,制定科学的管理和维护方案。

总结

绛溪河大桥的成功,标志着百木科技在异形钢结构桥梁BIM设计加工一体化领域的实力再上新台阶。回顾这个项目,我们深感其成功源于团队的紧密合作、先进技术的应用以及对细节的极致追求。

未来,百木科技将持续总结经验,运用更前沿的技术和更高效的流程,不断提升自己的专业水平,创造出更多优秀的作品。同时,我们期待与更多志同道合的伙伴们携手共进。

END

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